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Estudo da Perda de Carga - Teoria

Análise mais detalhada sobre este fator que será considerado na equação da conservação da energia.

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    lockResumo - análise de escoamento dos fluidos - Resumo

  • Fala aí, galera. Antes da gente terminar a nossa sequência de estudos sobre a mecânica dos fluidos com a equação geral da energia, vamos estudar um pouquinho a perda de carga, para saber como ela vai influenciar na nossa equação geral.
    Lá na aula sobre Equação de Bernoulli, a gente classificou a perda de carga como H P 1 e 2. Então vamos voltar no exemplo semelhante e vamos colocar aqui o nosso escoamento representado por essas setas e o HP 1 e 2 aqui novamente, sendo aqui o nosso ponto 1 e aqui o nosso ponto 2.
    Para facilitar a nossa análise, vamos dividir a perda de carga em dois casos que na prática acontecem simultaneamente. O primeiro que a gente vai estudar é o caso onde a temperatura do nosso fluido que está escoando é constante.
    Então considerando esse fato da temperatura ser constante, a gente vai observar que o atrito interno causado entre moléculas do escoamento vai dissipar a quantidade de calor gerada para a temperatura se manter constante. E então o calor, que nós vamos tratar pela letra Q, pode ter dois tipos de sinais positivo, se o calor tiver sendo fornecido ao fluido do escoamento, ou negativo se o calor tiver sendo retirado do fluido, que é o caso que a gente está observando.
    Então, o nosso HP 1 e 2 vai ser igual a menos Q, porque o calor está sendo retirado do nosso fluido em escoamento. Então aí está como calcular a nossa perda de carga para o caso da temperatura ser constante no nosso escoamento.
    Agora vamos para o nosso segundo caso. Nele, a nossa condição de trabalho vai ser admitir que não haverá troca de calor entre o escoamento e o meio.
    Quando não há troca de calor entre o escoamento e o meio, ele pode ser classificado como um adiabático. Então já que não haverá dissipação do calor produzido pelo atrito interno no escoamento haverá então um aumento da temperatura do fluido, o que acarreta no aumento da sua energia térmica que será tratado por nós como i e pode ser calculado multiplicando o calor específico do fluido pela temperatura e dividindo pela gravidade.
    Lembrando que o calor específico é o calor necessário para que uma unidade de massa do fluido sofra a variação de 1 grau na temperatura. E a gravidade entra na contra porque a nossa energia térmica está em unidade de peso e o nosso calor específico em unidade de massa.
    Então com base nisso tudo e observando o atrito ao longo do escoamento é correto afirmar que a temperatura no ponto 2 será maior que a temperatura no ponto 1. E, por consequência, a nossa energia térmica do ponto 2 será maior do que a energia térmica do ponto 1.
    Então baseado nessa relação entre as energias térmicas, a gente pode concluir que a energia mecânica no ponto 2, que nós representamos como H, vai ser menor que a energia mecânica no ponto 1. E essa diferença se dá justamente pela conversão de energia mecânica em energia térmica.
    Então, lembrando da representação de H que a gente viu lá na equação de Bernoulli, a gente sabe que ela pode ser expressa como a velocidade do ponto em estudo ao quadrado sobre duas vezes a gravidade mais a pressão no ponto em estudo sobre o peso específico mais a cota em Z do nosso ponto. Então a gente pode tirar mais algumas conclusões aqui no nosso escoamento, por exemplo, o termo responsável pela energia cinética na nossa equação vai variar apenas em função da área.
    Já que a vazão no ponto 1 é igual a vazão no ponto 2 de acordo com a equação da continuidade. E a vazão é velocidade vezes área, a velocidade vai variar apenas de acordo com a área.
    Isso, claro, para um fluido constante, ou seja, incompressível. Outra coisa também é que o fator responsável pela energia potencial vai ser igual, se a gente considerar que os dois pontos estão na mesma altura.
    Portanto, a única variação possível para a energia térmica será de acordo com o termo da energia de pressão. E é por isso que essa variação de energia também pode ser expressa como perda de carga que, no nosso segundo caso aqui, pode ser reescrita como i2 menos i1.
    E jogando na fórmula que a gente achou aqui em cima vai ficar o calor específico sobre a gravidade que multiplica a diferença das temperaturas entre os dois pontos. Porém, como eu disse no início, o escoamento em regime permanente não será nem adiabático nem exotérmico.
    Porque a gente vai encontrar ao mesmo tempo troca de calor e variação de temperatura entre uma seção e outra. Então a gente pode juntar esses dois cálculos, esse e esse, da perda de carga e uni-los em uma fórmula só, de forma que ela fique representada como i2 menos i1 menos Q.
    Então está aí, galera. A nossa equação da perda de carga que, apesar de ser coerente, não pode ser calculada pela medida dos seus efeitos térmicos, porque eles são muito difíceis de avaliar já que são muito pequenos.
    Porém, essa equação nos serve muito bem de forma conceitual para nível apenas de estudo. Então está aí, galera.
    Esse foi o nosso estudo sobre a perda de carga, eu aguardo vocês na próxima aula para a gente estudar a equação geral da energia e finalizar o nosso curso. ...

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