Capítulo 2 Hidráulica aplicada a condutos forçados

Os condutos forçados ou tubulações são aqueles em que a pressão interna é diferente da pressão atmosférica. Nesse tipo de conduto, as seções transversais são sempre fechadas e o fluido circulante as enche completamente, trabalhando sob pressão. A pressão que ocorre no interior das tubulações também é denominada de carga, que representa uma força incidente sobre uma superfície plana, como apresentado na Figura 15. Observa-se uma coluna de água de 10 m de altura sobre uma superfície de 1 cm² e, com isso, dizemos que a pressão na base é de 10 mca (metros de coluna de água). Essa pressão é, aproximadamente, equivalente a 1 kg f cm^-2 (kilograma força por centímetro quadrado), ou seja, possui 1 kilograma de água em cada cm² de área de base.

A unidade utilizada para pressão, no Sistema Internacional (métrico), é o kilo Pascal (kPa). 1 kg f cm^-2 equivale a 100 kPa, a 10 mca, a 1 bar e a 1 atm, aproximadamente. Na Figura 16 observa-se a representação da medição de 1 kg f cm^-2 em uma instalação hidráulica, devido à diferença geométrica (diferença de nível) de 10 m de altura.

Nesse caso, a pressão medida no manômetro instalado na parte mais baixa da instalação foi igual à diferença de nível, pois não havia deslocamento do fluido. Quando ocorre o movimento do fluido no interior da tubulação, em regime de escoamento turbulento, ocorre atrito do líquido com as paredes dos condutos e das próprias partículas, umas com as outras, o que promove a perda de carga, ou seja, uma redução gradual da pressão ao longo da tubulação (perda de carga contínua) e também em peças especiais, como joelhos, curvas, tês, válvulas e registros (perda de carga localizada).

Quanto mais rugosa for a parede das tubulações, maior será o atrito e, consequentemente, maior a perda de carga. Na Figura 17 observa-se a representação da rugosidade das paredes de uma tubulação e do deslocamento das partículas do fluido em seu interior.

Para determinação da perda de carga contínua, ao longo da canalização, é comum utilizar o método de Hazen-Williams, que é um método prático de fácil execução. Esta fórmula é recomendada para tubulações de diâmetro superior a 50 mm (2"), com escoamento de água em temperatura ambiente, em regime turbulento. A perda de carga unitária (m m^-1) pode ser calculada pela Equação 14.

Os valores do coeficiente de rugosidade (C) podem ser obtidos na Tabela 5.

Tabela 5. Coeficiente de rugosidade para uso da fórmula de Hazen-Williams.

A perda de carga ao longo da tubulação (m) pode ser calculada pela Equação 15.

Para se estimar a perda de carga localizada, ou seja, aquela que ocorre nas peças especiais, é comum se utilizar o método dos comprimentos equivalentes, em que se atribui um comprimento equivalente para cada tipo de peça, material e determinado diâmetro, conforme apresentado na Tabela 6.

Tabela 6. Comprimentos equivalentes de peças especiais de aço e PVC.

Tabela de perdas de cargas localizadas em conexões, considerando-se os comprimentos equivalentes em metros de canalização
Conexão			Diâmetro nominal x Equivalência em metros de canalização
			Material	3/4"	1"	1 1/4"	1 1/2"	2"	2 1/2"	3"	4"	5"
Curva 90°			PVC	0,5	0,6	0,7	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,9
			Metal	0,4	0,5	0,6	0,7	0,9	1,0	1,3	1,6	2,1
Curva 45°			PVC	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1
			Metal	0,2	0,2	0,3	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,9
Joelho 90°			PVC	1,2	1,5	2,0	3,2	3,4	3,7	3,9	4,3	4,9
			Metal	0,7	0,8	1,1	1,3	1,7	2,0	2,5	3,4	4,2
Joelho 45°			PVC	0,5	0,7	1,0	1,3	1,5	1,7	1,8	1,9	2,5
			Metal	0,3	0,4	0,5	0,6	0,8	0,9	1,2	1,5	1,9
Tê de passagem direta			PVC	0,8	0,9	1,5	2,2	2,3	2,4	2,5	2,6	3,3
			Metal	0,4	0,5	0,7	0,9	1,1	1,3	1,6	2,1	2,7
Tê de saída lateral			PVC	2,4	3,1	4,6	7,3	7,6	7,8	8,0	8,3	10,0
			Metal	1,4	1,7	2,3	2,8	3,5	4,3	5,2	6,7	8,4
Tê de saída bilateral			PVC	2,4	3,1	4,6	7,3	7,6	7,8	8,0	8,3	10,0
			Metal	1,4	1,7	2,3	2,8	3,5	4,3	5,2	6,7	8,4
União			PVC	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,1	0,15	0,2	0,25
			Metal	0,01	0,01	0,01	0,01	0,01	0,01	0,02	0,03	0,04
Saída de canalização			PVC	0,9	1,3	1,4	3,2	3,3	3,5	3,7	3,9	4,9
			Metal	0,5	0,7	0,9	1,0	1,5	1,9	2,2	3,2	4,0
Luva de redução (*)			PVC	0,3	0,2	0,15	0,4	0,7	0,8	0,85	0,95	1,2
			Aço	0,29	0,16	0,12	0,38	0,64	0,71	0,78	0,9	1,07
Registro de gaveta ou esfera aberto			PVC	0,2	0,3	0,4	0,7	0,8	0,9	0,9	1,0	1,1
			Metal	0,1	0,2	0,2	0,3	0,4	0,4	0,5	0,7	0,9
Registro de globo aberto			Metal	6,7	8,2	11,3	13,4	17,4	21,0	26,0	34,0	43,0
Registro de ângulo aberto			Metal	3,6	4,6	5,6	6,7	8,5	10,0	13,0	17,0	21,0
Válvula de pé com crivo			PVC	9,5	13,3	15,3	18,3	23,7	25,0	26,8	28,8	37,4
			Metal	5,6	7,3	10,0	11,6	14,0	17,0	22,0	23,0	30,0
Válvula de retenção	Horizontal		Metal	1,6	2,1	2,7	3,2	4,2	5,2	6,3	6,4	10,4
	Vertical		Metal	2,4	3,2	4,0	4,8	6,4	8,1	9,7	12,9	16,1

Para o cálculo, faz-se uma lista de todas as peças e conexões existentes na canalização, atribui-se o comprimento equivalente para cada uma e soma-se todos os valores. Ao final, multiplica-se o comprimento equivalente total (m) pela perda de carga unitária (m m^-1).

Em instalações de recalque comuns, para elevação de água da fonte até um reservatório, com poucas peças especiais e longos trechos de tubulações retilíneas, pode-se considerar um adicional de 3 a 10% das perdas ao longo da canalização, em substituição às perdas localizadas. Para projetos de irrigação por aspersão e localizada, valores em torno de 10 e 15%, respectivamente, representam adequadamente as perdas localizadas.