perda de carga linear
A perda de carga é calculada pela fórmula de Darcy.
Em que é o diâmetro hidráulico[6] e é o fator de atrito.
Agora, tanto a perda de pressão quanto o fator de atrito dependem das propriedades do fluido, que mudam com o comprimento do duto percorrido, então levando em consideração as variações nas propriedades do ar com temperatura, umidade específica, altitude e pressão, chegamos a:
Em que é a perda de carga na seção AB, é um coeficiente que depende do material e está indicado na tabela a seguir, é o comprimento da seção e é a velocidade.
perda de pressão em acessórios
A perda de carga obtida é conhecida como perda de carga linear ou perda de carga por metro de conduíte reto. Mas quando ocorrem singularidades no duto, como curvas, reduções, ramificações, etc., é produzida uma perda de pressão adicional conhecida como perda de pressão em acessórios.
Cada acessório envolve uma mudança de velocidade ou trajetória e, portanto, uma variação na energia cinética, o que se traduz em perda de pressão.
Em que é o coeficiente de perda dinâmica, diferente para cada tipo de acessório[7] e é a velocidade na sua entrada.
Em muitos casos costuma-se utilizar o que se conhece como Comprimento equivalente do acessório, que nada mais é do que estimar o comprimento do eletroduto retilíneo que produz a mesma perda de carga do acessório e na fórmula da perda de carga linear, considerando como comprimento de cada seção, seu comprimento real mais o comprimento equivalente de seus acessórios.
métodos de cálculo
Os sistemas de baixa velocidade podem ser calculados por três métodos principais:
É um método muito simples, mas aplicável apenas a instalações muito básicas, sem grandes requisitos de distribuição. Consiste em selecionar uma velocidade de saída, retirada da tabela anexa, na descarga do ventilador e reduzi-la em cada trecho ao longo do duto.
O diâmetro do duto circular necessário para cada seção é calculado por:.
Se o duto for retangular, as medidas são tiradas da seção circular de diâmetro equivalente.[8].
A perda de carga de cada seção é então calculada a partir do nomograma correspondente ou usando a fórmula:.
Em que é a seção do fluxo, é o perímetro do duto retangular e sua seção.
Por fim, somam-se as perdas de pressão do caminho mais desfavorável.[9] O total corresponde à pressão estática necessária no ventilador.
Este é um método melhor que o anterior, pois é aplicável à maioria das instalações mais frequentes e dá bons resultados, especialmente se a distribuição for simétrica. Caso contrário, o sistema pode ser difícil de equilibrar.[10] O método consiste em calcular os dutos para que tenham a mesma perda de pressão por unidade de comprimento em todo o sistema.
Para o cálculo, iniciamos por estabelecer a perda de carga, através do nomograma ou fórmula de Darcy, correspondente à vazão total necessária e à velocidade recomendada, retirada da tabela anterior, ou, pode-se definir uma perda de carga, conhecida pela experiência como boa.[11]
Cruzando o caudal de cada troço com a perda de carga fixa e arredondando para a velocidade mais próxima da recomendada, obtém-se o diâmetro da conduta necessária (ver figura). Posteriormente, pode ser convertido em um duto retangular.
Também pode ser calculado usando a fórmula:.
Finalmente, a perda de carga total é calculada multiplicando a perda de carga definida pelo comprimento do caminho mais desfavorável.
Este método baseia-se no Princípio de Bernoulli, segundo o qual, numa conduta por onde circula um fluido, a soma da pressão dinâmica devido à sua velocidade, a pressão estática devido à sua pressão e a pressão devido à sua altura é um valor constante. Considerando o duto horizontal, ou seja, sem variação de altura ao longo de seu percurso, as pressões estática e dinâmica se mantêm, de tal forma que se a velocidade e portanto a pressão dinâmica diminuem em um trecho, a pressão estática aumentará no mesmo valor.
Esta é a base do método, que consiste em dimensionar o duto de forma que o aumento da pressão estática devido à diminuição da velocidade em um trecho compense as perdas por atrito no seguinte. Desta forma, a pressão estática permanece constante e igual em cada saída.
Começa-se por selecionar uma velocidade inicial na tabela de velocidades recomendadas, mas tendo o cuidado de que seja a mais alta possível, para evitar que a velocidade final seja muito baixa ou que a conduta seja muito grande. Com esta velocidade, calcula-se a seção do primeiro trecho e determina-se sua perda de carga, igual ao método anterior.
As seções a seguir devem estar de acordo com os fundamentos do método. Portanto, para qualquer seção:
O primeiro elemento é a soma das perdas de carga lineares no troço mais a soma das perdas de carga nos acessórios do referido troço e mais a perda de carga no bypass ou redução na entrada do troço cuja velocidade de entrada é . O segundo membro é a perda de pressão dinâmica ou ganho de pressão estática ao passar de velocidade em velocidade.
Esta é uma expressão em que a única variável desconhecida é , mas exigirá um cálculo iterativo, razão pela qual normalmente são utilizados dois gráficos; Na primeira obtém-se a relação para a secção e na segunda, cruzando este valor com a velocidade de entrada, encontra-se a velocidade de saída ou a pressão recuperada, o que nos permite calcular a secção da secção.
Atualmente existem programas de software com os quais se consegue um cálculo simples, rápido e, se os dados forem inseridos corretamente, resultados muito satisfatórios.[12].