Calculadoras de mecânica dos fluidos
16 cálculos de campo para tubagens, bombas, tanques e medição de caudal. Cada calculadora mostra a sua fórmula e propõe problemas práticos.
Tubagens e perda de carga
Velocidade numa tubagem
Água, valores habituais: aspiração da bomba 0,6 a 1,5 m/s, compressão 1,5 a 3 m/s. Usar o diâmetro interno real (conforme espessura ou schedule).
Número de Reynolds (regime de escoamento)
Laminar abaixo de 2300, turbulento acima de cerca de 4000, transição entre ambos. Água a 20 °C: μ ≈ 1,0 mPa·s; óleos: 10 a 1000 mPa·s.
Perda de carga na tubagem (Darcy-Weisbach)
Fator de Darcy por Swamee-Jain (±1 % de Colebrook para Re de 5000 a 10⁸); na zona de transição (2300 a 4000) o resultado é aproximado. Tubo novo: a rugosidade aumenta com a idade.
Perdas localizadas (soma dos K)
Valores de K habituais: curva 90° normal 0,3 a 0,9; válvula de cunha aberta 0,1 a 0,2; válvula de retenção 2; saída para tanque 1; entrada de aresta viva 0,5.
Pressão e altura de líquido
Para água, 1 bar ≈ 10,2 m. Um líquido mais denso dá menos altura com a mesma pressão: a bomba dá a mesma altura, não a mesma pressão.
Bombas
Potência hidráulica e no veio
Escolher um motor pelo menos 10 a 15 % acima da potência no veio no ponto mais exigente da curva. Rendimento de bomba centrífuga: 50 a 85 %.
Leis de semelhança (velocidade ou diâmetro do impulsor)
Exato para uma mudança de velocidade com rendimento constante; para um corte do impulsor, válido só para pequenas reduções (menos de 10 a 15 %). O ponto real depende também da curva da instalação.
NPSH disponível e margem
z é negativo quando a bomba aspira de baixo (aspiração negativa). Visar NPSHa ≥ 1,3 × NPSHr (ou pelo menos 1 m de margem); água a 20 °C: pv = 2,34 kPa, a 60 °C: 19,9 kPa.
Ponto de funcionamento bomba-instalação
Aproximação: curva da bomba parabólica que passa por H₀ e pelo ponto nominal, perdas da instalação em Q². Para um cálculo fino, sobrepor a curva real do fabricante.
Caudal da bomba por ensaio de nível
Tanque vertical de secção constante. Fechar a entrada se possível (Qe = 0) e medir pelo menos 2 a 5 minutos para reduzir o erro de leitura.
Tanques
Tanque vertical: nível e volume
Fundo plano. Para um fundo cónico ou abaulado, somar o volume do fundo à parte. Nível medido a partir do fundo interior.
Tanque horizontal: volume parcial
Fundos planos (R = D ÷ 2). Com fundos abaulados o volume real é um pouco maior: usar a tabela de arqueação se existir.
Tempo de esvaziamento por um orifício
Torricelli: tanque vertical aberto à atmosfera, saída livre no fundo, sem tubagem a jusante. Uma tubagem de saída acrescenta perdas e alonga o tempo.
Tempo de enchimento ou esvaziamento
Tanque vertical. Para esvaziar, pôr h₂ abaixo de h₁ e um caudal de saída maior que o de entrada. Sem resposta se o nível não for no sentido certo.
Medição de caudal
Caudal com placa de orifício
Só líquidos (ε = 1). Simplificado da ISO 5167: C ≈ 0,60 a 0,61 para orifício de aresta viva, β de 0,2 a 0,75 e Re elevado; para medição fiscal, usar a equação completa (Reader-Harris/Gallagher).
Medidor de pressão diferencial: extração de raiz
Com 25 % de Δp já se tem 50 % do caudal. Abaixo de cerca de 10 % do caudal a medição é pouco fiável: a maioria dos transmissores tem corte de baixo caudal.
Ferramentas de aprendizagem e verificação. As gamas indicadas são referências gerais: siga sempre os procedimentos, licenças e instruções da sua instalação. Nada é enviado: os cálculos são feitos no seu navegador.