Para a maioria dos fluxos de água e do tipo HVAC em tubos de aço inoxidável, um fator de atrito Darcy prático é normalmente f ≈ 0,018–0,022 (faixa totalmente turbulenta, “suave a moderadamente áspera”). Para números de Reynolds mais elevados (fluxo muito rápido), f tende frequentemente para ~0,015–0,018 ; para números de Reynolds turbulentos mais baixos (perto de 5.000–20.000), f pode ser ~0,03–0,04 .
Para ser preciso, calcule f a partir do número de Reynolds (Re) e da rugosidade do aço inoxidável (ε) useo uma correlação explícita (por exemplo, Swamee-Jain ou Haaland) ou a equação de Colebrook.
Fator de atrito para tubo de aço inoxidável: qual valor usar
Use o Fator de atrito Darcy (também chamado de fator de atrito Darcy-Weisbach), a menos que seu gráfico ou software diga explicitamente “Fanning”. O fator Darcy é 4× o fator de Fanning.
Uma estimativa rápida e defensável quando você ainda não sabe o fluxo exato é:
- Água em tubulação de aço inoxidável típica (Re ~ 50.000–300.000): f ≈ 0,018–0,022
- Re muito alto (~1.000.000): f frequentemente se aproxima ~0,015–0,018
- Re turbulento inferior (~5.000–20.000): f comumente ~0,03–0,04
Em seguida, refine as etapas de cálculo abaixo depois de saber o diâmetro, a vazão e a viscosidade do fluido.
Rugosidade do aço inoxidável: o insumo que impulsiona o resultado
No fluxo turbulento, o fator de atrito depende fortemente de rugosidade relativa (ε/D). O aço inoxidável é geralmente “liso”, mas o ε assumido ainda é importante.
| Superfície/suposição | Rugosidade absoluta, ε (mm) | Rugosidade absoluta, ε (m) | Quando usar |
|---|---|---|---|
| Aço inoxidável limpo (suposição de projeto comum) | 0.015 | 1,5×10⁻⁵ | Tubo novo/limpo, linha de base conservadora, mas suave |
| Ligeiramente envelhecido/acúmulo de filme (regra geral) | 0.03 | 3,0×10⁻⁵ | Se você espera depósitos ou serviços menos controlados |
| Condição desconhecida (margem de projeto) | 0.045 | 4,5×10⁻⁵ | Quando você precisa de conservadorismo extra |
Calcule a rugosidade relativa como ε/D usando o diâmetro interno (não tamanho nominal). Mesmo pequenas mudanças em D ou ε/D podem alterar visivelmente f na região totalmente turbulenta.
Cálculo passo a passo (Re → f) em que você pode confiar
1) Calcule o número de Reynolds
Para um tubo circular completo:
Re = (V·D)/ν
- V = velocidade média (m/s)
- D = diâmetro interno (m)
- ν = viscosidade cinemática (m²/s)
2) Escolha a regra de regime de fluxo correta
- Laminar (Re < 2300): f = 64/Re
- Transicional (2300–4000): evite “precisão”; confirme com dados de teste ou use margens conservadoras
- Turbulento (Re > 4000): use ε/D com uma correlação explícita
3) Escoamento turbulento: fórmulas práticas explícitas
Duas opções explícitas amplamente utilizadas (Darcy f):
- Swamee-Jain: f = 0,25 / [log10( (ε/(3,7D)) (5,74/Re^0,9) )]^2
- Haaland: 1/√f = -1,8·log10( [ (ε/(3,7D))^1,11 ] [ 6,9/Re ] )
Se você estiver iterando software, a referência clássica é Colebrook (implícito):
1/√f = -2·log10( (ε/(3,7D)) (2,51/(Re·√f)) )
Exemplo resolvido: fator de atrito de tubo inoxidável e queda de pressão
Suponha que a água esteja próxima de 20°C, limpe a rugosidade do aço inoxidável ε = 0,015mm (1,5×10⁻⁵ m) e um diâmetro interno do tubo D = 0,0525m (cerca de um ID Schedule 40 de 2 polegadas). Taxa de fluxo Q = 50 gpm (0,003154 m³/s).
Calcule a velocidade e o número de Reynolds
- Área A = πD²/4 = 0,002165 m²
- Velocidade V = Q/A = 1,46 m/s
- Viscosidade cinemática ν ≈ 1,0×10⁻⁶ m²/s
- Re = (V·D)/ν ≈ 7,6×10⁴
- Rugosidade relativa ε/D ≈ 2,86×10⁻⁴
Calcular fator de atrito (Swamee – Jain)
Fator de atrito Darcy f ≈ 0.0203
Traduza f em perda de pressão (Darcy – Weisbach)
Para comprimento L = 100 m, densidade ρ ≈ 998 kg/m³:
ΔP = f·(L/D)·(ρV²/2) ≈ 41 kPa por 100 m (cerca de 4,2m de queda de água por 100 m).
Tabela de referência rápida: fator de atrito do aço inoxidável vs número de Reynolds
Os valores abaixo assumem ε = 0,015mm and D = 0,0525m (ε/D = 2,86×10⁻⁴), usando a correlação Swamee-Jain. Use isso para verificar a sanidade de seus resultados.
| Número de Reynolds (Re) | Fator de atrito Darcy (f) | Interpretação típica |
|---|---|---|
| 5.000 | 0.038 | Baixa turbulência; f ainda relativamente alto |
| 10.000 | 0.031 | Turbulento inicial; sensível a Re |
| 50.000 | 0.0219 | Região de projeto comum para água bombeada |
| 100.000 | 0.0194 | Meio turbulento; f estabiliza |
| 1.000.000 | 0.0156 | Muito turbulento; aborda comportamento controlado por rugosidade |
Armadilhas comuns que causam fatores de atrito errados
- Usando o tamanho nominal do tubo em vez do diâmetro interno: f depende de ε/D e a perda de pressão depende de L/D, então ID importa duas vezes.
- Misturando fatores de atrito Darcy e Fanning: se o seu resultado parecer 4× errado, esse é o motivo usual.
- Ignorando a temperatura do fluido: mudanças de viscosidade Re; água mais fria aumenta ν e pode aumentar f.
- Supondo que o aço inoxidável esteja sempre “perfeitamente liso”: soldas, incrustações ou acúmulo de produto podem justificar o uso de ε mais alto do que tubos novos e limpos.
- Esperando alta precisão no fluxo transicional: trate 2.300–4.000 como incerto e projete com margem.
Conclusão: tubo de aço inoxidável geralmente cede f em torno de 0,02 em serviços de água turbulenta comuns, mas o número mais confiável vem de Re e ε/D usando uma correlação padrão.
