Calculadora de dutos de ar: perda por atrito, velocidade e queda de pressão

Visão Geral

Use esta calculadora para a porção de duto reto de uma estimativa de queda de pressão em sistemas HVAC. Insira a vazão de ar, o diâmetro (ou um diâmetro hidráulico equivalente), o comprimento, a rugosidade da parede, a densidade do ar e a viscosidade dinâmica para calcular a velocidade, o número de Reynolds, o fator de atrito de Darcy e a perda total por atrito. Acessórios, dampers, transições e grelhas requerem termos adicionais de perda local.

A página original está preservada em Engineering ToolBox — Air Duct Calculator; a referência original da calculadora externa era http://www.iklimnet.com/data/duct.html.

Fórmulas Principais

Equação de Darcy-Weisbach

$\Delta P_f = f \cdot \frac{L}{D_h} \cdot \frac{\rho v^2}{2}$

Queda de pressão devida ao atrito ao longo de uma seção reta de duto.

Aproximação de Swamee-Jain (Fator de Atrito)

$f = \frac{0.25}{\left[ \log_{10}\left(\frac{\varepsilon}{3.7 D_h} + \frac{5.74}{Re^{0.9}}\right) \right]^2}$

Válida para escoamento turbulento ($Re > 4000$) em dutos comerciais.

Número de Reynolds

$Re = \frac{\rho v D_h}{\mu}$

Determina o regime de escoamento: laminar ($Re < 2300$), transicional ou turbulento ($Re > 4000$). Quase todos os sistemas de dutos HVAC operam na faixa turbulenta.

Diâmetro Hidráulico

$D_h = \frac{4A}{P}$

Para dutos não circulares, onde $A$ é a área da seção transversal e $P$ é o perímetro molhado. Para um duto circular, $D_h$ é igual ao diâmetro do duto.

Pressão de Velocidade

$P_v = \frac{1}{2}\rho v^2$

Útil para relacionar velocidade com pressão e para o dimensionamento de acessórios.

Variáveis

Rugosidade do Material do Duto

Propriedades do Ar Padrão

Calculadora: Perda por Fricção em Dutos

Conversor de Unidades

A página de origem incluía uma seção de Conversor de Unidades. Este conversor preserva as conversões comuns de projeto de dutos para fluxo de ar, tamanho do duto, perda de pressão, comprimento e velocidade.

Tabelas de Fonte Original Restauradas

As seguintes tabelas são restauradas da página de fonte original para preservar os dados de referência completos.

Notas de Engenharia

• Suposição de fluxo turbulento: A fórmula de Swamee-Jain usada acima é válida para $Re > 4000$. Quase todos os sistemas de dutos de HVAC caem neste intervalo. Para $Re < 2300$, use $f = 64/Re$ (fluxo laminar).
• Dutos retangulares: Converta para duto redondo equivalente usando $D_h = 4A/P$, ou use as tabelas do método de atrito igual da ASHRAE/SMACNA.
• Conexões e acessórios: A calculadora cobre atrito de duto reto apenas. Adicione coeficientes de perda local ($K$-fatores) para cotovelos, tees, transições, dampers e grelhas. A prática típica aplica um comprimento equivalente ou método de coeficiente de perda.
• Correções de densidade do ar: Em altitudes acima do nível do mar ou temperaturas elevadas, a densidade do ar diminui. Use a tabela de densidade acima ou calcule como $\rho = P/(R \cdot T)$ com $R = 287\ \text{J/(kg·K)}$.
• Penalidade de duto flexível: Dutos flexíveis corrugados têm rugosidade 10–20× a do metal folheado. Os fabricantes frequentemente recomendam adicionar 50% à perda de atrito calculada a partir do diâmetro nominal.
• Velocidade de design padrão: Dutos de abastecimento residencial: 4–6 m/s. Abastecimento comercial: 6–10 m/s. Exaustão: 8–13 m/s. Exceder esses valores leva a ruído e uso excessivo de energia.
• Método de atrito igual: Uma abordagem de design comum dimensiona todas as seções de duto para uma queda de pressão uniforme por unidade de comprimento (tipicamente 0,8–1,2 Pa/m para sistemas de baixa pressão).

Referências

• Fonte Original — Engineering ToolBox
• Referência externa original da calculadora — http://www.iklimnet.com/data/duct.html
• Referência da fonte original: http://www.iklimnet.com/data/duct.html
• ASHRAE Handbook — Fundamentos, Capítulo 21: Projeto de Dutos
• SMACNA Padrões de Construção de Dutos de HVAC