16.7 : Linha de energia e linha de gradiente hidráulico

Com base na equação de Bernoulli, a linha de energia (EL) e a linha de grau hidráulico (HGL) fornecem representações gráficas da distribuição de energia em um sistema de fluxo de fluido. Para fluxos estáveis, incompressíveis e invíscidos, a equação de Bernoulli é expressa como:

Aqui, H é a altura manométrica total, p/γ​ é a altura manométrica de pressão, V^2/2g​ é a altura manométrica de velocidade e z é a altura manométrica de elevação.

A linha de energia (EL) representa a altura manométrica total disponível no fluxo. Ela está localizada acima do datum e inclui todos os três componentes de energia. Em condições ideais, ela permanece horizontal, pois a energia total não varia ao longo de uma linha de corrente. A elevação da EL pode ser medida usando um tubo de Pitot, que captura a pressão de estagnação e fornece o valor total de energia.

A linha de grau hidráulico (HGL) descreve a altura manométrica piezométrica (p/γ+ z), que exclui a altura manométrica de velocidade. Ele fica abaixo do EL por uma distância vertical, que é igual à altura de velocidade (V^2/2g​). O HGL representa variações de pressão no sistema. Em tubulações pressurizadas, ele fica acima do tubo, enquanto no fluxo de canal aberto, ele coincide com a superfície da água.

Se a velocidade do fluido ou o diâmetro do tubo mudar, a elevação do HGL se ajusta de acordo. A altura de pressão é zero na saída do tubo, fazendo o HGL coincidir com a altura de elevação. Para um fluxo estável e invíscido de um tanque, o EL e o HGL são horizontais, refletindo a altura constante e a pressão atmosférica de saída.

As aplicações práticas geralmente incorporam efeitos viscosos e perdas, que distorcem o EL e o HGL. Esses conceitos são cruciais para analisar distribuições de pressão e energia em sistemas de fluidos.