Quinta aula
11/03/2008
Dimensionamento da tubulação
Em função do fluido a ser transportado e da sua temperatura de escoamento, procura-se estabelecer o material da tubulação.Apresenta-se a seguir uma tabela que pode nos auxiliar na escolha do diâmetro, porém deixa-se claro que:
1 → dependendo da aplicação, considera-se outros fatores;2 → os tubos de PVC hoje ganham espaço nas aplicações industriais;3 → o objetivo deste trabalho é ser uma referência bibliográfica básica, o que equivale dizer que outras fontes devem ser consultadas;4 → a tabela 7.1, além de fornecer a faixa de velocidade recomendada, que é denominada de velocidade econômica, menciona o material da tubulação mais empregado.
Por outro lado, sabe-se que para o escoamento de gás
perfeito até cerca de 75 m/s o escoamento é
considerado como incompressível, daí a tabela
7.2.
Após o preestabelecimento do material e da velocidade econômica, calcula-se o
diâmetro da tubulação após a bomba como mostrado a
seguir.
s/mvs
mQ
mDvQ
D
DvAvQ
3
2
4
4
Através do diâmetro calculado, consultando uma tabela
normalizada, especifica-se o diâmetro nominal para a tubulação após a bomba.
Importante notar que o diâmetro de referência estará entre dois diâmetros
comerciais. Se a instalação for considerada pequena, adota-se o diâmetro comercial
maior e se a instalação for grande adota-se o diâmetro comercial menor, isto dentro de certas limitações estabelecidas pelo valor
da perda de carga.
Nota: considera-se instalação pequena aquela que tem o custo da bomba + custo do motor elétrico +
custo de operação mais significativo que o custo dos
tubos + acessórios hidráulicos.
Dependendo da fonte de consulta encontra-se certas variações das velocidades
econômicas, para ilustrar o mencionado é apresentado a tabela 7.3 as velocidades
recomendadas pela Alvenius Equipamentos Tubulares S/A e na tabela 7.4 e no gráfico
7.1 os valores recomendados pela Companhia Sulzer e que foram extraídos do
manual – Fundamentos hidráulicos para instalaciones con bombas centrífugas –
Sulzer Frères, Société Anonyme, Winterthur, Suiza.
Uma outra forma de determinar o diâmetro, que é válida para
instalações que não funcionam continuamente (instalações em
edifícios) é a fórmula de Forscheimmer, que apresentada a
seguir:
Onde:Der = diâmetro econômico para o recalque (m)Q = vazão desejada (m3/s)n = número de horas/dia de funcionamento das bombas.
Qn
,Der 424
31
Com (Der) na tabela normalizada de tubos, especifica-se o diâmetro de recalque comercial.
A tubulação antes da bomba deve ter um diâmetro comercial acima.
Nota: Já que existe mais de uma possibilidade para a escolha do diâmetro de recalque e como hoje, podemos recorrer as máquinas programáveis é comum efetuar-se um estudo econômico para a
escolha do diâmetro mais adequado.
Imagina-se que em um dado projeto, tem-se a possibilidade de recorrer aos diâmetros D1, D2, D3 e
D4.Para especificar o diâmetro adequado, pode-s executar um estudo econômico como mostra a
tabela 7.5.
D1 D2 D3 D4
Custo do tubo/m
Custo total
Velocidade média (m/s)
Perda de carga (m)
Altura manométrica (m)
Potência consumida (kw)
Custo mensal de energia
Escolha do diâmetro adequado
Tabela 7.5
Mais informações consultar:
http://www.escoladavida.eng.br/mecfluquimica/sexta_aula.htm
Para detalhes dos tubos também pode-se consultar:http://www.debas.faenquil.br/~clelio/pdf/aula01.pdf
http://www.nvlsoftware.com.ar/NVLSoftware/datos_de_calculo.htmhttp://www.escoladavida.eng.br/mecflubasica/Apostila/Unidade%206/Primeira%20aula%20un%206.pdf
http://www.tubosapolo.com.br/tubos.htm
Exemplo
Considerando o escoamento da salmoura com uma vazão de 0,5 l/s, especifique o diâmetro para a tubulação de aço de espessura 160
Dado: instalação considerada grande
Para a salmoura na tabela 7.1 tem-se velocidade econômica igual a
1,2 m/s
mm,,
,Dref 0231000
21
10504 3
Consultando a norma ANSI B36.10 e B36.19, tem-se que:
Pelo fato da tubulação ser considerada grande adota-se
para a tubulação após a bomba igual a 1” e para a
tubulação antes da bomba "411
Cavitação
Para a compreensão do fenômeno de cavitação considera-se o trecho da instalação
representado a seguir, onde objetiva-se determinar a pressão na entrada da bomba.
B
PHR(0)
(e)ze
Aplicando-se a equação da energia de (o) a (e) resulta:
2
22
22 aBaBH
aBaB
eee
Ag
QD
LeqLf
gv
zp
Através da temperatura de escoamento do fluido,
determina-se a pressão de vapor, que representa a
pressão que para a temperatura do escoamento tem-se a mudança, total ou
parcial, de líquido para vapor.
Se a peabs (pe + patm) for menor ou igual a pvapor ,
tem-se na própria temperatura do
escoamento, o fenômeno de evaporação, total ou parcial,
do fluido, fenômeno denominado de cavitação.
Notas:
1. O fenômeno de cavitação observado na entrada da bomba é denominado de supercavitação e é considerado um erro grosseiro do projetista.
2. A pressão na entrada da bomba não representa o ponto de menor pressão do escoamento, este ocorre no interior do corpo da bomba, o que equivale a dizer que o fato de não ocorrer a cavitação na entrada da bomba não é condição necessária e suficiente para não se ter o fenômeno de cavitação.
O fenômeno de cavitação geralmente propicia os seguintes
problemas:
1. erosão2. vibrações3. diminuição do rendimento4. diminuição do tempo vida da
bomba
Para tentar evitá-lo deve-se pensar em aumentar a pressão de entrada da
bomba, ou seja:
1. a cota da entrada deve-se ser a menor possível, ou até mesmo negativa, bomba afogada;
2. o comprimento da tubulação antes da bomba deve ser o menor possível;
3. na tubulação antes da bomba utiliza-se as singularidades estritamente necessárias;
4. adota-se o diâmetro antes da bomba um diâmetro imediatamente superior ao diâmetro dimensionado para a tubulação após a bomba.
Para mais informações e estudos, inclusive de testes propostos, visite o
sítio:http://www.escoladavida.eng.br/mecfluquimica/supercavitacao.htm
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