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perda de carga em tubulações, Notas de estudo de Engenharia Mecânica

Faculdade Campo Limpo Paulista (FACCAMP)Engenharia Mecânica

dados para dimensionar perdas de carga em uma tubulação

Tipologia: Notas de estudo

2010

Compartilhado em 18/11/2010

carlos-silva-o7g
carlos-silva-o7g 🇧🇷

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bg1
1
Perda de carga em tubulações pressurizadas
Bases para o dimensionamento
Escoamento em condutos forçados
• É o escoamento em condutos sob pressão
• Características:
– Geralmente em regime permanente e uniforme
– Turbulento
• Perda de carga
– Decorre do atrito entre a água e as paredes da tubulação,
transmitida ao interior do fluido através da viscosidade.
– É função da rugosidade das paredes
• > rugosidade > turbulência > perda de carga
– É função da velocidade do escoamento
• Quanto > velocidade > perda de carga
– É separada em duas partes:
• Localizada
– Em curvas
– Registros
– Válvulas etc
• Ao longo da tubulação
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Pré-visualização parcial do texto

Baixe perda de carga em tubulações e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Mecânica, somente na Docsity!

Perda de carga em tubulações pressurizadas

Bases para o dimensionamento

Escoamento em condutos forçados

  • É o escoamento em condutos sob pressão
  • Características:
    • Geralmente em regime permanente e uniforme
    • Turbulento
  • Perda de carga
    • Decorre do atrito entre a água e as paredes da tubulação,

transmitida ao interior do fluido através da viscosidade.

  • É função da rugosidade das paredes

    • rugosidade  > turbulência  > perda de carga

  • É função da velocidade do escoamento
    • Quanto > velocidade  > perda de carga
  • É separada em duas partes:
    • Localizada
      • Em c urvas
      • Registros
      • Vál vulas etc
    • Ao longo da tubulação

Escoamento em condutos forçados

  • Estimativa da perda de carga
    • Equação de HAZZEN-WILLIAMS
      • Pode ser usada também em canais abertos. Recomendada sua aplicação somente quando a água estiv er à temperatura ambiente e para diâmetro da tubulação ≥ 2 ” : 0 , 63 0 , 54 v  0 , 355 CD J 2 , 63 0 , 54 Q  0 , 2788 CD J 1 , 852 1 , 17 1 6 , (^806)        C v D J 1 , 852 4 , 87

C

Q

D

J

Q = v azão, m^3 s-^1 ; v = velocidade média, m s-^1 ; D = diâmetro da tubulação, m; J = perda de carga, mca m-^1  (mca = metro de coluna d’água); C = coef iciente dependente da natureza da parede do tubo (material e estado de degradação)

Escoamento em condutos forçados

  • Estimativa da perda de carga
    • Equação de HAZZEN-WILLIANS
      • Pode ser usada também em canais abertos. Recomendada sua aplicação somente quando a água estiv er à temperatura ambiente e para diâmetro da tubulação ≥ 2 ” : Outros métodos menos usados:
  • Manning
  • Darcy - Weisbach

Escoamento em condutos forçados

  • Estimativa da perda de carga localizada

g

v

hfl K

2

 hfl^ =^ perda de carga localizada,

m; K = coeficiente do elemento causador da perda de carga; v = velocidade média na tubulação, m s-^1 ; g = 9,81 m s-^2.

Escoamento em condutos forçados

  • Estimativa da perda de carga localizada

g

v

hfl K

2

Escoamento em condutos forçados

  • Perdas localizadas expressas em equivalente de comprimento (m

de tubulação) – aço e ferro fundido

  • Esses v alores devem ser acrescidos à tubulação para o cálculo de hf, como pelo uso de Hazzen-Williams
  • Pág 139 - ...
  • Pág 139 - ...

Escoamento em condutos forçados

  • Velocidade admissível em uma tubulação
    • Quanto maior a velocidade do escoamento, menor será o

diâmetro necessário para se obter a vazão necessária, porém,

existe um elevado aumento das perdas de carga, aumento

do desgaste e corrosão da tubulação e maior sensibilidade

aos golpes de aríete.

  • Nas tubulações de recalque (pressão positiva), deve-se

trabalhar com velocidades entre 0,6 e 2,4 m s-^1 , sendo o

intervalo mais comumente usado 1,0 a 2,0 m s-^1.

Escoamento em condutos forçados

  • EXEMPLO:
    • Em um sistema de irrigação precisa-se conduzir uma vazão de

30 L s-^1 , numa distância de 2,0 km, sendo tubulação de ferro

fundido usado, sendo instalados:

  • uma curva de 45°
  • uma curva de 90°
  • um registro de gav eta
  • uma v álvula de retenção
  • Determinar o diâmetro da tubulação e a perda de carga

correspondente:

  1. tomando-se uma tubulação de 5”: ≈ 125 mm.
  2. calcular velocidade:
  • v = Q/A = 0,03/( 0,125^2 / 4) = 2,445 m s-^1
  • Essa velocidade está acima dos 2,4 m s-^1 , sendo muito elev ada. Tomando uma tubulação de 6”:
  • v = Q/A = 0,03/( 0,150^2 / 4) = 1,698 m s-^1

Escoamento em condutos forçados

  • EXEMPLO:

3. calcular a perda de carga para posterior dimensionamento do

conjunto moto-bomba:

i. utilização da Equação de Hazen-Williams:

  • Da tabela 5.6:
    • C = 100
  • hf = 2000 m x 0,033 mca m-^1 = 66 mca
  • Perda de carga localizada:
    • Valores de K para c ada peça:
    • Curva de 45° 0,
    • Curva de 90° 0,
    • Registro de gaveta 0,
    • Vál vula de retenção 2,
    • Saída da c analização 1, 1 , 852 1 , 17 1 6 , (^806)        C v D J 0 , 033 100 1 , 698 0 , 15 6 , 806 1 1 ,^852 1 , 17       J ^  mca.m-^1 g v hfl K 2 2    0 , 63 29 , 81 1 , 698 0 , 2 0 , 4 0 , 2 2 , 5 1 , 0 2 h (^) fl , total       **mca.m
  • 1 hf,total = 0,63 + 66 = 66,63 m ca**

Condutos com múltiplas saídas

Dimensionamento

ASPERSORES ROTATIVOS POR IMPACTO ASPERSORES ROTATIVOS POR IMPACTO

ASPERSORES ROTATIVOS POR REAÇÃO

Aspersor rotativo com dois braços sobre base, ideal para

irrigar superfícies circulares, médias e pequenas. Bicos

reguláveis que otimizam a irrigação em função do tipo

de plantas a irrigar. Superfície máxima irrigada de 150

metros quadrados ( 14 m de diâmetro ).

ASPERSORES ROTATIVOS POR ENGRENAGENS

Perdas de carga em linhas laterais – múltiplas saídas

  • Procedimento
    • Ponderar desnível na linha l ateral

      • aclive  + - >> declive  –

  • É aceitável variação de pressão de no máximo 20 % entre o primeiro e último aspersor da linha lateral - Isso corres ponde à uma variação de cerca de 10 % na vazão  Uniformidade de distribuição - Perda d e carga máxima possível em mca – hf’ hf P DN atm mca P atm a a a    0 , 20. 2 , 0. 10

Perdas de carga em linhas laterais – múltiplas saídas

  • Procedimento
    • Determinação do diâmetro da tubulação – D
    • Verif icação da perda de carga para o diâmetro estimado 1 , 85 0 ,^205 '

hf

L

C

Q

D

4 , 87 1 , 85

D

L

C

Q

hf 

Resultado f inal buscado hf ’ < hfa  Diâmetro adequado Se não, Recalcular com diâmetro superior Dependendo do projeto e, pref erentemente, se o sistema é f ixo, pode-se utilizar dois diâmetros da tubulação da linha lateral.

Cálculo

  • Considerar 13 saídas numa linha lateral, localizada à 300 m de uma

fonte de captação

  • Desnível na linha principal
    • 26 m
  • Desnível na linha lateral
    • 3,4 m
  • Comprimento da linha lateral
    • 156 m
  • Vazão por aspersor
    • 1,03 m^3 h-^1 com Pac = 2,0 atm conf orme fabricante
    • Deseja-se
      • 1,11 m^3 h-^1
  • Tubulação de PVC
  • Peças
    • Recalque  T, Curva de 45°, Registro de gav eta, v álvula de retenção, curv a de 90°
    • Sucção  válv ula de pé, criv o, curv a de 90° - tubulação de 8 m, desnív el de 3,0 m HG HR HS hf

Estações de bombeamento  Altura manométrica total Hman

  • É a soma de todas as cargas que devem ser vencidas

pelo conjunto moto-bomba. São as alturas geométricas

de sucção e de recalque, mais a perda de carga. Além

disso, o conjunto moto-bomba deve enviar uma dada

va zão, ou seja, fornecer uma velocidade à água.

Moto-bombas

  • Tipos de bombas usadas em irrigação
    • Bombas axiais ou de hélice
      • Projetadas para elev ar grandes v azões a pequenas alturas manométricas – até 12 m
      • Rotor deve ser submerso ou com pequena altura de sucção
      • Elev am 40 a 4500 l s-^1
    • Bombas centrífugas ou radiais
      • Projetadas para v azões não tão elevadas, mas elev adas alturas manométricas
      • Rotor não necessita ser submerso
      • Podem trabalhar isoladamente, em série ou paralelas
      • São as mais usadas em irrigação
      • Aceita a v ariação da altura manométrica para controle do f luxo de água

Moto-bombas

  • Velocidade de rotação
    • Relação entre as variáv eis de uma bomba hidráulica