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1 Quinta aula 11/03/2008
2 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.
4 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.
6 Após o preestabelecimento do material e da velocidade econômica, calcula-se o diâmetro da tubulação após a bomba como mostrado a seguir.
7 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.
8 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.
9 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.
12 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.
13 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.
14 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
15 Mais informações consultar: http://www. escoladavida. eng
16 Para detalhes dos tubos também pode-se consultar: http://www. debas
17 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
18 Consultando a norma ANSI B36.10 e B36.19, tem-se que:
Para a salmoura na tabela 7.1 tem-se velocidade econômica igual a 1,2 m/s Consultando a norma ANSI B36.10 e B36.19, tem-se que:
19 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
20 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
21 Aplicando-se a equação da energia de (o) a (e) resulta:
22 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.
23 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.
24 Notas: O fenômeno de cavitação observado na entrada da bomba é denominado de supercavitação e é considerado um erro grosseiro do projetista. 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.
25 O fenômeno de cavitação geralmente propicia os seguintes problemas:
erosão vibrações diminuição do rendimento diminuição do tempo vida da bomba
26 Para tentar evitá-lo deve-se pensar em aumentar a pressão de entrada da bomba, ou seja:
a cota da entrada deve-se ser a menor possível, ou até mesmo negativa, bomba afogada; o comprimento da tubulação antes da bomba deve ser o menor possível; na tubulação antes da bomba utiliza-se as singularidades estritamente necessárias; adota-se o diâmetro antes da bomba um diâmetro imediatamente superior ao diâmetro dimensionado para a tubulação após a bomba.