Hidráulica de linhas pressurizadas. FEAGRI/UNICAMP Prof. Roberto Testezlaf

Transcrição

1 Hidráulica de linhas pressurizadas

2 Dimensionamento da Tubulação Consiste em: Dimensionar o valor do diâmetro comercial. Critérios: Velocidade média permitida ao longo da linha; Valores de perdas de carga pré-estabelecida Aplicação da teoria de escoamento em condutos orçados Análise econômica minimização os custos totais da instalação (custos ixos mais custos variáveis).

3 Revisão Escoamento em condutos orçados

4 Revisão Escoamento em condutos orçados A energia da água está contida em três ormas básicas ou componentes: Energia Cinética (V /g): devida à velocidade que possui o luido. Energia potencial ou de elevação (h) devida à posição reerencial do luido Energia de ressão (/) devida a pressão que o luido possui; V ρ + + ρgz = constante rincípio de Bernoulli

5 Equação de Bernoulli 1 V V 1 h h 1 g g h

6 erda de carga ou de energia Atrito na tubulação: interace líquido/material da tubulação resença de orças viscosas: interace líquido/líquido

7 erda de carga ou de energia Equação Universal ou Darcy-Weisbach como g V D L h. * 4* D Q A Q V 5..0, D L Q D L Q g g D Q D L h

8 erda de carga ou de energia Independe da pressão na qual a água escoa; roporcional linearmente ao comprimento da tubulação; Inversamente proporcional a algum expoente do diâmetro; roporcional a algum expoente da velocidade; Dependente da rugosidade da tubulação; Dependente do regime de escoamento.

9 Coeiciente de atrito () Depende do regime de escoamento número de Reynolds: R e D V υ = viscosidade cinemática da água igual a 1,003 x 10-6 m s -1 (0ºC) Regime laminar Re < R e h 51. L. Q. D 5.Re. g

10 Coeiciente de atrito () Regime Turbulento < Re < 10 5 Equação Blasius (tubos lisos) 0,3164 Re 0,5 Swamee e Jain ln 1,35 3,7D 5,74 0,9 Re ε = rugosidade absoluta do material em m

11 Rugosidade absoluta Material Rugosidade (mm) Ferro undido 0,5 Aço galvanizado 0,15 VC 0,005 olietileno 0,001 Alumínio 0,0015

12 Diagrama de Moody Determinação de

13 Equações Empíricas Equação de Hazen-Willians h 10,643 Q C 1,85 L D 4,87 Q = vazão do escoamento (m 3 /s) J = perda de carga (m/m); D = diâmetro interno da tubulação (m); C = coeiciente de atrito (adm), assume valores entre 70 e 140, valor máximo para tubos lisos (irrigação). O uso dessa equação é recomendada para: diâmetros > 50 mm Velocidade de escoamento < 3 m/s.

14 Coeiciente de Rugosidade (C) Material Coeiciente (C) Ferro undido 100 Aço galvanizado (com costura) 15 VC (até 75mm) 15 VC (até 100 mm) 135 VC (> 100 mm) 140 E 150

15 Dimensionamento de Adutoras Critério: Velocidade máxima na tubulação não deve ultrapassar,0 m/s. ara evitar: Sobrepressão elevada quando há interrupção do luxo (golpe de Aríete) Vibrações na tubulação que reduzem a vida útil erda de carga (pressão) excessiva, pois ela é diretamente proporcional à velocidade da água Velocidade mínima de 0,5 m/s para evitar deposição de partículas

16 Aplicação Dimensionar o diâmetro da tubulação de recalque de um pivô central que tem 500 m de comprimento e opera com uma vazão de 350 m 3.h -1. Determine a pressão na motobomba, sabendo que o pivô deve operar com uma pressão de 350 ka na torre e que o desnível entre a bomba e o pivô é de 30 m.

17 Exemplo de aplicação Irriga LF DEFoFo

18 Critério: Dimensionamento da Sucção Diâmetro comercial imediatamente superior ao diâmetro do recalque da bomba (regra prática) Veriicar se a velocidade resultante não supera o valor mostrado na Tabela (NBR 114-rojeto de sistema de bombeamento de água para abastecimento público). Diâmetro nominal (mm) Velocidade (m/s) ,70 0,80 0,90 1,00 1,10 1,0 1,40 1,50

19 Instalação básica de motobombas

20 Dimensionamento de linhas laterais

21 Dimensionamento de linhas laterais Critério A determinação dos diâmetros e do comprimento das laterais deve garantir a uniormidade de distribuição de vazão dos emissores; Recomenda-se que a dierença de vazão nos emissores em uma lateral deve ser inerior a 10% da vazão nominal (vazão média na linha). Variação entre 10% e 0% é aceitável e maior que 0% inaceitável. Na aspersão recomenda-se o uso de um diâmetro ou no máximo dois diâmetros em uma linha lateral. FEAGRI/UNICAM ro. Roberto Testezla

22 Dimensionamento de linhas laterais q = kh x dq dh = k x Hx 1 = k x Hx H = k Hx x H = q x H dq q = x dh H Assumindo x = 0,5 e dq = 0,10 0,1q q = 0,5 dh H dh = 0,H Critério A variação de vazão de 10% da vazão nominal, equivale a uma variação de 0% da pressão.

23 Exemplo de aplicação ara um emissor com um expoente de x = 0,446, calcule a variação de vazão para um variação de pressão de 15%. Calcule também a variação de pressão permissível para uma variação de vazão do emissor de 10%. dq q = x dh H 1. dq q 0,15H = 0,446 H dq = 0,07q ou seja 7%. 0,10q q = 0,446 dh H dh = 0,4H ou seja,46%

24 Escoamento em marcha com vazão decrescente

25 Critério de projeto das linhas laterais q q i 0,9 C C d d A A g n g i i 0,5 i 0,9 0,81 0, 81 i ara o limite de variação de vazão de 10% na linha lateral, o limite de variação de pressão é equivalente a 0% da pressão de serviço ou pressão média na linha.

26 Variação da pressão na linha lateral (nível)

27 Simpliicação i 3 z h i h n S

28 Critério de projeto das linhas laterais O cálculo dos valores reais de perda de carga em linhas laterais de irrigação, pode ser realizado por dois procedimentos: Calcular a perda de carga real em cada segmento de canalização, computando a vazão que escoa nesse trecho; Usar um coeiciente de correção que considera a redução na perda de energia decorrente da redução na vazão.

29 erda de carga real Cálculo trecho a trecho i Q T 1? q 1?? 3? 4? q? q 3? q 4?

30 Coeiciente de correção de perda de carga Escoamento em marcha com vazão decrescente Sendo: H = perda de carga real ao longo de uma linha lateral de irrigação; h = perda de carga ictícia para uma tubulação sem saída; F = Fator de correção de Christiansen (tabelado), ou ator de redução da perda de carga, F depende: H F. h ' Do expoente da vazão ou da velocidade na equação de perda de carga utilizada no calculo do número de saídas na tubulação e da distância do início da linha para a localização da primeira saída na linha lateral.

31 Fator de Christiansen Escoamento em marcha com vazão decrescente Equação original F 1 m 1 1 n m 1 6n Equação Modiicada para posição do primeiro aspersor. F(1/ ). n 1 m 1. n 1 m 1 6n Sendo n = número de saídas e m = exp. da velocidade na equação de perda de carga (1,853 ou )

32 Tabela de F N E 1 = E a E 1 = E a / 1 1,0 1,0 0,64 0,5 3 0,53 0,44 4 0,49 0,41 5 0,46 0,40 6 0,44 0,39 7 0,43 0,38 8 0,4 0,38 9 0,41 0, ,40 0, ,39 0, ,38 0, ,37 0, ,36 0,36

33 Exemplo de aplicação Um tubo de E com DI de 0,9 mm é utilizado como linha lateral para distribuição de água por microspray em uma plantação de pêssegos. O comprimento da lateral é de 150 m com sprays espaçados de 5 m. Sabendo que a vazão média do spray é de 40 L h-1, estime a perda de carga nessa linha lateral. Utilizar lanilha L. Q 500.0,00033 h'.0,086 0,059.0,086. 8, 78mca D5 0,009 5 H ' F. h 8,78.0,37, 9mca

34 Variação de pressão em linhas laterais Linha Lateral em nível (Δz = 0) z 0, 0 n 0, 0 n i 3 4 h h ts h ts = altura do tubo de subida do aspersor

35 Variação de pressão em linhas laterais Linha Lateral em aclive (subindo) Δz i i h z i i h z h z i h z 0, 0N h i 0, 0 n z 3 h h z ts 4

36 Variação de pressão em linhas laterais Linha Lateral em declive (descendo) i Δz i h z i i h z h z i h z 0, 0N h 0, 0 n z i 3 h h z ts 4

37 Cálculo da linha lateral Selecionar um aspersor ou emissor adequado com os valores de vazão (qn) e pressão nominal (n) de catálogo. O número de emissores (n) na linha lateral é determinado pela divisão do comprimento da linha pelo espaçamento de emissores (L/se). A vazão de entrada na lateral é calculada por (Q L =n.qn). O diâmetro da lateral deve atender o critério de variação de 0% da pressão. A perda de carga na (Q L, qn, D and L) is calculada utilizando o ator F de Christiansen.

38 Aplicação - Aspersão Dimensione o diâmetro de uma linha lateral de aspersão convencional posicionada nas curvas de nível do terreno, utilizando tubulações de VC, para o comprimento máximo de 150 m, utilizando os aspersores da marca Agropolo (Catálogo abaixo), operando a uma pressão de 35 mca. Reaça os cálculos para a linha disposta em declive e aclive de 1%. Calcule a pressão no início e no inal da linha.

39 Aplicação - Localizada Utilizando o gotejador caracterizado pela equação q = 0,96 H 0,56 onde q = L/h H= mca, dimensione o diâmetro de uma linha lateral em nível, utilizando tubulações de E com o comprimento de 10 m, para uma pressão de serviço de 1kg/cm e espaçamentos entre emissores de 0,30m. Reaça os cálculos para a linha disposta em declive e aclive de 1%. Calcule as pressões no início e no inal da linha.

40 Método para cálculo da perda de carga em linha lateral com dois diâmetros Q1, N1, D1 Q, N, D L1 L Segundo Keller e Bliesner Estimar h para o comprimento total com diâmetro maior 1 = [(L1+L), D1, (Q1+Q),(N1+N)] Estimar h para o comprimento total com diâmetro menor = [(L1+L),D,(Q1+Q),(N1+N)] L L a 1 1 0,357

41 Aplicação - Aspersão Aplicar o conceito de linha com dois diâmetros para o exemplo anterior. Dimensione o diâmetro de uma linha lateral de aspersão convencional posicionada nas curvas de nível do terreno, utilizando tubulações de VC, para o comprimento máximo de 150 m, utilizando os aspersores da marca Agropolo (Catálogo abaixo), operando a uma pressão de 35 mca.

42 Desaio para os engenheiros!