Pensando nas etapas do projeto da instalação de bombeamento

Transcrição

1 a ula de teoria de Mecânica dos Fluidos ara a Engenaria uímica - (ME5330) Objetio: estudar os conceitos necessários ara o desenolimento de rojeto de uma instalação de bombeamento, da correção das curas da bomba ara um escoamento iscoso, ara a associação série e aralelo de bombas idráulicas e ara utilização do inersor de requência em uma instalação de bombeamento. Nesta nossa rimeira aula, amos abordar as etaas do rojeto de uma instalação de bombeamento, bem como os ré-requisitos ara o seu estudo. I. Pensando em ré-requisitos. Conceito de luido e suas roriedades tais como: massa esecíica (); eso esecíico (eso esecíico relatio ( r ); relação entre eso esecíico (e massa esecíica (); iscosidade dinâmica (); iscosidade cinemática (); relação entre iscosidade dinâmica () e iscosidade cinemática ();. Conceitos ligados à idrostática, tais como: conceito de ressão; carga de ressão; ressão em um onto luido; teorema de Stein, equação manométrica; ressão absoluta, ressão eetia; ressão manométrica, ressão estática, ressão dinâmica; relação entre ressão absoluta e ressão eetia e conceito de ressão de aor. 3. Conceitos ligados ao escoamento incomressíel, unidirecional, e em regime ermanente, tais como: equação da conseração em massa; escoamento laminar, transição e turbulento; cálculo da elocidade média do escoamento, equação de Bernoulli; tios de máquinas idráulicas; equação da energia; tios de otências; cálculo do rendimento da máquina idráulica e balanço de otências e determinação da azão de orma indireta utilizando Pitot, Venturi, Placa de oriício e bocal conergente. 4. Conceitos ligados ao teorema dos e semelança, como or exemlo: adimensionais característicos das bombas idráulicas: coeiciente manométrico e coeiciente de azão; número de Reynolds; número de Euler, etc Classiicação da erda de carga: erda distribuída e erda singular e seus cálculos e conceito de comrimento equialente. II. Pensando nas etaas do rojeto da instalação de bombeamento. Primeira etaa: dados iniciais. Fluido e temeratura de escoamentos, já que isto ossibilita determinação da massa esecíica (ou eso esecíico), da iscosidade dinâmica (ou iscosidade cinemática) e da ressão de aor.

2 . Condições de catação e de descarga já que isto ossibilita determinação da CRG TOT INICI ( inicial = catação ) e da CRG TOT FIN ( inal ), lembrando que: x = carga total numa seção (x) do escoamento incomressíel, unidirecional e em escoamento em regime ermanente..3 Vazão Desejada. Segunda etaa : dimensionamento das tubulações, onde semre iniciamos eseciicando o material adequado ara a mesma e isto é estabelecido em unção do luido que será transortado e sua temeratura. O dimensionamento se inicia com a tubulação aós a bomba idráulica, já que ara a tubulação antes da mesma se adota um diâmetro comercial imediatamente suerior. Neste dimensionamento geralmente recorremos à equação: neste caso é a elocidade econômica., onde é a elocidade médio, que 3. Terceira etaa: Esboço da instalação de bombeamento, já que ele ermite estabelecer os comrimentos das tubulações () e os seus acessórios idráulicos; isto além de estabelecer os Δz entre seção inal e inicial e/ou a cota crítica da instalação considerada. 4. uarta etaa: obtenção da equação da cura característica da instalação (CCI), que é obtida, no caso de uma instalação de uma entrada e uma saída, alicando-se a equação da energia entre a seção inicial e inal, onde substituímos a elocidade média do escoamento () ela relação indeendente, ortanto: inicial, onde a azão será a ariáel, onde: sistema inal erdas totais sistema = carga necessária do luido ara que o mesmo ercorra a instalação considerada com uma azão, esta carga, com exceção do escoamento em queda lire, será ornecida ela bomba idráulica S = (). Para a determinação da carga do sistema é undamental se acertar o cálculo da erda de carga total e ara tal deemos saber classiicá-la e calculá-la.

3 Obserações:. Cálculo das erdas: distribuída e singular (ou localizada) erda de carga distribuída geralmente é calculada ela órmula uniersal também denominada de órmula de Darcy ou de Darcy Weisbac: D g D g, onde: = erda de carga distribuída (m) = coeiciente de erda de carga distribuída (adimensional) = comrimento do tubo = seção constante sem acessório idráulico nenum (m) D = diâmetro idráulico que ara tubos orçados de seção transersal circular é igual ao D interno e o seu cálculo será semre: D 4, onde = área da seção ormada elo lido e = erímetro molado que é ormado elo contato do luido com suerície sólida (m) = elocidade média do escoamento. g =a celeração da graidade, que ara nossas alicações na mérica atina será adotada igual a 9,8 m/s².. Na rimeira aula de laboratório estaremos determinando exerimentalmente o e ara tal, deemos considerar o esquema a seguir, já que: 0 γ () () γ

4 tan que m g D t Imortante obserar que ara somente existir a erda distribuída ( ) é necessário que o tubo aresente um comrimento () dierente de zero, que tena a área da seção transersal constante e não tena, no treco considerado, nenum acessório idráulico. Já a erda localizada ou singular ( s ) ode ser calculada or: g K s S, onde: S = erda localizada ou singular (m) K S = coeiciente de erda de carga singular ou localizada (adimensional) = elocidade média do escoamento (m/s) g = aceleração da graidade geralmente (m/s²)

5 Também na rimeira aula de laboratório determinaremos exerimentalmente o K S, orém iremos considerar um treco onde além da S também ocorrerá a erda de carga distribuída, o esboço a seguir reresenta uma das ossibilidades ara esta determinação. 0 -a b- γ () (a) (b) () γ m t a tan que S ab b g Nas determinações anteriores estabeleceremos que a azão seja a mesma tanto na determinação do como na determinação do K S já que isto acilitará a determinação dos mesmos. 5. uinta etaa: escola reliminar da bomba, ortanto, aós ter escolido o(s) abricante(s) da bomba e ter eseciicado a azão de rojeto (azão desejada multilicada or um ator de segurança que é no mínimo 0%) eseciicamos a carga manométrica de rojeto ( B rojeto ) o que ossibilita a escola da bomba e a obtenção das suas curas características (CCB) e atraés dela a eseciicação do diâmetro do rotor da bomba e do seu onto de trabalo, que é obtido no cruzamento da CCB com a CCI e onde lemos e calculamos,,,n e NPS B B B requerido.

6 6. Sexta etaa: Veriicação do enômeno da caitação, que seria a aorização e condensação do luido na mesma temeratura do escoamento só deido à ariação de ressão. 7. Sétima etaa: cálculo do custo de oeração. É imortante ressaltar que as CCB são obtidas ara a O (em certas condições de ressão e temeratura) e se o luido a ser bombeado não água, dee-se saber se á, ou não, a necessidade de correção das curas que constituem a CCB, isto será anlisado classiicando o luido em iscoso ou não na erdade isto é eito comarando a sua iscosidade com uma iscosidade de reerência, se ela or maior é considerado iscoso e corrigimos as curas, se or menor não a necessidade de corrigi-las, sendo a única execção a cura N B = (), já que esta é ornecida ara a água à cerca de 4 0 C. Proono o exercício a seguir, que deerá ser resolido e entregue ao inal da rimeira aula de laboratório, exercício extraído do liro: OPERÇÕES UNITÁRIS VOUME II FUIDOS N INDÚSTRI escrito elo roessor Reynaldo Gomide. Exercício : camisa de resriamento de um reator exerimental está sendo alimentada or uma salmoura alcoólica a 0% atraés de um tubo isolado de cobre com 0,6 mm de diâmetro interno. Num treco reto e sem álulas ou qualquer outro acessório idráulico a salmoura circula a 0 C e ressão ouco acima da atmosérica. Um manômetro em U ligado em tomadas de ressão distantes 4,5 m uma da outra indica uma erda de carga de 5,9 cm de coluna de água a 0 0 C onde água kg 998, m. Deseja-se conecer a azão da salmoura nestas condições. 3 Dados: roriedades da salmoura: salmoura kg 977,6 3 m e salmoura 5,5 0 3 Pa s