Cálculo de Estruturas e Tubulações Industriais AULA 5 CALCULO PARTE 1

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Osvaldo Alvarenga Graça
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1 Cálculo de Estruturas e Tubulações Industriais AULA 5 CALCULO PARTE 1 PROF.: KAIO DUTRA

2 Calculo do Diâmetro das Tubulações oo dimensionamento do diâmetro dos tubos é quase sempre um problema de hidráulica, resolvido em função da vazão necessária do fluido, das diferenças de cota existentes, das pressões disponíveis, das velocidades e perdas de carga admissíveis, da natureza do fluido e do material e tipo do tubo. oq = V A Q = V π D2 4 Onde: V= velocidade; A= Área; D= Diâmetro; Q= Vazão.

3 Escoamento dos Fluidos em Tubulações oo escoamento de qualquer fluido em uma tubulação resulta sempre em uma certa perda de energia do fluido, energia esse que é gasta em vencer as resistências que se opõem ao escoamento, e que finalmente é dissipada sob forma de calor. oas resistências que se opõem ao escoamento são de duas naturezas: oresistência externas, resultante do atrito contra as paredes do tubo, das acelerações e mudanças de direção e dos turbilhonamentos consequentes. o As resistências externas serão tanto maiores quanto maiores forem a velocidade do fluido e a rugosidade das paredes, e quanto menor for o diâmetro. oresistência internas, resultantes do atrito das próprias moléculas do fluido, umas com as outras; é o que se chama de viscosidade. o As resistências internas serão tanto maiores quanto maiores forem a velocidade e a viscosidade do fluido.

4 Escoamento dos Fluidos em Tubulações oo escoamento dos fluidos em uma tubulação pode se dar de duas maneiras diferentes: oescoamento laminar: Neste caso os filetes do fluido são paralelos entre si e as velocidades em cada ponto são invariáveis em direção e em grandeza. oescoamento Turbulento: Neste caso as partículas movem-se em todas as direções, com velocidades variáveis em direção e grandeza de um ponto para o outro e no mesmo ponto, de um instante para o outro. Laminar Turbulento

5 Escoamento dos Fluidos em Tubulações oa previsão do tipo de escoamento que se terá em determinadas tubulação é feita pelo cálculo do chamado número de Reynolds : Laminar Turbulento

6 Calculo de perda de carga Escoamento dos Fluidos em Tubulações oa perda de carga pode ser calculada pela formula de Darcy: olaminar: oturbulento: oonde: ol = comprimento da tubulação; ov = Velocidade média do escoamento; od = Diâmetro interno da tubulação; og = Aceleração da gravidade; of =fator de atrito oescoamento laminar: f=64/re oescoamento turbulento: Diagrama de Moody

7 Calculo de perda de carga Escoamento dos Fluidos em Tubulações Diagrama de Moody: Número de Reynolds: Rugosidade relativa: Re= Rugosidade/Diâmetro=

8 Calculo de perda de carga Escoamento dos Fluidos em Tubulações

9 Calculo de perda de carga Escoamento dos Fluidos em Tubulações Diagrama de Rugosidade Relativa:

10 Calculo de perda de carga Escoamento dos Fluidos em Tubulações É comum a apresentação da formula de perda de carga sem o comprimento o tubo, tornando-se o que se chama de perda de carga relativa, que é a perda de carga por unidade de comprimento:

Perda de Carga em Acessórios e em Derivações Todos os acessórios em um tubulação realizam alguma interação com o escoamento, estas interações geram perdas de cargas, chamadas de perdas de cargas

11 Perda de Carga em Acessórios e em Derivações Todos os acessórios em um tubulação realizam alguma interação com o escoamento, estas interações geram perdas de cargas, chamadas de perdas de cargas secundárias ou localizadas. A avaliação das perdas secundárias costuma ser exclusivamente empírica. É verificado a perda de carga causada pela conexão e feita uma equivalência entre este valor e o comprimento de uma tubulação reta que causaria o mesmo valor de perda de carga. Este comprimento é comumente chamado de comprimento virtual e deve ser somado com o comprimento da tubulação para resolver a formula de Darcy.

12 Perda de Carga em Acessórios e em Derivações

13 Dimensionamento do Diâmetro oo cálculo do diâmetro das tubulações é um problema hidráulico que pode ser resolvido em função das velocidades ou das perdas de carga. oquanto maior for o diâmetro, maior será o custo inicial da tubulação, mas, em compensação, menores serão a perda de carga e a velocidade do fluido, para um determinado valor de vazão. odesta forma, para o cálculo do diâmetro, pode-se seguir dois caminhos: o Dimensionamento pela velocidade; o Dimensionamento pela perda de carga. Q = V π D2 4

14 Calculo em Função da Velocidade oexistem valores consagrados pela prática de velocidades, que aliam o custo da instalação com uma perda de carga aceitável, estes valores são conhecidos como velocidades econômicas. Q = V π D2 4 oconhecendo a velocidade econômica, a vazão deverá ser um parâmetro conhecido da instalação que se quer dimensionar, então é possível calcular o diâmetro.

15 Calculo em Função da Velocidade oexistem valores consagrados pela prática de velocidades, que aliam o custo da instalação com uma perda de carga aceitável, estes valores são conhecidos como velocidades econômicas. Q = V π D2 4 oconhecendo a velocidade econômica, a vazão deverá ser um parâmetro conhecido da instalação que se quer dimensionar, então é possível calcular o diâmetro.

16 Calculo em Função das Perdas de Carga oo diâmetro das tubulações também podem ser calculados utilizando como parâmetro o valor de perda de carga. Neste método não utilizados gráficos, diagramas, tabelas e equações onde a perda de carga é função do diâmetro da tubulação.

17 Calculo em Função das Perdas de Carga

18 Calculo em Função das Perdas de Carga Diagrama para tubulações de plástico: Ex.: Q= 8 l/s e D=100mm J= 8 m/1000m (8 metros de perda de carga a cada 1000 metros de tubulação)

19 Perda de carga: Tabela de perda de Carga e determinação de diâmetro:

20 Exercícios: 1. Calcule o diâmetro em uma tubulação e água onde a velocidade média da tubulação é de 1,5 m/s, a bomba trabalha 2 horas para enchimento de um reservatório de 5000 litros. (D=24,3mm) 2. Calcule o diâmetro de uma tubulação de ar comprimido com velocidade média de 18 m/s e vazão de 1700 litros/min. (D=44,78mm) 3. Caso seja feito uma ramificação na tubulação de ar da questão anterior, onde o consumo seja 20% da vazão da linha, qual deverá ser o diâmetro da ramificação. (d=20mm). 4. Água escoa por uma tubulação de 4 a uma vazão de 0,12 l/s, sabendo-se que o comprimento virtual da tubulação é de 220 metros, calcule a perda de carga (Viscosidade cinemática da água v=8,03e-7). (J=0,81mm) 5. Calcule a perda de carga em uma tubulação de ferro galvanizado de 1.1/2 de diâmetro com uma vazão de 15000L/h, o comprimento virtual da tubulação é de 72 metros. (J=37m)

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