Perda de Carga e Comprimento Equivalente

Transcrição

1 Perda de Carga e Comprimento Equivalente

2 Objetivo da aula: Conceitos sobre Perda de Carga e Comprimento Equivalente, Para que os mesmos possam utilizá-los, futuramente, para especificar bombas hidráulicas e tubulações para instalações

3 Tubulação O perfeito dimensionamento de uma instalação hidráulica e seus componentes, Tais como válvulas e principalmente de bombas hidráulicas depende em muito das dimensões e da correta disposição da tubulação a serem utilizadas. Abordaremos a perda de pressão, conhecida como perda de carga de uma rede hidráulica.

4 Dimensionamento da Tubulação Ao se dimensionar as linhas de sucção e recalque, as considerações relativas ao custo tendem a favorecer as linhas de diâmetro tão pequeno quanto possível. Entretanto, quedas de pressão, ou perda de carga, na linhas de recarga e sucção causam perda de capacidade da bomba e compressor e aumentam a potência necessária. Perdas excessivas nas linhas de sucção, no caso de bombas hidráulicas, podem causar o aparecimento de cavitação, no rotor, e conseqüentemente a perda desta bomba.

5 Cavitação Em certos pontos devido à aceleração do fluido, como em um vertedor (sangradouro), em uma turbina hidráulica, em uma bomba hidráulica, em um bocal ou em uma válvula, a pressão pode cair a um valor menor que a pressão mínima em que ocorre a vaporização do fluido (P v ) na temperatura T 0. Então ocorrerá uma vaporização local do fluido, formando bolhas de vapor. A este fenômeno costuma-se dar o nome de cavitação (formação de cavidades dentro da massa líquida). A cavitação é comum em bombas de água e de óleo, válvulas, turbinas hidráulicas,propulsores navais, pistões de automóveis e até em canais de concreto com altas velocidades, como em vertedores de barragens.

6 Perda de Carga ( P) Sempre que um fluido se desloca no interior de uma tubulação ocorre atrito deste fluido com as paredes internas desta tubulação, ocorre também uma turbulência do fluido com ele mesmo, este fenômeno faz com que a pressão que existe no interior da tubulação vá diminuindo gradativamente à medida com que o fluido se desloque, esta diminuição da pressão é conhecida como Perda de Carga ( P).

7

8 Perda de Carga ( P) Desta forma a perda de carga seria uma restrição à passagem do fluxo do fluido dentro da tubulação, esta resistência influenciará diretamente na altura manométrica de uma bomba (H) e sua vazão volumétrica (Q), Em resumo, um aumento de potência consumida.

9 Velocidade Da mecânica dos fluidos sabemos que quanto maior a velocidade de um fluido dentro de uma tubulação maior será a perda de carga deste fluido. Desta forma podemos concluir que para diminuirmos a perda de carga basta diminuirmos a velocidade do fluido. Mas velocidade menor para mantermos uma mesma vazão volumétrica (Q) será necessário utilizar tubulações de maior diâmetro, o que acarreta em uma instalação de custo mais elevado.

10 Velocidade A relação entre a vazão volumétrica e a velocidade pode ser escrita como: Vazão Volumétrica = Velocidade x Área interna da tubulação

11 Velocidade Resumindo com velocidades muito grande ocorrerá um aumento da perda de carga ( P) do sistema, o que acarretará um maior consumo de energia nas bombas e compressores, desta forma quando estivermos dimensionado as tubulações da rede hidráulica devemos pensar em um projeto que garanta ao mesmo tempo que se possa ter velocidade, para garantir a necessária vazão de fluido com uma mínima perda de carga, com o menor custo da instalação.

12 Tabelas ABNT Para facilitar o projeto, a ABNT estabelece alguns valores de vazão de água e sua respectiva velocidade máxima dentro de uma tubulação. A Tabela 1 apresenta alguns valores de velocidade recomendados para água dentro de tubulação. A Tabela 2, 3 e a Tabela 4 apresentam detalhes, como a área interna (A) de alguns tipos de tubulações utilizadas em instalações hidráulicas e tubos de cobre para sistemas de refrigeração.

13

14

15

16

17 Cálculo da Perda de Carga ( P) Existem diversas equações que podem ser utilizadas para o calculo da perda de carga no interior de uma tubulação, que são estudados em cursos de Mecânica dos Fluidos, em nosso caso adotaremos a equação de Darcy-Weissbach; A perda de Pressão ou perda de carga ( P) provocada pelo atrito no interior de um tubo cilíndrico, para diversos fluidos homogêneos, como no caso da água, pode ser expresso pela equação de Darcy-Weissbach;

18 Equação de Darcy-Weissbach

19 Fator de Fricção (f) O Fator de Fricção (f), também é algumas vezes conhecido como Fator de Fricção de MoodY ou também Coeficiente de Perda de Carga Distribuída., ou fator de atrito ou coeficiente de resistência de Darcy-Weisbach O Fator de Fricção (f), pode ser determinado através de equações matemáticas, as quais são função do Número de Reynolds (Re) e da Rugosidade Relativa Para facilitar os cálculos apresentamos os valores em forma de tabela para alguns tipos de tubulação

20 Fator de Fricção (f) As Tabelas 5, 6 e 8 apresentam alguns valores de Fator de Fricção (f), Para alguns tipos de tubulações em função do diâmetro da tubulação e da velocidade da água no seu interior.

21

22

23

24

25

26

27 Comprimento Equivalente (L EQU ) Todos os tubos tem um comprimento que medimos em seus trechos retos, este comprimento podemos definir como o comprimento real da instalação, as curvas, válvulas e demais singularidades existentes no sistema também representam uma grande parcela da perda de carga, e representaremos como se ela fosse um tubo reto, e qual seria a perda de carga que ela causaria se ela fosse um tubo reto. Esta representação de uma singularidade como se fosse um tubo reto é conhecida como Comprimento Equivalente

28 Comprimento Equivalente (L EQU ) Existem diversas tabelas, como a Tabela 9 e Tabela 10 que apresentam o comprimento equivalente para diversas singularidades em função de seu diâmetro nominal, para tubos de aço e cobre.

29

30