perda de carga

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  • 5/25/2018 Perda de Carga

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    UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAP

    COLEGIADO DE ENGENHARIA QUIMICA

    FENMENOS DE TRASPORTE I

    CLCULO DA PERDA DE CARGA EM UMA DAS TUBULAES NA CAIXADGUANO NTEP.

    MACAP-P

    2010

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    AMRICO PINHEIRO DOS SANTOSCARLY KATHLEEN PIRES MOREIRAGABRIELA CARVALHO TRINDADE

    LETICIA PEREIRA ALMEIDARENAN TEXEIRA BAIA

    SCHILIENE DE OLIVEIRA MORENO

    YURE ALENCAR

    CLCULO DA PERDA DE CARGA EM UMA DAS TUBULAES NA CAIXADGUA NO NTEP.

    Trabalho apresentado para avaliao final

    da disciplina Fenmenos de Transporte,

    ministrada pelo Professor Marcos Danilo,

    vinculado ao colegiado de Bacharelado

    em Engenharia Qumica da Universidade

    do Estado do AmapUEAP.

    MACAPAP

    2012

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    SUMRIO

    INTRODUO ............................................................................................................04

    1 PERDA DE CARGA..................................................................................................05

    1.1 PERDA DE CARGA DISTRIBUDAS....................................................................05

    1.2 PERDA DE CARGA LOCALIZADA......................................................................05

    2 CLCULO DAS PERDAS..........................................................................................06

    2.1 CLCULO DE PERDA DE CARGA LOCALIZADA............................................08

    2.2 COMPRIMENTO EQUIVALENTE.........................................................................08

    2.3 COEFICIENTE DE PERDA EM FUNO DA CARGA CINTICA...................09

    3 CLCULO DA PERDA DE CARGA EM UMA DAS TUBULAES NA CAIXA

    DGUA NO NTEP........................................................................................................14

    3.1 ANALISE DE DADOS.............................................................................................15

    4 CONSIDERAES FINAIS.......................................................................................18

    REFERNCIA BIBLIOGRFICA..............................................................................19

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    INTRODUO.

    Perda de carga a energia perdida pela unidade de peso do fluido quando este

    escoa. Vrios fatores podem afetar este escoamento, como por exemplo: densidade do

    fluido, velocidade do fluido, dimetro da tubulao, rugosidade do material, etc.

    O presente trabalho considerou o escoamento de um dos canos ligados na

    bomba da caixa d gua do ncleo tecnolgico de produo(NTEP).

    Para a realizao dos clculos foi necessrio o trabalho em campo para

    medidas de comprimento e vazo, especificao dos matrias das tubulaes, planta da

    rea com identificao dos joelhos e Ts e entre outros, dimetro em cada trecho da

    tubulao. Aps pode-se ento realizar os clculos, conforme demostrados nessetrabalho.

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    1- PERDA DE CARGA.

    As paredes das tubulaes influenciam no escoamento interno, dissipando

    energia em razo do atrito viscoso das partculas fluidas. As partculas em contato com

    a parede adquirem a velocidade da parede e passam a influir nas partculas vizinhas por

    meio da viscosidade da turbulncia, dissipando energia. Essa dissipao de energia

    provoca reduo de presso total do fluido ao longo do escoamento, denominada perda

    de carga. Perda de carga a energia perdida pela unidade de peso do fluido quando este

    escoa.

    Nos escoamentos sob presso a perda de carga tem duas causas distintas. A

    primeira a perda de carga distr ibuda onde a parede dos dutos retilneos leva a uma

    perda de presso distribuda ao longo do comprimento do tubo, fazendo com que a

    presso total diminua gradativamente ao longo do comprimento, e a segunda, perdas de

    carga localizadas causa perda de carga pelos acessrios de canalizao, isto , as

    diversas peas necessrias para montagem da tubulao e para o controle do fluxo do

    escoamento, as quais provocam variao brusca da velocidade, em modulo e direo,

    intensificando a perda de energia nos pontos onde esto localizados.

    Quanto maior as perdas de cargas em uma instalao de bombeamento, maior

    ser o consumo de energia da bomba, esse um dos motivos que no cotidiano a perda

    de carga muito utilizada, principalmente em instalaes hidrulicas.

    1.1- PERDA DE CARGA DISTRIBUDA.A parede dos dutos retilneos causa uma perda de presso distribuda ao longo

    do comprimento do tubo, fazendo com que a presso total v diminuindo

    gradativamente ao longo do comprimento.

    Julius Weisbach (1806-1871) e Darcy (1803-1858), aps inmeras

    experincias estabeleceram uma das melhores equaes empricas para o clculo da

    perda de carga distribuda ao longo das tubulaes. A equao de Darcy-Weisbach

    tambm conhecida por frmula Universal para clculo da perda de carga distribuda.

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    1.2- PERDA DE CARGA LOCALIZADA.Quando ocorre algum tipo de perturbao, causada, por exemplo, por

    modificaes na seo do conduto ou em sua direo, ocorre este tipo de perda de carga.

    Tais perturbaes causam o aparecimento ou o aumento de turbulncias, responsveispela dissipao adicional de energia. As perdas de carga nesses locais so chamadas de

    perdas de carga localizadas, ou perdas de cargas acidentais, ou perdas de carga locais.

    Em suma, pode-se dizer que este tipo de perda causado pelos acessrios de

    canalizao isto , as diversas peas necessrias para a montagem da tubulao e para o

    controle do fluxo do escoamento, que provocam variao brusca da velocidade, em

    mdulo ou direo, intensificando a perda de energia nos pontos onde esto localizadas.

    O escoamento sofre perturbaes bruscas em pontos da instalao tais como emvlvulas, curvas, redues, expanses, emendas entre outros.

    FIGURA 1: Tubulaes compostas por varias conexes apresentam uma perda

    de carga relativamente alta.

    Fonte: BRAGA, 2009.

    2- CLCULO DAS PERDAS.As formulas recomendadas para clculos de perda de carga pela Associao

    Brasileira de Normas e Tcnicas (ABNT) a Frmula Universal ou de Darcy-Weisbach

    (ROMA, 2006):

    (

    )

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    Onde:

    Variao de presso Coeficiente de perda de carga Densidade

    Velocidade

    L= comprimento

    D= dimetro

    Rugosidade

    Um escoamento pode ser classificado de duas formas, turbulento ou laminar.

    No escoamento. No escoamento laminar h um caminhamento disciplinado das

    partculas fluidas, seguindo trajetrias regulares, sendo que as trajetrias de duas

    partculas vizinhas no se cruzam. J no escoamento turbulento a velocidade num dado

    ponto varia constantemente em grandeza e direo, com trajetrias irregulares, e

    podendo uma mesma partcula ora localizar-se prxima do eixo do tubo, ora prxima da

    parede do tubo.

    Em geral, o regime de escoamento na conduo de fluidos no interior de

    tubulaes turbulento, exceto em situaes especiais, tais como escoamento a

    baixssimas vazes e velocidades. Os valores do coeficiente so apresentados emforma grfica, conhecida como diagrama de Moody, amplamente utilizado nos clculos

    de perda de carga (ROMA, 2006). Diagrama de Moody, apresenta para um nmero de

    Reynolds menor que 2000, uma curva nica para qualquer rugosidade relativa, que

    aparece no grfico logaritmo com uma reta. Para valores do nmero de Reynolds acima

    de 2000, o valor de depende da rugosidade relativa e so apresentadas diversas curvastendo a rugosidade relativa como parmetro. Segundo Roma (2006), pode-se notar que,

    quanto maior a rugosidade relativa, menor a dependncia do fator de atrito em relao

    ao nmero de Reynolds.

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    FIGURA 2: Diagrama de Moody.

    Fonte:http://raulsmtz.wordpress.com/2011/03/30/diagrama-de-moody/

    TABELA 1: rugosidade mdias absolutas de alguns materiais

    Fonte:http://mspc.eng.br/fldetc/fluid_0550.shtml#tab_rugosid_abs.

    http://raulsmtz.wordpress.com/2011/03/30/diagrama-de-moody/http://raulsmtz.wordpress.com/2011/03/30/diagrama-de-moody/http://raulsmtz.wordpress.com/2011/03/30/diagrama-de-moody/http://mspc.eng.br/fldetc/fluid_0550.shtml#tab_rugosid_abshttp://mspc.eng.br/fldetc/fluid_0550.shtml#tab_rugosid_abshttp://mspc.eng.br/fldetc/fluid_0550.shtml#tab_rugosid_abshttp://mspc.eng.br/fldetc/fluid_0550.shtml#tab_rugosid_abshttp://raulsmtz.wordpress.com/2011/03/30/diagrama-de-moody/
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    2.1- CLCULO DE PERDA DE CARGA LOCALIZADA.A perda localizada ocorre sempre que um acessrio inserido na tubulao,

    seja para promover a juno de dois tubos, para mudar a direo do escoamento, ou,

    ainda para controlar a vazo. Nos acessrios, alterao na organizao das linhas de

    corrente provocam perdas adicionais na posio em que ele se encontra.

    Em razo desse carter localizado da ocorrncia da perda de carga ela

    considerada concentrao do ponto, provocando uma queda acentuada da presso no

    curto espao compreendido pelo acessrio.

    O calculo da perda localizada depende de coeficientes experimentais,

    estabelecidos com o auxlio da anlise dimensional e medidos a partir de uma amostra

    estatstica retirada de uma partida de fabricao dos acessrios. A perda no acessrio

    pode ser quantificada por dois critrios distintos, mas intimamente relacionados.

    2.2- COMPRIMENTO EQUIVALENTE. definido como comprimento de tubulao () que causa a mesma perda de

    carga que o acessrio. Os comprimentos equivalentes dos acessrios presentes na

    tubulao so adicionados ao comprimento fsico da tubulao, fornecendo um

    comprimento equivalente,

    . Matematicamente, comprimento equivalente pode ser

    calculado pela expresso da equao abaixo:

    Esse comprimento equivalente permite tratar o sistema de transporte de fluidos

    como se fosse constitudo apenas por perdas distribudas.

    O comprimento equivalente de cada tipo de acessrio determinado

    experimentalmente e o valor obtido vlido somente para o tubo usado no ensaio. Para

    tubos diferentes, os valores devem ser corrigidos em funo das caractersticas do novotubo.

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    Tabela 02 : comprimentos equivalentes em conexes

    Fonte: Manual tcnico, Motobombas Schineider

    2.3- COEFICIENTE DE PERDA EM FUNO DA CARGA CINTICA.O acessrio tem sua perda de carga localizada pelo produto de um coeficiente

    caracterstico pela carga cintica que o atravessa. Cada tipo de acessrio tem um

    coeficiente de perda de carga caracterstico, normalmente indicado pela letra k. a perda

    causada pelo acessrio, em Pa, chamada pela expresso (ROMA, 2006).

    A perda de carga total do sistema dado pela somatria das perdas de cargas

    dos acessrios mais a perda distribuda do tubo, resultando na expresso indicada naequao abaixo, na qual a carga cintica foi colocada em evidencia (ROMA, 2006):

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    ( )

    O mtodo de clculo pela carga cintica mais geral, pois o valor do

    coeficiente k no depende do tubo usado no ensaio, como ocorre com o comprimento

    equivalente.

    TABELA 03: Coeficiente k para acessrios de tubulao escolhida:

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    Fonte:http://www.mspc.eng.br/fldetc/fluid_06A1.shtml

    TABELA 04: Valores de de vlvulas e acessrios.

    http://www.mspc.eng.br/fldetc/fluid_06A1.shtmlhttp://www.mspc.eng.br/fldetc/fluid_06A1.shtmlhttp://www.mspc.eng.br/fldetc/fluid_06A1.shtmlhttp://www.mspc.eng.br/fldetc/fluid_06A1.shtml
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    Fonte:www.unicamp.br/fea/ortega/aulas/aula09_perdasAcessorios.ppt.

    TABELA 05: Coeficiente de perdas de carga localizada (kf) para escoamentolaminar atravs de vlvulas e acessrios.

    Fonte:www.unicamp.br/fea/ortega/aulas/aula09_perdasAcessorios.ppt.

    http://www.unicamp.br/fea/ortega/aulas/aula09_perdasAcessorios.ppthttp://www.unicamp.br/fea/ortega/aulas/aula09_perdasAcessorios.ppthttp://www.unicamp.br/fea/ortega/aulas/aula09_perdasAcessorios.ppthttp://www.unicamp.br/fea/ortega/aulas/aula09_perdasAcessorios.ppthttp://www.unicamp.br/fea/ortega/aulas/aula09_perdasAcessorios.ppthttp://www.unicamp.br/fea/ortega/aulas/aula09_perdasAcessorios.ppthttp://www.unicamp.br/fea/ortega/aulas/aula09_perdasAcessorios.ppthttp://www.unicamp.br/fea/ortega/aulas/aula09_perdasAcessorios.ppt
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    3- CLCULO DA PERDA DE CARGA EM UMA DAS TUBULAESNA CAIXA DGUA NO NTEP.

    Por teste experimental obtivemos a vazo de 500 L em 4 minutos

    Obtivemos a velocidade pela formula

    Temos o dimetro do tubo que 27,8 mm

    Logo temos

    Caractersticas da gua

    Com isso podemos obter a o nmero de Reynolds, pela formula.

    Adotando a rugosidade do PVC como 0,0015 mm, podemos calcular;

    Com o nmero de Reynolds e o, e utilizando o diagrama de moody obtemos o

    valor do coeficiente de atrito (com o valor de aproximado de 0,032.

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    3.1- ANALISE DE DADOS.

    Antes de efetuarmos os clculos de perda de carga da tubulao, levamos

    algumas consideraes:

    Adotamos toda a tubulao com 1 pol (1) O comprimento equivalente da cruzeta, adotamos como t de

    passagem direta.

    A vlvula de segurana como vlvula de reteno No adotamos a bomba Dividimos a analise da tubulao em duas: antes e depois da

    bomba.

    Utilizamos a perda de carga localizada com mtodo doscomprimentos equivalentes

    Utilizando a tabela 02 para obteno dos comprimentosequivalentes.

    ANTES DA BOMBA

    O comprimento da tubulao 7,8 m

    Tabela 06: comprimentos equivalentes antes da bomba

    Qtd. Acessrio comprimentos

    equivalentes (m)

    Total leq (m)

    5 Joelhos de 90 1,5 7,5

    2 T de passagem direta 0,9 1,8

    2 Registro de gaveta 0,3 0,6

    1 Luva de reduo 0,2 0,2

    1 Vlvula de reteno 2,1 2,1

    12,2

    Logo

    Para calcularmos a perda de carga antes da bomba utilizamos a formula:

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    DEPOIS DA BOMBA

    O comprimento da tubulao 1,2 m

    Tabela 07: comprimentos equivalentes despois da bomba

    Qtd. Acessrio comprimentos

    equivalentes (m)

    Total leq (m)

    2 Joelhos de 90 1,5 3

    1

    Unio0,1 0,1

    1 Luva de reduo 0,2 0,2

    1 Vlvula de p 13,3 13,3

    16,6

    Logo

    Para calcularmos a perda de carga antes da bomba utilizamos a formula:

    Logo a perda de carga total, temos;

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    4- CONSIDERAES FINAIS.

    O trabalho foi de grande importncia, pois observamos na prtica como se

    processo a perda de carga em uma tubulao. Este estudo foi de grande valia para

    melhor aprendermos a utilizar as tabelas e aplicar os valores de coeficientes,

    comprimentos equivalentes e tabelas, alm de tomarmos melhor conhecimento das

    frmulas. Entretanto nos clculos podemos ter um pouco de discrepncia isso graa

    vrios fatores, entre a falta de tcnica nas medies e nos nomes das tubulaes, e

    tambm a falta de apoio tcnico por parte da universidade e por falta de material de

    apoio especifico. Isso e traduzido nas consideraes observadas nesse trabalho. Isso

    enriquece nossa vida como acadmicos e futuramente como profissionais.

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    REFERNCIA BIBLIOGRFICA

    BRAGA, Camila Canturia. Perda de carga. Disponvel em:http://www.ebah.com.br:acesso em 03 julho 2012.

    ROMA, Woodrow Nelson Lopes. Fenmenos de Transporte para Engenharia.2.ed. So Carlos: RiMa, 2006.

    FOX, Robert W. et al. Introduo mecnica dos fludos. Rio de Janeiro:

    Anthares, 2006.

    WHITE, Frank M. Mecanica dos fluidos. 6.ed. Porto Alegra: AMGH, 2011.

    http://www.ebah.com.br/http://www.ebah.com.br/http://www.ebah.com.br/