condutos sob pressão - SOL, Manuais, Projetos, Pesquisas de Energia

Baixe condutos sob pressão - SOL e outras Manuais, Projetos, Pesquisas em PDF para Energia, somente na Docsity! HIDRODINÂMICA CONDUTOS SOB PRESSÃO CONDUTOS SOB PRESSÃO Denominam-se condutos sob pressão ou condutos forçados, as canalizações onde o líquido escoa sob uma pressão diferente da atmosférica. As seções desses condutos são sempre fechadas e o líquido escoa enchendo-as totalmente; são, em geral, de seção circular. CONDUTOS LIVRES Canal artificial = Conduto livre Condições de operação Condutos livres funcionam sempre por gravidade. Sua construção exige um nivelamento cuidadoso do terreno, pois devem ter declividades pequenas e constantes. Condutos forçados podem funcionar por gravidade, aproveitando a declividade do terreno, ou por recalque (bombeamento), vencendo desníveis entre o ponto de captação e o ponto de utilização. Pressão num sistema fechado (conduto forçado sem escoamento) Plano de referência Plano de Energia Linha das pressões Sem escoamento 1 2 3 hh h Energia Total da Água (H) Conhecendo a energia da água em um ponto, podemos: Calcular quanto trabalho poderá ser executado (roda d’água, escoamento por gravidade em tubulações ou canais, pequenas hidrelétricas, etc.); Calcular quanta energia teremos que acrescentar para usar a água em um local de nosso interesse (caixa d’água, bebedouros, aspersores). 1ª Componente - Energia potencial de posição (g) g = (m.g).h = W.h m é a massa da água (g); g é a aceleração da gravidade (m/s2); h é posição da massa de água em relação a um plano de referência (m). W é o peso da massa de água (N/m3); Representando na forma de energia por unidade de peso de água, temos: g = W.h / W = h O valor da energia potencial de posição é igual à altura h entre o ponto considerado e o plano de referência (positivo acima, negativo abaixo). h A REFERÊNCIA PODE SER A SUPERFÍCIE DO SOLO 2ª Componente – Energia de pressão (p) Pressão da água (p): peso da água / área da base Peso da água = V.H2O Volume da coluna (V) = A.h Energia de pressão (p) = A.h. H2O / A = h. H2O Representando na forma de energia por unidade de peso de água (p / H2O), temos: p / H2O = h. H2O / H2O = h O valor da pressão num ponto no interior de um líquido, pode ser medido pela altura h entre p ponto considerado e a superfície deste líquido. A unidade de medida é denominada metros de coluna de água (mH2O). A h Energia Total da Água (H) Plano de referência Plano de Energia Linha das pressões 1 2 3 h1 h2 h3 H1 = H2 = H3 = CONSTANTE Energia Total da Água (H) 1 2 3 p2 = h2. p3 = h3. h1 V22/2g V32/2g H1 = H2 = H3 = CONSTANTE EM SITUAÇÕES REAIS, A ENERGIA DA ÁGUA DURANTE O ESCOAMENTO NÃO PERMANECE CONSTANTE. PORQUE? — i—— li li li Regimes de escoamento Nombre de Reynolds = Rç = “D qe 0 == Re < 2300 régime LAMINAIRE Re >> 2300 régime TURBULENT Regimes de escoamento O Engenheiro Civil Osborne Reynolds (1842 – 1912), em Manchester UK no ano de 1883, fez uma experiência para tentar caracterizar o regime de escoamento, que a princípio ele imaginava depender da velocidade de escoamento. Regimes de escoamento A experiência consistia em fazer o fluido escoar com diferentes velocidades, para que se pudesse distinguir a velocidade de mudança de comportamento dos fluidos em escoamento e caracterizar estes regimes. Para visualizar mudanças, era injetado na tubulação o corante permanganato de potássio, utilizado como contraste. Re < 2.000 → regime laminar As partículas fluidas apresentam trajetórias bem definidas e não se cruzam; Re > 4.000 regime turbulento Movimento desordenado das partículas; Entre esses dois valores encontra-se a denominada zona crítica. Regimes de escoamento ZONA DE TRANSIÇÃO: - velocidade crítica superior: é aquela onde ocorre a passagem do regime laminar para o turbulento; - velocidade crítica inferior: é aquela onde ocorre a passagem do regime turbulento para o laminar. Regimes de escoamento ESCOAMENTO EM CONDUTOS FORÇADOS O líquido ao escoar em um conduto é submetido a forças resistentes exercidas pelas paredes da tubulação (atrito devido à rugosidade da canalização) e pelo próprio líquido (viscosidade). CONDUTOS SOB PRESSÃO A energia dissipada não é mais recuperada como energia cinética e/ou potencial e por isso, denomina-se perda de energia ou perda de carga. Para efeito de estudo, a perda de energia, denotada por h ou Hf, é classificada em: Perdas de energia contínuas; Perdas de energia localizadas Perda de energia contínua: Distribuída ao longo do comprimento da canalização. Ocorre devido ao atrito entre as diversas camadas do escoamento e ainda ao atrito entre o fluido e as paredes do conduto (efeitos da viscosidade e da rugosidade); CONDUTOS SOB PRESSÃO Fatores determinantes: Comprimento da canalização; Diâmetro da canalização; Velocidade média do escoamento; Rugosidade das paredes dos TUBOS. Não influem: Posição dos TUBOS; Pressão interna. CONDUTOS SOB PRESSÃO Fórmula de Hazen-Willians (recomendada para diâmetros acima de 50 mm) CONDUTOS SOB PRESSÃO Essa fórmula talvez seja a mais utilizada nos países de influência americana. Ela originou-se de um trabalho experimental com grande número de tratamentos (vários diâmetros, vazões e materiais) e repetições. Ela deve ser utilizada para escoamento de água à temperatura ambiente e para regime turbulento. Ela possui várias apresentações: DS e E e DE e) DS em E À CONDUTOS SOB PRESSÃO 1852 v-0355 c DO8 054 ou q-0279CD2849% ou J- o is q 182 nº 1852 ou ny - 108460 1, 1852 487 em que: V- velocidade, ms”: D - diâmetro da canalização, m; Q - vazão, m's!: hf — perda contínua de carga, m; J - perda unitária de carga, m me C - coeficiente que depende da natureza das paredes e estado de conservação de suas paredes internas (Tabela 1). VALORES DO COEFICIENTE DE RUGOSIDADE C PARA A FÓRMULA DE HAZEN-WILLIANS Material do tubo Coeficiente C Plástico Diâmetro até 50mm Diâmetro entre 60 e 100 mm Diâmetro entre 125 e 300 mm 125 135 140 Ferro fundido (tubos novos) 130 Ferro fundido (tubos com 15 a 20 anos) 100 Manilhas de cerâmica 110 Aço galvanizado (novos) 125 Aço soldado (novos) 110 CONDUTOS SOB PRESSÃO Fórmula de Darcy-Weisbach ou Universal (recomendada para diâmetros 12,5mm a 100 mm) Esta fórmula é de uso geral, tanto serve para escoamento em regime turbulento quanto para o laminar, e é também utilizada para toda a gama de diâmetros. Fator de atrito É Valores de (129, 167 D.V) para água a 15,5ºC em metros; velocidade em mis “6 10 20 40 60 100 200 400 600 1000 2000 400) 100 0,10 09 0,08 +: 07 0,05 nos 0,03 dos E 0.02 0,04 0,01 0,006 23 O MM nuas mom | . a.020 a E e immi Lo 0.914 à DMA 406 0015! Concreto 0H a 3,048 E Ovo | Aduelas de madeira 01834 0,915 . LL. : | Perro fundido 02581 * - Tubos polidos 000%; [ Perro galvanizado = 0,1534 1 Ra [Ferro fundido asfaltado 0, 1219 0.010 | aço ou ferro forjado 0,0457 Ê 7 0,008 k Tubos-extrudados ... QOLSR o ad + DS, auotj4 6 SÊ mao 4 6 "a mu, 4 6 8107 opa 6 BIgÊ Número de Reynolds, Ng = — v 1º alba 6 Bu Rugosidade relativa, eD — O ——O —OOOOO OO a e E e A e o CONDUTOS SOB PRESSÃO Diagrama de Moody Moody diagram aettmes, — Pelota marca A'Ball brand A — Pelota marca BiBall brand B — Pelota otro deporte/Dirterent sport ball Rugosidad relativalCoeficiente de fricción Relative rugosityFriction coeficient Nro de Reynolds (Reyvelocidad a cuerpo y viscocidad constantes Reynolds & (ReySpeed for a given body and viscocity Zona laminar: el drag cae uniformemente al aumentar la velocidad con independencia del cuerpo Laminar zone: drag falls unitornly regardless ofthe particular body Zona de transición: el drag asciende sih seguir una ley específica Transition zone: drag increases without following any specific rule Zona turbulenta: el drag depende del cuerpo específico, decrace lantarmente con la velocidad Turbulent zone: drag depends on the body, slowly decreases with speed CONDUTOS SOB PRESSÃO Perda localizada de carga (Δh ou ha) Expressão de Borda-Belanger DS e E e DE e) DS em E À CONDUTOS SOB PRESSÃO Tabela 3 - Valor do coeficiente K, para cálculos das perdas de carga localizadas, em função do tipo de peça, segundo J. M. Azevedo Neto. Tipo da peça K Ampliação gradual 0,30 Bocais 215 Comporta, aberta 1,00 Controlador de vazão 2,50 Cotovelo de 90º 0,90 Cotovelo de 45º 0,40 Crivo 0,75 Curva de 90º 0,40 Curva de 45º 0,20 Curva de 22,5º 0,10 Entrada normal de canalização 0,50 Entrada de Borda 1,00 Existência de pequena derivação 0,03 Junção 0,04 Medidor Venturi 2,50 Redução gradual 0,15 Registro de ângulo, aberto 5,00 Registro de gaveta, aberto 0,20 Registro de globo, aberto 10,00 Saída de canalização 1,00 Tê, passagem direita 0,60 Tê, saida de lado 1,30 Tê, saida bilateral 1,80 Valvula de pé 1,75 Válvula de retenção 2,50 CONDUTOS SOB PRESSÃO Método dos comprimentos virtuais Ao se comparar à perda de carga que ocorre em uma peça especial, pode-se imaginar que esta perda também seria oriunda de um atrito ao longo de uma canalização retilínea.