UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAPÁ
COLEGIADO DE ENGENHARIA QUIMICA
FENÔMENOS DE TRASPORTE I
CÁLCULO DA PERDA DE CARGA EM UMA DAS TUBULAÇÕES NA CAIXA
D’ÁGUA NO NTEP.
MACAPÁ-ÁP
2010
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Perda de Carga, Notas de estudo de Engenharia Química
Cálculo da Perda de Carga em Tubulações
Tipologia: Notas de estudo
2013
1 / 19
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UNIVERSIDADE DO ESTADO DO AMAPÁ
COLEGIADO DE ENGENHARIA QUIMICA
FENÔMENOS DE TRASPORTE I
CÁLCULO DA PERDA DE CARGA EM UMA DAS TUBULAÇÕES NA CAIXA
D’ÁGUA NO NTEP.
MACAPÁ-ÁP
AMÉRICO PINHEIRO DOS SANTOS
CARLY KATHLEEN PIRES MOREIRA
GABRIELA CARVALHO TRINDADE
LETICIA PEREIRA ALMEIDA
RENAN TEXEIRA BAIA
SCHILIENE DE OLIVEIRA MORENO
YURE ALENCAR
CÁLCULO DA PERDA DE CARGA EM UMA DAS TUBULAÇÕES NA CAIXA
D’ÁGUA NO NTEP.
Trabalho apresentado para avaliação final da disciplina Fenômenos de Transporte, ministrada pelo Professor Marcos Danilo, vinculado ao colegiado de Bacharelado em Engenharia Química da Universidade do Estado do Amapá – UEAP.
MACAPÁ – AP
INTRODUÇÃO.
Perda de carga é a energia perdida pela unidade de peso do fluido quando este escoa. Vários fatores podem afetar este escoamento, como por exemplo: densidade do fluido, velocidade do fluido, diâmetro da tubulação, rugosidade do material, etc.
O presente trabalho considerou o escoamento de um dos canos ligados na bomba da caixa d’ água do núcleo tecnológico de produção (NTEP).
Para a realização dos cálculos foi necessário o trabalho em campo para medidas de comprimento e vazão, especificação dos matérias das tubulações, planta da área com identificação dos joelhos e “T”s e entre outros, diâmetro em cada trecho da tubulação. Após pode-se então realizar os cálculos, conforme demostrados nesse trabalho.
1- PERDA DE CARGA.
As paredes das tubulações influenciam no escoamento interno, dissipando energia em razão do atrito viscoso das partículas fluidas. As partículas em contato com a parede adquirem a velocidade da parede e passam a influir nas partículas vizinhas por meio da viscosidade da turbulência, dissipando energia. Essa dissipação de energia provoca redução de pressão total do fluido ao longo do escoamento, denominada perda de carga. Perda de carga é a energia perdida pela unidade de peso do fluido quando este escoa. Nos escoamentos sob pressão a perda de carga tem duas causas distintas. A primeira é a perda de carga distribuída onde a parede dos dutos retilíneos leva a uma perda de pressão distribuída ao longo do comprimento do tubo, fazendo com que a pressão total diminua gradativamente ao longo do comprimento, e a segunda, perdas de carga localizadas causa perda de carga pelos acessórios de canalização, isto é, as diversas peças necessárias para montagem da tubulação e para o controle do fluxo do escoamento, as quais provocam variação brusca da velocidade, em modulo e direção, intensificando a perda de energia nos pontos onde estão localizados. Quanto maior as perdas de cargas em uma instalação de bombeamento, maior será o consumo de energia da bomba, esse é um dos motivos que no cotidiano a perda de carga é muito utilizada, principalmente em instalações hidráulicas.
1.1- PERDA DE CARGA DISTRIBUÍDA.
A parede dos dutos retilíneos causa uma perda de pressão distribuída ao longo do comprimento do tubo, fazendo com que a pressão total vá diminuindo gradativamente ao longo do comprimento. Julius Weisbach (1806-1871) e Darcy (1803-1858), após inúmeras experiências estabeleceram uma das melhores equações empíricas para o cálculo da perda de carga distribuída ao longo das tubulações. A equação de Darcy-Weisbach é também conhecida por fórmula Universal para cálculo da perda de carga distribuída.
Onde: Variação de pressão Coeficiente de perda de carga Densidade Velocidade L= comprimento D= diâmetro Rugosidade
Um escoamento pode ser classificado de duas formas, turbulento ou laminar. No escoamento. No escoamento laminar há um caminhamento disciplinado das partículas fluidas, seguindo trajetórias regulares, sendo que as trajetórias de duas partículas vizinhas não se cruzam. Já no escoamento turbulento a velocidade num dado ponto varia constantemente em grandeza e direção, com trajetórias irregulares, e podendo uma mesma partícula ora localizar-se próxima do eixo do tubo, ora próxima da parede do tubo. Em geral, o regime de escoamento na condução de fluidos no interior de tubulações é turbulento, exceto em situações especiais, tais como escoamento a baixíssimas vazões e velocidades. Os valores do coeficiente são apresentados em forma gráfica, conhecida como diagrama de Moody, amplamente utilizado nos cálculos de perda de carga (ROMA, 2006). Diagrama de Moody, apresenta para um número de Reynolds menor que 2000, uma curva única para qualquer rugosidade relativa, que aparece no gráfico logaritmo com uma reta. Para valores do número de Reynolds acima de 2000, o valor de depende da rugosidade relativa e são apresentadas diversas curvas tendo a rugosidade relativa como parâmetro. Segundo Roma (2006), pode-se notar que, quanto maior a rugosidade relativa, menor a dependência do fator de atrito em relação ao número de Reynolds.
FIGURA 2: Diagrama de Moody.
Fonte: http://raulsmtz.wordpress.com/2011/03/30/diagrama-de-moody/
TABELA 1: rugosidade médias absolutas de alguns materiais
Fonte: http://mspc.eng.br/fldetc/fluid_0550.shtml#tab_rugosid_abs.
Tabela 02 : comprimentos equivalentes em conexões
Fonte: Manual técnico, Motobombas Schineider
2.3- COEFICIENTE DE PERDA EM FUNÇÃO DA CARGA CINÉTICA.
O acessório tem sua perda de carga localizada pelo produto de um coeficiente característico pela carga cinética que o atravessa. Cada tipo de acessório tem um coeficiente de perda de carga característico, normalmente indicado pela letra k. a perda causada pelo acessório, em Pa, é chamada pela expressão (ROMA, 2006).
A perda de carga total do sistema é dado pela somatória das perdas de cargas dos acessórios mais a perda distribuída do tubo, resultando na expressão indicada na equação abaixo, na qual a carga cinética foi colocada em evidencia (ROMA, 2006):
O método de cálculo pela carga cinética é mais geral, pois o valor do coeficiente k não depende do tubo usado no ensaio, como ocorre com o comprimento equivalente.
TABELA 03: Coeficiente k para acessórios de tubulação escolhida:
Fonte: http://www.mspc.eng.br/fldetc/fluid_06A1.shtml
TABELA 04: Valores de de válvulas e acessórios.
Fonte: www.unicamp.br/fea/ortega/aulas/aula09_perdasAcessorios.ppt.
TABELA 05: Coeficiente de perdas de carga localizada (kf) para escoamento laminar através de válvulas e acessórios.
Fonte: www.unicamp.br/fea/ortega/aulas/aula09_perdasAcessorios.ppt.
3.1- ANALISE DE DADOS.
Antes de efetuarmos os cálculos de perda de carga da tubulação, levamos algumas considerações:
Adotamos toda a tubulação com 1 pol (1”) O comprimento equivalente da cruzeta, adotamos como tê de passagem direta. A válvula de segurança como válvula de retenção Não adotamos a bomba Dividimos a analise da tubulação em duas: antes e depois da bomba. Utilizamos a perda de carga localizada com método dos comprimentos equivalentes Utilizando a tabela 02 para obtenção dos comprimentos equivalentes.
ANTES DA BOMBA
O comprimento da tubulação é 7,8 m Tabela 06: comprimentos equivalentes antes da bomba Qtd. Acessório comprimentos equivalentes (m)
Total leq (m) 5 Joelhos de 90º 1,5 7, 2 Tê de passagem direta 0,9 1, 2 Registro de gaveta 0,3 0, (^1) Luva de redução 0,2 0, (^1) Válvula de retenção 2,1 2, ∑ 12, Logo
∑
Para calcularmos a perda de carga antes da bomba utilizamos a formula:
DEPOIS DA BOMBA
O comprimento da tubulação é 1,2 m Tabela 07: comprimentos equivalentes despois da bomba Qtd. Acessório comprimentos equivalentes (m)
Total leq (m) 2 Joelhos de 90º 1,5 3 (^1) União 0,1 0, 1 Luva de redução 0,2 0, 1 Válvula de pé 13,3 13, ∑ 16,
Logo
∑
Para calcularmos a perda de carga antes da bomba utilizamos a formula:
Logo a perda de carga total, temos;
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
BRAGA, Camila Cantuária. Perda de carga. Disponível em: http://www.ebah.com.br: acesso em 03 julho 2012.
ROMA, Woodrow Nelson Lopes. Fenômenos de Transporte para Engenharia. 2.ed. São Carlos: RiMa, 2006.
FOX, Robert W. et al. Introdução à mecânica dos fluídos. Rio de Janeiro: Anthares, 2006.
WHITE, Frank M. Mecanica dos fluidos. 6.ed. Porto Alegra: AMGH, 2011.