Aula 05 Projeto de Instalações hidráulicas

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS
CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS
ENGENHARIA DE ENERGIAS RENOVÁVEIS
Prof.: Allan Cavalcante Belo
MÁQUINAS DE FLUXO
1
UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO
Instalações hidráulicas
Prof. Allan Belo
2
Alturas de elevação, Potências e Rendimentos
A figura a seguir apresenta uma instalação típica de recalque
Prof. Allan Belo
3
Funções de alguns equipamentos da instalação elevatória 
a) Válvula de pé: Mantém cheia a tubulação de sucção quando o motor não está em funcionamento ( fluxo unidirecional) 
b) Crivo: Acoplado à válvula de pé (evita a entrada de partículas sólidas);
c) Redução Excêntrica: Adéqua o tubo de sucção (de maior diâmetro) à entrada da bomba (de menor diâmetro)  Evita acúmulo de bolhas de ar, separação da coluna líquida e cavitação. 
d) Motor: Fornece energia mecânica à bomba (une-se à bomba pelo eixo). 
e) Válvula de Retenção: Evita o retorno da água mantendo a coluna líquida na tubulação. 
f) Registro: Controle da vazão, fechamento para manutenção da bomba ou tubulação de sucção (registro de gaveta  mais utilizado).
Prof. Allan Belo
4
Conceitos sobre pressão estática, de estagnação e dinâmica
Partindo da equação de Bernoulli...
A pressão p que aparece na equação de Bernoulli é a pressão termodinâmica (hidrostática), comumente chamada de pressão estática. Para medirmos p, poderíamos nos mover com o fluido, permanecendo assim estáticos em relação ao fluido em movimento.
É possível medir a pressão estática usando uma “tomada” de pressão instalada na parede do duto em uma região onde as linhas de corrente sejam retilíneas.
Prof. Allan Belo
5
O segundo termo da equação de Bernoulli (1/2𝜌V²) é denominado pressão dinâmica. 
Para entendermos este termo consideremos a pressão na extremidade de um pequeno tubo inserido no escoamento e apontando para montante. Este tubo é chamado Tubo de Pitot. Após o desaparecimento do movimento transiente inicial, o fluido irá preencher o tubo numa altura H. O fluido do tubo estará estacionário, V2 = 0, ou seja, o ponto (2) é um ponto de estagnação.
A pressão de estagnação (total), no ponto (2), excede a pressão estática, p1 , de uma quantidade que é a pressão dinâmica. E assim a leitura de velocidade fornecida por uma sonda Pitot é
Prof. Allan Belo
6
Linha de Energia e Linha Piezométrica 
Para um escoamento permanente, incompressível, sem atrito e ao longo de uma linha de corrente, a primeira lei da termodinâmica se reduz à equação de Bernoulli. Não há perda de energia neste tipo de escoamento.
Cada termo tem dimensões de comprimento, ou “altura de carga” do fluido em escoamento.
Prof. Allan Belo
7
A Linha de Energia (EGL – Enegry Grade Line) e a Linha de Altura Piezométrica (HGL – Hidraulic Grade Line) são representações gráficas da carga em um sistema. Proporcionam ajudas e dicas para localização e correção de pontos problemáticos em um escoamento (usualmente pontos de baixa pressão). A EGL (Linha de Energia) é uma linha que indica a carga total em cada posição do escoamento.
Em escoamento permanente em um tubo de diâmetro e rugosidade constantes, as inclinações da linha EGL e da linha HGL serão constantes.
Prof. Allan Belo
8
A linha de energia representa a altura de carga total. A altura permanece constante para um escoamento sem atrito, quando não é realizado nenhum trabalho sobre ou pelo líquido em escoamento (bomba ou turbina). 
A linha piezométrica representa a soma das alturas de carga de elevação e de pressão estática (z + p/ρg). Numa tomada de pressão estática conectada ao duto, o líquido sobe até a altura da linha piezométrica.
A linha piezométrica corresponde às alturas a que o líquido subiria em piezômetros (equipamento que mede a pressão estática) instalados ao longo da canalização; é a linha das pressões. 
A diferença de altura entre a linha de energia e a linha piezométrica representa a altura de carga dinâmica (de velocidade), v²/2g.
A altura da EGL diminui ao longo do escoamento, a menos que uma bomba esteja presente no sistema.
Prof. Allan Belo
9
A equação de Bernoulli, expressa da forma acima, sugere uma representação gráfica do nível de energia mecânica de um escoamento.
Na figura as tomadas estáticas dão lei-
turas correspondentes à altura da linha 
piezométrica
Um tubo de Pitot inserido num esco -
amento mede a pressão de estagnação
( estática + dinâmica) e será instala-
do num ponto de elevação z. 
Prof. Allan Belo
10
Uma bomba provoca um aumento abrupto na EGL e na HGL, pois ela fornece energia ao escoamento. 
O aumento corresponde à altura de carga da bomba, hP
Prof. Allan Belo
11
Potência da corrente líquida.
Para determinar a potência da corrente líquida é necessário, primeiramente, identificar sua energia, a qual, em regime permanente, é expressa pelo somatório das energias potencial (pressão e posição) e cinética por unidade de peso, em relação a um plano de referência. A unidade dessa carga
hidráulica no Sistema Internacional de Unidades (SI) são N.m/N, equivalente a metros.
Prof. Allan Belo
12
A potência perdida entre duas seções A e B, pelo efeito da perda de carga, pode ser calculada como sendo a diferença de potência da corrente líquida nas seções transversais A e B, em relação a qualquer plano de referência :
Como a perda de carga hpAB é igual à diferença de cargas entre as duas seções transversais, vem
A perda de potência entre as duas seções, expressa pela equação 4 é dissipada sob a forma de calor.
Note- se que a soma de Bernoulli é uma equação de equilíbrio de energia, não de quantidade de movimento, logo é possível incorporar a esta um termo de transformação de energia mecânica em calor, normalmente denominado perda de energia.
Prof. Allan Belo
13
Prof. Allan Belo
14
Caso se tenham duas máquinas de conversão de energia operando em série, o valor numérico do rendimento é obtido pelo produto dos rendimentos individuais de cada uma. Por exemplo, se a turbina tem um rendimento de 86% (0,86) e o gerador 95% (0,95) o rendimento do grupo turbina gerador será de 81,7% (0,817).
Caso se queira incluir no cálculo as perdas nos condutos que chegam (aspiração ou alimentação) e que partem (recalque ou restituição) é necessário levar em conta o sentido do movimento, ou seja, conforme a figura , tem-se:
Prof. Allan Belo
15
Prof. Allan Belo
16
Caso se queira incluir no cálculo as perdas nos condutos que chegam (aspiração ou alimentação) e que partem (recalque ou restituição) é necessário levar em conta o sentido do movimento, ou seja, conforme a figura 3, tem8se:
Prof. Allan Belo
17
Terminologia empregada para cálculos de recalque 
Para definir as alturas relevantes no cálculo de um sistema de recalque, utiliza-se uma série de definições, as quais são, normalmente, empregadas com algu- ma confusão na literatura que trata de bombas.
 
Prof. Allan Belo
18
Exemplo de bomba não-afogada
Prof. Allan Belo
19
8.1. Alturas geométricas (estáticas)
Toda as alturas geométricas características do sistema de recalque, mostradas na figura anterior, partem das cotas físicas da superfície líquida do reservatório superior (Zs), do reservatório inferior11 (Zi) e do eixo da bomba (ZB). 
Prof. Allan Belo
20
A altura geométrica ou altura estática é o desnível geométrico a ser vencido
Prof. Allan Belo
21
8.3. Alturas manométricas
As alturas manométricas são definidas pela diferença entre as cotas das linhas piezométricas em relação a cota do eixo da bomba. Assim: 
onde ZPA é a cota da linha piezométrica no fim do trecho de aspiração (depois deste perder toda a sua energia) e ZPR é a cota da linha piezométrica no início do trecho de recalque. 
As alturas totais e asalturas manométricas só são iguais na aspiração e no recalque se os seus diâmetros forem iguais, o que normalmente não ocorre. Em geral, o diâmetro de recalque é menor do que o de aspiração
Prof. Allan Belo
22
A altura manométrica representa a energia absorvida por unidade de peso do líquido ao atravessar a bomba. É a energia que a bomba deverá transmitir ao líquido para transportar a vazão “Q” do RI ao RS. Portanto, Hm deve vencer o desnível geométrico, as perdas de carga e a diferença de pressões nos reservatórios. 
Prof. Allan Belo
23
Prof. Allan Belo
24
Prof. Allan Belo
25
Prof. Allan Belo
26
Resolução:
Prof. Allan Belo
27
Prof. Allan Belo
28
Resolução:
Prof. Allan Belo
29