TRABALHO - PERDA DE CARGA

Prévia do material em texto

PERDA DE CARGA: DISTRIBUIDA E LOCALIZADA
O transporte de fluidos é feito através de condutos projetados para esta finalidade.
Esses condutos podem ser:
Abertos para a atmosfera recebendo o nome de canais e destinados principalmente ao transporte de água.
Condutos fechados onde a pressão é maior que a atmosférica, sendo assim denominados dutos sob pressão.
Os escoamento em dutos sob pressão são característicos nos escoamento provocados por bombas hidráulicas.
Perda de Carga
Os escoamento interno em tubulações sofre forte influencia das paredes, dissipando energia devido ao atrito.
As partículas em contato com a parede adquirem a velocidade da parede, ou seja velocidade nula, e passam a influir nas partículas vizinhas através da viscosidade e da turbulência, dissipando energia.
Essa disssipação de energia provoca um abaixamento da pressão total do fluido ao longo do escoamento que é denominado de Perda de Carga.
A perda de carga pode ser distribuída ou localizada, dependendo do motivo que a causa, que são dois:
Perda de Carga Distribuída
Perda de Carga Localizada
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 e por isso é denominada de Perda de Carga Distribuída.
A perda de carga distribuída ocorre ao longo dos trechos retos de tubulação devido ao atrito.
 Esta perda de carga depende do diâmetro D e do comprimento L do tubo, da rugosidade ε da parede, das propriedades do fluido, da massa especifica ρ, da viscosidade µ e da velocidade V do escoamento.
A rugosidade da parede depende do material de fabricação do tubo bem como do seu estado de conservação. De maneira geral um tubo usado apresenta uma rugosidade maior que um tubo novo.
A tabela a seguir apresenta valores da rugosidade para alguns tipo de tubos mais comuns, incluindo a condição de uso para alguns tipo.
Dentre as propriedades do fluido, a viscosidade é a mais importante na dissipação de energia. Além de ser proporcional á perda de carga, sua relação com as forças de inércia do escoamento fornece um numero adimensional, o numero de Reynolds, Re, que é o parâmetro que indica o regime de escoamento.
Para tubulações de secção circular, o numero de Reynolds é calculado conforme a equação abaixo, e é admitido o valor de 2100 como limite de transição entre o escoamento laminar e o turbulento.
 
A viscosidade da água varia com a pressão e temperatura, mas na prática, para água fria é usado o valor referente á temperatura de 20°C.
Método de Cálculo da Perda de Carga Distribuída
Alem do apoio teórico varias experiências foram efetuadas para o desenvolvimento de formulas que expressem satisfatoriamente os valores da perda de carga distribuída, destacando – se entre outros os trabalhos de Moody-Rouse, Hazen-Williams e Darcy-Weisbach.
As perdas de carga em geral são expressas pela fórmula:
Método de Moody-Rouse
O ábaco de Moody-Rouse é um dos mais utilizados para o cálculo de perda de carga distribuída. Entra – se com o valor de e/D (rugosidade relativa) e o numero de Reynolds (Re), obtendo – se o valor de f (coeficiente de atrito).
A formula de perda de carga para aplicação do ábaco de Moody-Rouse é:
A rugosidade relativa expressa pelo quociente entre o diamentro da tubulação e a rugosidade absoluta(e/D).
O coeficiente de átrio f deve ser calculado corretamente para se estimar com precisão a perda de carga. Ele por sua vez depende da velocidade do escoamento, diâmetro, massa especifica, viscosidade e rugosidade do duto.
Tabela de perda de carga-fator de atrito (Diagrama de Moody)
Método de Hazen-Williams
É o método mais empregado no transporte de água e esgoto em canalizações diversas com diamentro maior que 50mm. Sua formula é:
O coeficiente experimental denotado por C, assume valores entre 70 e 140 crescendo á medida que o tubo fica mais liso.
Na tabelaa baixo são apresentados os valores do coeficiente C para os tubos mais usados atualmente.
Método de Darcy-Weisbachou Formula Universal
Muitas vezes é mais prático aplicar esta equação quando é conhecida a vão, e não a velocidade. Para isto basta substituir a velocidade pela expressão vazão divida pela área. Essa operação resulta a relação entre as diversas constantes envolvidas. Como são equações determinadas teoricamente elas são dimensionalmente homogêneas, e o coeficiente de perda de carga Cf é um parâmetro adimensional.
Para o calculo do Cf tem – se a formula de Swameee Jain, que alia grande simplicidade e é uma ótima aproximação nos regimes de escoamento normalmente encontrados nas instalações de Máquinas Hidráulicas.
Perda de Carga Localizada
A perda localizada ocorre sempre que um acessório é inserido na tubulação, seja para promover a junção de dois tubos, ou para mudar a direção do escoamento, ou ainda para controlar a vazão.
A ocorrência da perda de carga é considerado concentrada no ponto provocando uma queda acentuada da pressão no curto espaço compreendido pelo acessório.
Este tipo de carga é causado pelos acessórios de canalização, isto é, as diversas peças necessárias para a montagem da tubulação e para o controle do fluxo do escoamento, que provocam variação brusca da velocidade, em módulo ou direção, intensificada a perda de energia nos pontos onde estão localizados, sendo por isso conhecidas como Perda de Carga Localizadas. O escoamento sofre perturbações bruscas em pontos da instalação tais como em válvulas, curvas, reduções e etc.
PERDA DE CARGA LOCALIZADA
Método do Coeficiente de Perda em Função da Carga Cinética
O acessório tem sua perda de carga localizada calculada através do 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 m.c.a, é calculada pela expressão:
Método do Coeficiente de Perda em Função da Carga Cinética
A perda de carga total do sistema é dada pela somatória das perdas de carga dos acessórios mais a perda distribuída do tubo, resultando na expressão abaixo, na qual a carga cinética foi colocada em evidência.
Método do Comprimento Equivalente
É definido como um comprimento de tubulação, leq, que causa a mesma perda de carga que o acessório. Os comprimentos equivalentes dos acessórios presentes na tubulação são “adicionados” ao comprimento físico da tubulação fornecendo um comprimento equivalente, Leq.
Matematicamente o comprimento equivalente pode ser calculado pela expressão:
Este comprimento equivalente permite tratar o sistema de transporte de liquido como se fosse um único conduto retilíneo. Nessa condição a perda de carga total do sistema pode ser avaliado pelas equações:
onde o comprimento L é substituído pelo comprimento equivalente Leq.
Método do Comprimento Equivalente
O comprimento equivalente de cada tipo de acessório pode ser determinado experimentalmente o valor obtido é válido somente para o tubo usado no ensaio.
Para uso em tubos diferentes os valores devem ser corrigidos em função das características do novo tubo.
Existem também tabelas de fácil utilização onde são constados os comprimentos equivalente dos principais componentes de um sistema hidráulico.
MEDIDORES DE VAZÃO
Vazão
É a quantidade volumétrica ou gravimétrica de um fluido que escoa por um duto em unidade de tempo considerada.
Vazão Volumétrica é a quantidade de volume de um fluido que escoa por um duto em unidade de tempo considerada.
Vazão Gravimétrica é a quantidade de massa de um fluido que escoa por um duto em unidade de tempo considerada 
Medição de Vazão por Pressão Diferencial
A pressão diferencial é produzida por vários tipos de elementos primários colocados na tubulação de forma talque o fluído passa através deles. A sua função é aumentar a velocidade do fluído diminuindo a área da seção em um pequeno comprimento para haver uma queda de pressão. A vazão pode então,ser medida a partir desta queda.
Principais tipos:
Placa de Orifício
Tubo Venturi
Bocal de Vazão
Orifício Integral
Tubo Pitot 
Tubo Annubar
Uma vantagem primordial dos medidores de vazão por ΔP é que os mesmos podem ser aplicados numa grande variedade de medições, envolvendo a maioria dos gases e líquidos, inclusive fluidos com sólidos em suspensão, bem como fluídos viscosos, em uma faixa de temperatura e pressão bastante ampla. Um inconveniente deste tipo de medidor é a perda de carga que o mesmo causa ao processo. 
Placa de Orifício
Dos muitos dispositivos inseridos numa tubulação para se criar uma pressão diferencial, o mais simples e mais comum empregado é o da placa de orifício.
Consiste em uma placa precisamente perfurada, e instalada perpendicularmente ao eixo de tubulação. 
É essencial que as bordas do orifício estejam sempre perfeitas, porque, se ficarem imprecisas ou corroídas pelo fluido, a precisão da medição será comprometida. Costumeiramente, são fabricadas com aço inox, monel, latão, etc., dependendo do fluido.
Vantagens 
Instalação fácil 
Construção simples
Econômica 
Manutenção e troca simples
Desvantagens
Alta perda de carga
Baixa rangeabilidade 
Tubo Venturi
O tubo Venturi combina dentro de uma unidade simples uma garganta estreitada entre duas seções cônicas e está usualmente instalado entre duas flanges, em tubulações. Seu propósito é acelerar o fluido e temporariamente baixar sua pressão estática. 
A recuperação de pressão em um tubo Venturi é bastante eficiente, sendo seu uso recomendado quando se deseja um maior restabelecimento de pressão e o fluido medido carrega sólidos em suspensão. O Venturi produz um diferencial menor que uma placa de orifício para uma mesma vazão e diâmetro igual à sua garganta. 
Medidores Lobulares
Os rotores lobulares são os mais utilizados para medições de vazões de gases. Estes dispositivos possuem dois rotores com movimentos opostos com a posição relativamente fixa internamente, a uma estrutura cilíndrica. 
A câmara de medição é formada pela parede do cilindro e a superfície da metade do rotor. Estando o rotor na posição vertical um determinado volume de gás ficará retido no compartimento de medição. Como o rotor gira devido a pequena diferença de pressão entre a entrada e saída, o volume medido do gás é descarregado na base do medidor.
Esta ação sucede-se 4 vezes em uma movimentação completa com os rotores em deslocamentos opostos e a uma velocidade proporcional ao volume do gás deslocado. 
Medidores Tipo Turbina
O medidor é constituído, basicamente, por um rotor montado axialmente na tubulação.
O rotor é provido de aletas que o fazem girar quando passa um fluido na tubulação do processo. Uma bobina captadora com um ímã permanente é montada fora da trajetória do fluido. 
Quando este se movimenta através do tubo, o rotor gira a uma velocidade determinada pela velocidade do fluido e pelo ângulo das lâminas do rotor. A medida que cada lâmina passa diante da bobina e do ímã, ocorre um variação da relutância do circuito magnético e do fluxo magnético total a que está submetida a bobina.
BIBLIOGRAFIA
https://www.google.com.br/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=10&cad=rja&uact=8&ved=0CIMBEBYwCQ&url=ftp%3A%2F%2Fftp.demec.ufpr.br%2Fdisciplinas%2FTM117%2FArquivos%2520H%25E9lio%2FCap-7-Vaz%25E3o.pptx&ei=-rGEU6eJBZKYqAaYoYCIBA&usg=AFQjCNGm61TOcWWk2tSY-cTW-3XI8lSw3A&sig2=PlSAU9ucve8PrxOZo1brRQ&bvm=bv.67720277,d.b2k
http://sites.poli.usp.br/d/pme2230/Arquivos/PME2230-RL-Escoamento_Turbulento-Medidores_Vazao-site.pdf
http://www3.fsa.br/localuser/barral/Op_unit/Perda_de_carga.pdf
http://www.ufpe.br/ldpflu/capitulo8.pdf