3. Perdas de Carga

download 3. Perdas de Carga

of 14

  • date post

    26-Dec-2015
  • Category

    Documents

  • view

    145
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of 3. Perdas de Carga

  • 3. INSTALAES HIDRULICAS OU SISTEMA DE TUBULAES

    Correspondem ao conjunto de tubulaes, assessrios, bombas e reservatrios que

    formam uma linha de suco e recalque.

    3.1. Perda de carga

    a perda de presso que ocorre numa instalao ou parte da instalao devido ao

    fluxo no interior dos tubos e assessrios.

    ( ).etc,Material,e,U,Q,fh =

    A perda de carga classificada em "perda de carga contnua" ( 'h ) e "perda de carga localizada" ( "h ), sendo 'h a perda de carga considerada ao longo da tubulao e

    "h a perda de carga devido presena de conexes, aparelhos, etc, em pontos particulares do conduto.

    3.1.1. Perda de carga contnua ( 'h )

    A perda de carga contnua se deve, principalmente, ao atrito interno entre partculas

    escoando em diferentes velocidades. A perda de carga contnua pode ser calculada pela

    seguinte expresso:

    L.J'h =

    Sendo:

    'h = Perda de carga contnua [m] J = Perda de carga unitria [m/ m]

    L = Comprimento do conduto[m]

    23

  • A) Equao universal de perda de carga contnua

    L.g2

    U.Df'h

    2

    = ou L.DQ.

    gf8'h

    J

    5

    2

    243421

    =

    Sendo:

    'h = Perda de carga contnua [m] U = Velocidade mdia do escoamento [m/s]

    D = Dimetro do conduto [m]

    L = Comprimento do conduto [m]

    g = Acelerao da gravidade [m/s2]

    f = Coeficiente de perda de carga [adimensional]

    J = Perda de carga unitria [m/m]

    Q = Vazo [m/s2]

    O coeficiente f calculado pela expresso de Swamee e Jain e a outra por Barr, que

    so frmulas prticas obtidas por experimentos feitos em laboratrios, estas frmulas so

    tambm chamadas de "frmula explcita".

    Frmula de Swamee e Jain: vlida para e 83 10Re105 26 10De10 . A rugosidade do material do conduto (e) dada pela TAB. 3.1.

    2

    9,0Re74,5

    D7,3eln

    325,1f

    +=

    Frmula de Barr: vlida somente para e. A rugosidade do material do conduto (e) tambm dada pela TAB. 3.1.

    510Re >

    += 89,0Re13,5

    D7,3elog2

    f1

    24Existem outras frmulas para o clculo de f, que se encontra implcito, vejamos quais so:

  • Frmula de Colebrook-White (1939): mais recomendada para escoamentos turbulentos em tubos lisos e rugosos.

    +=

    fRe51,2

    D7,3elog2

    f1

    Frmula de Moody (1944 ): Moody criou um diagrama (FIG. 3.1) fundamentado nas expresses abaixo, para os regimes laminar e turbulento, que durante muitos anos foi de

    grande utilidade.

    Re64f =

    (Para escoamento laminar)

    +=

    fRe51,2

    D7,3elog2

    f1

    (Para escoamento turbulento e rugosidade relativa do conduto e/D)

    FIGURA 3.1 - baco de Moody para o clculo de f.

    25

  • A TAB. 3.1 a seguir contm os valores extremos e usuais para as alturas mdias das

    esperezas ou rugosidades internas de tubos comerciais.

    TABELA 3.1 Valores das rugosidades internas dos tubos

    Rugosidade e (mm) Caractersticas da Tubulao

    Mnima Usual Mxima

    2,4 7,0 12,2

    0,9 1,5 2,4

    0,3 0,6 0,9

    0,15 0,2 0,3

    0,06 0,1 0,15

    0,05 0,1 0,15

    1. Tubos de ao, juntas soldadas, interior contnuo

    Grandes incrustaes ou tuberculizaes

    Tuberculizao geral de 1 a 3 mm

    Pintura brocha, com alfalto, esmalte ou betume

    Leve enferrujamento

    Revestimento obtido por imerso em asfalto quente

    Revestimento com argamassa de cimento obtida por centrifugao

    Tubo revestido de esmalte 0,01 0,06 0,3

    0,15 0,3 0,5 2. Tubos de concreto com superfcie obtida por centrifugao

    Superfcie interna bastante lisa, executado com formas metlicas 0,06 0,1 0,18

    3. Tubos de cimento amianto - 0,015 0,025

    0,06 0,15 0,3

    0,25 0,5 1,0

    1,0 1,5 3,0

    4. Tubos de ferro fundido

    Ferro galvanizado, fundido revestido

    Ferro fundido, no revestido, novo

    Ferro fundido com corroso

    Ferro fundido com depsito 1,0 2,0 4,0

    5. Lato, cobre, chumbo 0,04 0,007 0,010

    6. Tubos de plstico - PVC 0,0015 0,06 -

    FONTE - LEANCASTRE, 1996.

    As frmulas prticas ainda so muito utilizadas, embora sejam mais restritas do que o

    mtodo anterior, pois s podem ser empregadas dentro das condies limites estabelecidas

    nas suas experincias.

    As frmulas empricas para perda de cargas contnuas unitria mais utilizadas entre os

    projetistas de tubulao so apresentadas a seguir:

    B) Frmula de Hazen-Williams

    87,4

    85,1

    85,1 DQ.

    C64,10J = ou

    852,1

    63,2D.C..355,0Q4J

    =

    26

  • Esta frmula tem sido largamente empregada, sendo aplicvel a condutos de seo

    circular com mm, conduzindo gua somente. C um coeficiente de perda de carga

    que depende da natureza e das condies do material empregado nas paredes dos tubos,

    bem como da gua transportada, e coeficiente tabelado como mostra a TAB. 3.2.

    50D

    TABELA 3.2 Coeficiente de perda de carga C da frmula de Hazen-Williams

    Material C Ao corrugado (chapa ondulada) 60

    Ao galvanizado 125

    Ao rebitado novo 110

    Ao rebitado em uso 85

    Ao soldado novo 130

    Ao Soldado em uso 90

    Ao soldado com revestimento especial 130

    Chumbo 130

    Cimento amianto 140

    Cobre 130

    Concreto com acabamento comum 120

    Ferro fundido novo 130

    Ferro fundido de 15 a 20 anos de uso 100

    Ferro fundido usado 90

    Ferro fundido revestido de cimento 130

    Lato 130

    Manilha cermica vidrada 110

    Plstico 140

    Tijolos bem executados 100

    Vidro 140

    FONTE - AZEVEDO NETTO & ALVAREZ, 1988.

    C) Frmula de Flamant

    75,4

    75,1

    DQ000824,0J =

    A frmula de Flamant foi originalmente testada para tubos de parede lisa de uma

    maneira geral; posteriormente mostrou ajustar-se bem aos tubos de plstico de pequenos

    dimetros, como os empregados em instalaes hidrulicas prediais de gua fria.

    27

  • D) Frmula de Scobey

    9,4

    9,1S

    D245QKJ =

    Esta frmula indicada para o clculo de perda de carga em redes de irrigao por

    asperso e gotejamento que utilizam tubos leves. Os valores do coeficiente de perda de

    carga KS da frmula de Scobey esto indicados na TAB. 3.3.

    TABELA 3.3 Coeficiente de perda de carga KS da frmula de Scobey

    Material KSPlstico e cimento amianto 0,32

    Alumnio com engates rpidos a cada 6 m 0,43

    Ao galvanizado com engates rpidos a cada 6 m 0,45

    FONTE - GOMES, 1994.

    E) Frmulas de Fair-Whipple-Hsiao:

    As formulas apresentadas a seguir so recomendadas pela Norma Brasileira, para

    projetos de instalaes hidrulicas prediais, nos seguintes casos:

    Tubos de ao galvanizado e ferro fundido, conduzindo gua fria:

    88,4

    88,1

    DQ002021,0J =

    Tubos de cobre ou plstico, conduzindo gua fria:

    75,4

    75,1

    DQ000859,0J =

    Tubos de cobre ou lato, conduzindo gua quente:

    28

  • 75,4

    75,1

    DQ000692,0J =

    Exerccio 3.1:

    Uma adutora fornece a vazo de 150 l/s, atravs de uma tubulao de ao soldado,

    revestida com esmalte, dimetro de 400 mm e 2 km de extenso. Determinar a perda de

    carga na tubulao, por meio da equao de Hazen-Williams, e comparar com a frmula

    universal de perda de carga.

    3.1.2. Perda de carga localizada ( "h )

    Ao longo das tubulaes ocorrem perturbaes localizadas, denominadas perdas de

    carga localizadas, causadas por singularidades do tipo curva, juno, vlvula, medidor e

    outros, que tambm provocam dissipao de energia.

    A perda de carga localizada pode ser calculada pela expresso geral:

    g2UK"h

    2=

    Sendo:

    "h = Perda de carga localizada [m] U = Velocidade mdia do fluido [m/s]

    g = Acelerao da gravidade [m/s2]

    K = Coeficiente de perda de carga localizada [adimensional] (TAB. 3.4)

    Para o clculo da perda localizada utiliza-se, alm da expresso geral, outro processo

    denominado "Mtodo dos Comprimentos Virtuais". Este processo transforma as conexes

    e assessrios presentes na instalao em comprimento de tubulao.

    29

  • RG LeRGRG LeLe

    FIGURA 3.2 Converso de registro de gaveta em comprimento equivalente.

    A soma dos comprimentos equivalentes Le das peas de um determinado trecho de

    tubulao, acrescida do comprimento real desta chamada de comprimento virtual Lv:

    += ev LLL

    Sendo:

    Lv = Comprimento virtual

    L = Comprimento real

    Le = Comprimento equivalente (TAB. 3.5 e 3.6)

    TABELA 3.4 Valores aproximados do coeficiente de perda de carga localizada K.

    Pea K Pea K Ampliao Gradual 0,30* Medidor Venturi 2,50**

    Comporta aberta 1,00 Pequena derivao 0,03

    Controlador de vazo 2,50 Reduo gradual 0,15*

    Cotovelo de 45 0,40 Sada de canalizao 1,00 Cotovelo de 90 0,90 T de passagem direta 0,60 Crivo 0,75 T de sada bilateral 1,80

    Curva de 22,5 0,10 T de sada de lado 1,30 Curva de 45 0,20 Vlvula borboleta aberta 0,30 Curva de 90 0,40 Vlvula de ngulo aberta 5,00 Entrada de borda 1,00 Vlvula de gaveta aberta 0,20

    Entrada normal 0,50 Vlvula de p 1,75

    Juno 0,40 Vlvula de reteno 2,50

    Vlvula globo aberta 10,00

    *Relativo a maior velocidade **Relativo velocidade na tubulao

    FONTE - NETTO & ALVAREZ, 1988.

    30

  • TABELA 3.5 Comprimentos equivalentes (Le).em metros de canalizao para conexes

    de ao galvanizado ou ferro fundido.

    FONTE - Norma Brasileira de Instalaes Prediais de gua Fria - NBR 5626/82

    TABELA 3.6 Comprimentos eq