Síntese da primeira aula da unidade 6
Material preparado para uma consulta rápida.
VoltarAtualizado: 01-09-2008
Clique na figura abaixo e tenha acesso ao material completo e que faz parte do livro eletrônico - Curso Básico de Mecânica dos Fluidos
|
Síntese da primeira aula da unidade 6 Material preparado para uma consulta rápida.
Atualizado: 01-09-2008 |
Clique na figura abaixo e tenha acesso ao material completo e que faz parte do livro eletrônico - Curso Básico de Mecânica dos Fluidos
|
6.1 Introdução
O cálculo da perda de carga em tubulações é fundamental para o estudo de uma instalação hidráulica, seja ela de bombeamento, seja ela por gravidade.
O trabalho apresentado tem como objetivo mostrar o cálculo da perda de carga de forma didática, porém respeitando as normas vigentes em nosso país, por isto adotou-se como base de estudo o projeto de norma da ABNT P-NB-591 de Junho de 1976.
Devemos ter em mente, que a perda de carga, ou seja a dissipação de energia por unidade de peso acarreta uma diminuição da pressão estática do escoamento, sendo que esta diminuição pode ser observada pela representação da Linha de Energia (L.E) do escoamento, que é o lugar geométrico que representa a carga total de cada seção do escoamento.
Para o estudo da perda de carga, inicialmente evocamos a experiência de Reynolds, onde foi obtida a classificação do escoamento incompressível em regime permanente, que segundo a ABNT é:
Escoamento Laminar - Re ≤ 2000
Escoamento de Transição - 2000 < Re < 4000
Escoamento Turbulento - Re ≥ 4000
Devemos salientar, que o estudo do escoamento de um fluido real, é até hoje um tanto que empírico, já que nem sempre o cálculo teórico corresponde aos resultados observados na prática, fato este observado principalmente para números de Reynolds elevados.
A experiência de Reynolds não pode ser considerada a base para o estudo proposto, já que foi realizada em tubulação de vidro, o que implica dizer que nela não foi considerada a influência da rugosidade no escoamento, já que a tubulação de vidro é considerada uma tubulação lisa.
Foi Nikuradse, um hidráulico alemão, que com seus trabalhos publicados em 1933, propiciou a base de estudo da perda de carga por fricção, isto porque ele reproduzia artificialmente a rugosidade através de adesivos com grãos de areia padronizados. As limitações da experiência de Nikuradse, podem ser resumidas da seguinte forma:
a) não recorrer aos tubos industriais, mas aos tubos com rugosidade artificiais;
b) só estudar as perdas por fricções em tubos de área de secção transversal constante, com comprimentos não desprezíveis sem obstruções e sem mudanças de direções.
No desenvolvimento desta unidade, mostraremos como foram eliminadas estas limitações.
6.2 Tubos Industriais
Devemos salientar que não é nosso objetivo nos deter em demasia neste tópico, mas simplesmente mencionar que os tubos industriais são aqueles encontrados no mercado à disposição do projetista.
Para a sua escolha, devemos levar em conta:
pressão e temperatura de trabalho;
fluido a ser transportado;
nível de tensões no material;
natureza dos esforços mecânicos;
diâmetro do tubo;
sistema de ligações;
custo do material;
segurança;
experiência prévia;
facilidade de fabricação e montagem;
velocidade do fluido;
perda de carga;
facilidade de obtenção do material;
tempo de vida previsto.
Uma boa fonte de consulta para este assunto é o livro Tubulações Industriais, escrito por Pedro C. Silva Telles e editado por Livros Técnicos e Científicos Editora S.A.
Considerando que os tubos de aço-carbono são uns dos mais difundidos em instalações industriais, vamos utilizá-los como exemplo de tubos industriais.
Os diâmetros comerciais de aço-carbono estão definidos pela norma americana ANSI B 36.10 e B 36.19. Todos esses tubos são designados por um número chamado “Diâmetro Nominal” ou “Bitola Nominal”, onde o diâmetro nominal de 1/8 até 12” não corresponde a nenhuma dimensão física dos tubo e os de 14 até 36”, o diâmetro nominal coincide com o diâmetro externo dos tubos.
Para cada diâmetro nominal fabricam-se tubos com várias espessuras de parede, porém sempre com o mesmo diâmetro externo.
A seguir, transcrevo parte da norma dos tubos de aço, onde se tem as dimensões normalizadas de acordo com as Normas ANSI B.36.10 (para tubos de aço-carbono e aços de baixa liga), e B.36.19 (para tubos de aços inoxidáveis).
Notas:
1 A norma ANSI B.36.19 só abrange tubos até o diâmetro nominal de 12";
2 As designações “Std”, “XS” e “XXS” correspondem às espessuras denominadas “normal”, “extra-forte”, e “duplo extra-forte” da norma ANSI B.36.10. As designações 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120 e 160 são “números de série” (schedulle number) dessa mesma norma. As designações 5S, 10S, 40S e 80S são da norma ANSI B.36.19;
3 As espessuras em mm indicadas na tabela são os valores nominais; as espessuras mínimas correspondentes dependerão das tolerâncias de fabricação, que variam com o processo de fabricação do tubo. Para os tubos sem costura a tolerância usual é ± 12,5% do valor nominal;
4 Nesta tabela estão omitidos alguns diâmetros e espessuras não usuais na prática. Para a tabela completa, contendo todos os diâmetros e espessuras, consulte as normas ANSI B 36.10 e B 36.19;
5 Os pesos indicados nesta tabela correspondem aos tubos de aço-carbono ou de aços de baixa liga. Os tubos de aços inoxidáveis ferríticos pesam cerca de 5% menos, e os de inoxidáveis austeníticos cerca de 2% mais.
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ao considerarmos os tubos industriais, temos que recorrer a rugosidade equivalente (K ou ε), que é a altura da rugosidade suposta uniformemente distribuída ao longo do tubo.
A rugosidade equivalente (K ou ε) é tabelada em função do material do tubo. A seguir apresentamos alguns valores comumente usados para a rugosidade equivalente, onde a tabela 6.1 reproduz os valores encontrados em livros didáticos e a tabela 6.2 reproduz os valores adotados pelo projeto de norma da ABNT P-NB-591.
Para a utilização da tabela 6.2, devemos ter em mente que:
a) Para adutoras medindo menos de 1000m de comprimento,devemos considerar K como sendo 1,4 vez o valor encontrado na tabela 6.2 para tubos novos e acabamentos escolhidos;
b) Para adutoras medindo mais de 1000m de comprimento, devemos considerar K como sendo 2,0 vezes o valor encontrado na tabela 6.2 para tubos novos e acabamentos escolhidos.
Nota: Adutora → tubulação destinada a transportar água de um manancial para um dado reservatório.
Pelas tabelas apresentadas anteriormente, podemos concluir que a rugosidade equivalente K depende dos seguintes fatores:
materiais de que são feitos os tubos;
processo de fabricação dos tubos;
natureza do líquido que escoa no tubo;
tempo de serviço do tubo.
O envelhecimento de tubos de concreto armado alisado internamente, de cimento amianto e de tubos de material plástico pode ser considerado desprezível para o projeto das tubulações.
Nos condutos metálicos, quando não for possível a limpeza periódica e se não forem pintados internamente com materiais anticorrosivos, haverá o envelhecimento da tubulação devido à corrosão, quer seja química ou eletrolítica, em conseqüência, ela torna-se mais rugosa. Nesta situação, para prever-se o envelhecimento a vazão deve ser multiplicada por um coeficiente de segurança, que pode ser deduzido do gráfico 6.1, que mostra a redução da vazão com o passar dos anos em função dos diferentes tipos de água, onde:
(y1) → casos extremos de águas pouco agressivas, pequenos nódulos;
(y2) → água filtrada não arejada e praticamente não corrosiva, leve incrustação geral;
(y3) → água de poços ou água dura com pequena ação corrosiva e onde existem maiores incrustações com nódulos até cerca de 12mm de altura;
(y4) → água de regiões pantanosas com vestígios de ferro e com matéria orgânica, levemente ácida, onde as grandes incrustações são de até cerca de 25 mm de altura;
(y5) → água ácida de rochas graníticas, onde ocorrem incrustações excessivas e tuberculizações;
(y6) → água extremamente corrosiva ou em pequenos condutos para água doce levemente ácida;
(y7) → casos extremos de águas muito agressivas.
“A educação não pode se responsabilizar por todas as mudanças, porém não existem mudanças sem educação.” (Professor Paulo Freire)
