Quinta aula
11/03/2008
Dimensionamento da tubulação
Em função do fluido a ser transportado e da sua temperatura de
escoamento, procura-se estabelecer o material da tubulação.
Apresenta-se a seguir uma tabela que pode nos auxiliar na escolha
do diâmetro, porém deixa-se claro que:
1 → dependendo da aplicação, considera-se outros fatores;
2 → os tubos de PVC hoje ganham espaço nas aplicações industriais;
3 → o objetivo deste trabalho é ser uma referência bibliográfica
básica, o que equivale dizer que outras fontes devem ser
consultadas;
4 → a tabela 7.1, além de fornecer a faixa de velocidade
recomendada, que é denominada de velocidade econômica, menciona
o material da tubulação mais empregado.
Por outro lado, sabe-se que
para o escoamento de gás
perfeito até cerca de 75 m/s
o escoamento é considerado
como incompressível, daí a
tabela 7.2.
Após o preestabelecimento do
material e da velocidade
econômica, calcula-se o diâmetro
da tubulação após a bomba como
mostrado a seguir.
  D2
Q  vA  v
4
4Q
D 
v
Dm
m3
Q
s
v  m/ s
Através do diâmetro calculado,
consultando uma tabela
normalizada, especifica-se o
diâmetro nominal para a tubulação
após a bomba.
Importante notar que o diâmetro de referência
estará entre dois diâmetros comerciais. Se a
instalação for considerada pequena, adota-se o
diâmetro comercial maior e se a instalação for
grande adota-se o diâmetro comercial menor,
isto dentro de certas limitações estabelecidas
pelo valor da perda de carga.
Nota: considera-se instalação
pequena aquela que tem o
custo da bomba + custo do
motor elétrico + custo de
operação mais significativo que
o custo dos tubos + acessórios
hidráulicos.
Dependendo da fonte de consulta encontra-se
certas variações das velocidades econômicas,
para ilustrar o mencionado é apresentado a
tabela 7.3 as velocidades recomendadas pela
Alvenius Equipamentos Tubulares S/A e na
tabela 7.4 e no gráfico 7.1 os valores
recomendados pela Companhia Sulzer e que
foram extraídos do manual – Fundamentos
hidráulicos para instalaciones con bombas
centrífugas – Sulzer Frères, Société Anonyme,
Winterthur, Suiza.
Uma outra forma de determinar o
diâmetro, que é válida para instalações
que não funcionam continuamente
(instalações em edifícios) é a fórmula de
Forscheimmer, que apresentada a seguir:
Der  1,3  4
n
 Q
24
Onde:
Der = diâmetro econômico para o recalque (m)
Q = vazão desejada (m3/s)
n = número de horas/dia de funcionamento das bombas.
Com (Der) na tabela normalizada de tubos, especifica-se
o diâmetro de recalque comercial.
A tubulação antes da bomba deve ter um diâmetro
comercial acima.
Nota: Já que existe mais de uma possibilidade para a
escolha do diâmetro de recalque e como hoje, podemos
recorrer as máquinas programáveis é comum efetuar-se
um estudo econômico para a escolha do diâmetro mais
adequado.
Imagina-se que em um dado projeto, tem-se a
possibilidade de recorrer aos diâmetros D1, D2, D3 e D4.
Para especificar o diâmetro adequado, pode-s executar
um estudo econômico como mostra a tabela 7.5.
Tabela 7.5
Custo do tubo/m
Custo total
Velocidade média (m/s)
Perda de carga (m)
Altura manométrica (m)
Potência consumida (kw)
Custo mensal de energia
Escolha do diâmetro
adequado
D1 D2 D3 D4
Mais informações consultar:
http://www.escoladavida.eng.br/mecfluquimica/sexta_aula.htm
Para detalhes dos tubos também pode-se consultar:
http://www.debas.faenquil.br/~clelio/pdf/aula01.pdf
http://www.nvlsoftware.com.ar/NVLSoftware/datos_de_calculo.htm
http://www.escoladavida.eng.br/mecflubasica/Apostila/Unidade%206/Primeira%20aula%20un%206.pdf
http://www.tubosapolo.com.br/tubos.htm
Exemplo
Considerando o escoamento da salmoura
com uma vazão de 0,5 l/s, especifique o
diâmetro para a tubulação de aço de
espessura 160
Dado: instalação considerada grande
Para a salmoura na tabela 7.1 tem-se
velocidade econômica igual a 1,2 m/s
 4  0,5  103 
  1000  23,0mm
Dref  
  1,2




Consultando a norma ANSI
B36.10 e B36.19, tem-se que:
Pelo fato da tubulação ser
considerada grande adota-se
para a tubulação após a bomba
igual a 1” e para a tubulação
antes da bomba 1 14 "
Cavitação
Para a compreensão do fenômeno de cavitação
considera-se o trecho da instalação
representado a seguir, onde objetiva-se
determinar a pressão na entrada da bomba.
ze
(e)
B
(0)
PHR
Aplicando-se a equação da energia
de (o) a (e) resulta:

L   LeqaB
ve2
Q2 

pe     ze 
 faB 

2
2g
DH

2g  AaB 
aB
Através da temperatura de
escoamento do fluido,
determina-se a pressão de
vapor, que representa a
pressão que para a
temperatura do escoamento
tem-se a mudança, total ou
parcial, de líquido para vapor.
Se a peabs (pe + patm) for menor
ou igual a pvapor , tem-se na
própria temperatura do
escoamento, o fenômeno de
evaporação, total ou parcial,
do fluido, fenômeno
denominado de cavitação.
Notas:
1.
O fenômeno de cavitação observado na
entrada da bomba é denominado de
supercavitação e é considerado um erro
grosseiro do projetista.
2. A pressão na entrada da bomba não
representa o ponto de menor pressão do
escoamento, este ocorre no interior do
corpo da bomba, o que equivale a dizer que o
fato de não ocorrer a cavitação na entrada
da bomba não é condição necessária e
suficiente para não se ter o fenômeno de
cavitação.
O fenômeno de cavitação geralmente
propicia os seguintes problemas:
1.
2.
3.
4.
erosão
vibrações
diminuição do rendimento
diminuição do tempo vida da bomba
Para tentar evitá-lo deve-se pensar em
aumentar a pressão de entrada da bomba, ou
seja:
1.
2.
3.
4.
a cota da entrada deve-se ser a menor possível, ou
até mesmo negativa, bomba afogada;
o comprimento da tubulação antes da bomba deve
ser o menor possível;
na tubulação antes da bomba utiliza-se as
singularidades estritamente necessárias;
adota-se o diâmetro antes da bomba um diâmetro
imediatamente superior ao diâmetro dimensionado
para a tubulação após a bomba.
Para mais informações e estudos, inclusive
de testes propostos, visite o sítio:
http://www.escoladavida.eng.br/mecfluquimica/supercavitacao.htm