Determinação do Diâmetro Econômico em Tubulações Industriais, Exercícios de Mecânica

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Cálculo do Diâmetro das Tubulações

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começaremos nossa aula.

DIÂMETRO ECONÔMICOS

A escolha do diâmetro da tubulação deve levar em consideração os parâmetros econômicos e a disponibilidade de diâmetros dos tubos comerciais.

Na escolha do diâmetro, dois fatores são importantes:

O custo da tubulação a ser instalada (custos fixos ou depreciação do investimento inicial). Este custo aumenta a medida que se escolhe diâmetros maiores. O custo operacional do sistema , ou seja, a energia gasta no bombeamento do fluido diminui com o aumento do diâmetro da tubulação (custos operacionais).

Tubulações Industriais O diâmetro econômico pode ser determinado através de duas metodologias:

1. Através de equações obtidas da derivação da equação resultante da soma dos custos fixos e dos operacionais. Este método exige dados reais de tubulações e a obtenção de equações, porém fornece o verdadeiro valor do diâmetro ótimo. No caso de sistemas complexos de alto custo, este método é o método a ser seguido. 2. Através da velocidade aconselhável ou velocidade econômica. Este método é adequado para pequenas e médias instalações e será o método que usaremos nesta disciplina.

Tubulações Industriais Obtenção do diâmetro econômico através da equação de custos mínimos Solução para fluidos newtonianos: Denn, M.M.(1980) Process fluid mechanics , Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ. Solução para fluidos newtonianos, da lei da potência e plásticos de Bingham Darby, R. & Melson, J.D. (1982). Direct determination of optimum economic pipe diameter for non-Newtonian fluids, J. Pipelines, 2 , 11-21. Solução para fluidos Herschel-Bulkley Garcia, E.J. & Steffe, J.F. (1986) Optimum economic pipe diameter for pumping Herschel-Bulkley fluids in laminar flow, Journal of Food Process Engineering , 8, 117-136.

Tubulações Industriais

Tubulações Industriais

Tabela: Valores de velocidade econômica para tubos com

diâmetro igual ou inferior a 4 polegadas.

Escoamento Laminar

μ (cP) 10 100 1000

v (m/s) 1 0,3 - 0,8 0,1 - 0,

Escoamento Turbulento

(kg/m

3

v (m/s) 12,5 - 15,5^ 5,5 - 7,7^ 3,2 - 4,0^ 1,6 - 2,0^ 0,79 - 1,

água óleo Líquido viscoso

Tubulações Industriais Regras práticas para a determinação do diâmetro ótimo:

a) Quando o diâmetro calculado é bem próximo de

um valor-padrão, toma-se este valor.

b) Quando o diâmetro calculado é menor que 1",

toma-se o valor-padrão imediatamente superior.

c) Quando o diâmetro calculado é maior que 1",

toma-se o valor-padrão imediatamente inferior.

Essa regra foi feita de acordo com a forma de

variação do custo da tubulação com o aumento

do diâmetro.

Tubulações Industriais Exemplo Deve-se dimensionar as tubulações de uma instalação de bombeamento de benzeno, onde se deseja uma vazão de 2,2 l/s. Sabe-se que não necessidade de tubos especiais. Para o benzeno tem-se a velocidade econômica igual a 1,8m/s e como material mais usado para a tubulação o aço, o que implica em se recorrer a norma ANSI B3610. Sabendo que Q = v x A, tem-se: 4 2 D Q V

Tubulações Industriais Exemplo Deve-se dimensionar as tubulações de uma instalação de bombeamento de benzeno, onde se deseja uma vazão de 2,2 l/s. Sabe-se que não necessidade de tubos especiais. Para o benzeno tem-se a velocidade econômica igual a 1,8m/s e como material mais usado para a tubulação o aço, o que implica em se recorrer a norma ANSI B3610. Sabendo que Q = v x A, tem-se: 4 2 D Q V

eco eco v Q D

4  m s m s eco

D

/ /

(^4 0) , 0022 3



D m mm

eco

Tubulações Industriais Exemplo 1: Diâmetro econômico Deve-se dimensionar as tubulações de um bombeamento de benzeno, onde se deseja uma vazão de 2,2 l/s. Sabe-se que não necessidade de tubos especiais. Para o benzeno tem-se a velocidade econômica igual a 1,8m/s e como material mais usado para a tubulação o aço, o que implica em se recorrer a norma ANSI B3610. Sabendo que Q = v x A, tem-se:

Tubulações Industriais Tarefa: Deseja-se transportar agua a 20 ºC com auxilio de uma bomba a uma vazão de 2 l/s em uma linha de tubos de aço galvanizados, a mesma tem 50 m de recalque e 3 m de sucção, ao logo da linha tem 6 joelhos 90º, e uma válvula globo. Determine: A. Os diâmetros da tubulação na sucção no recalque considerando o Diâmetro econômico. B. A perda de carga no sistema com base nas tabelas fornecidas.