Mecânica dos Fluidos para Engenharia Química: o estudo de instalações de bombeamento

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Mecnica dos Fluidos para Engenharia Qumica O estudo de instalaes de bombeamento Prof. Ms. Raimundo (Alemo) Ferreira Igncio

Mecnica dos Fluidos para Engenharia Qumica O estudo de instalaes de bombeamento Prof. Ms. Raimundo (Alemo) Ferreira Igncio

Prefiro ser esta metamorfose ambulante, do que ter aquela velha opinio formada sobre tudo. Raul Seixas1

Trabalho alicerado na disciplina: Mecnica dos Fluidos para Engenharia Qumica2

Se no sei para onde vou qualquer caminho serve!Lewis CarrollALICE NO PAS DAS MARAVILHASTraduo de Cllia Regina Ramos

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No intuto de se estabelecer um caminho, apresento o que estudaremos.

E que est baseado em um curso de 72 horas distribudas semanalmente com duas horas aula de teoria e duas horas aula de laboratrio.

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OBJETIVO CENTRAL DO CURSO

Relacionar e ampliar os estudos de mecnica dos fluidos nas principais aplicaes da engenharia qumica, o que nos leva a estudar: o projeto de uma instalao hidrulica bsica, onde dimensionamos as tubulaes, escolhemos a bomba adequada, analisamos o fenmeno de cavitao e calculamos o custo de operao; a determinao experimental do rendimento da bomba; a associao srie e paralelo de bombas hidrulicas; utilizao do inversor de frequncia tanto no controle da vazo do escoamento, como na reduo da potncia consumida pelo sistema; correes das curvas caractersticas das bombas (CCB) para fluidos viscosos e determinao do NPSHrequerido em funo da rotao especfica. 5

Projeto, j estava na hora!

Projeto de uma instalao de bombeamento

Condies de captao e descarga, o que vem a ser isto?

Seria conhecer os dados para calcular a carga inicial e final (Hi e Hf)

Vamos apresentar as suas etapas bsicas

1a - Dados iniciais como fluido e sua temperatura de escoamento, condies de captao e descarga, a vazo desejada e a aplicao da instalao a ser projetada!

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Para viabilizar o clculo das cargas mencionadas, vamos considerar uma seo x qualquer:

Lembrei!Para definir a cota z, devemos adotar um plano horizontal de referncia (PHR) e se a presso for lida por um manmetro metlico, pode haver necessidade de correo!7g = peso especficov = velocidade mdiag = acelerao da gravidade

2a - Com a aplicao da instalao e a vazo desejada (Q = volume/tempo = velocidade mdia x rea da seo formada pelo fluido) dimensionamos os tubos, ou seja especificamos o seu material, seu dimetro nominal, sua espessura, seu dimetro interno e a sua rea de seo livre, para tal devemos recorrer a expresso a seguir:

3a - A, indo ao local do projeto, esboamos a instalao a ser projetada, definindo desta forma a sua cota crtica, seus comprimentos e seus acessrios hidrulicos.

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4a - Tendo o esboo escrevemos a equao da curva caracterstica da instalao (CCI), que representa a carga que o fluido necessita para escoar na instalao com uma vazo Q.

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5a - Obtemos a vazo de projeto (Qprojeto) multiplicando a vazo desejada (Q) por um fator de segurana, que no mnimo igual a 1,1.

6a - Com a vazo de projeto na equao da CCI calculamos a carga do sistema que igual a carga manomtrica de projeto (HBprojeto).

7a - Com a Qprojeto, o HBprojeto e a aplicao da instalao , desde de que a viscosidade cinemtica (n) seja menor que a de referncia, escolhemos a bomba.9

8a - Se a viscosidade cinemtica do fluido for maior que a viscosidade cinemtica de referncia, efetuamos as correes das curvas HB = f(Q) e do hB = f(Q) da bomba.

9a - No cruzamento da CCI com a CCB obtemos o dimetro do rotor e o ponto de trabalho da bomba (Qt, HBt, hBt, NBt e NPSHreq).

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10a - Verificamos o fenmeno de cavitao (vaporizao e condensao do fluido na prpria temperatura de escoamento). Aqui talvez haja a necessidade de se usar o conceito de rotao especfica (parmetro que classifica as bombas e que permite estimar o NPSHreq).

11a - Calculamos o consumo de operao.

Se houver alteraes no processo alimentado pela instalao, j que existe uma bomba reserva na casa de mquina verificamos a possibilidade de se associar as bombas em srie ou paralelo.E como os assuntos sero apresentados neste trabalho, no intuto de facilitar a compreenso do desenvolvimento do projeto mencionado?11

Apresento a seguir o caminho adotado neste trabalho para o desenvolvimento das aulas de TEORIA e de LABORATRIO 12

1. Pr-requisitos:1.1. Equao da energia para regime permanente1.2. Clculos relacionados ao escoamento permanente de fluido incompressvel em condutos forados

2. Etapas de um projeto de uma instalao hidrulica bsica de bombeamento2.1. Dados iniciais; clculo das cargas iniciais e finais da instalao a ser projetada; 2.2. Dimensionamento das tubulaes que constituem a instalao;2.3. Determinao da equao da curva caracterstica da instalao (CCI);

TEORIA

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2.4. Escolha preliminar da bomba e estabelecimento do seu ponto de trabalho;2.5. Conceito de supercavitao e cavitao e estabelecimento das condies para que este fenmeno no ocorra na instalao a ser projetada;2.6. Especificao do motor eltrico e clculo da potncia consumida pela instalao hidrulica de bombeamento;

3. Rotao especfica4. Correo das curvas de bomba para o bombeamento de fluido viscoso.14

5. A utilizao do inversor de frequncia.6. Associao srie e paralelo de bombas hidrulicas.

Estes assuntos estaro sendo desenvolvidos interligados s atividades de laboratrio!15

Determinao da carga total em seces de uma instalao hidrulica de bombeamento e clculo das perdas de carga antes e depois da bomba

2. Determinao do coeficiente de perda de carga distribuda (f) e do comprimento equivalente (Leq) para a vlvula globo e vlvula gaveta abertas e semiabertas.

3. Determinao da vazo pelo parmetro Reynolds raiz de f, ou determinao da vazo estimada pelo diagrama de Rouse

4. Obteno da curva caracterstica do medidor de vazo tipo placa de orifcioLABORATRIO

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5. O que melhor: controlar a vazo com uma vlvula globo ou com uma vlvula gaveta

6. Correo da CCB em funo do escorregamento existente no acoplamento da bomba hidrulica com o motor eltrico (utilizao do tacmetro)

7. Estudos ligados cavitao e a sua visualizao no laboratrio.

8. Determinao do rendimento da bomba.

9. Experincia do inversor de frequncia.

10. Experincia da associao em srie de bombas hidrulicas.

11. Experincia da associao em paralelo de bombas hidrulicas.

12. Influncia da perda de carga na vazo mxima de operao de uma bomba hidrulica

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As atividades de laboratrio sero realizadas atravs das bancadas dos laboratrios.Existe algum esboo das bancadas que sero utilizadas?18

Sim e o apresento a seguir.

Ela representa uma instalao de recalque, ou seja, o fluido transportado de uma cota inferior para uma cota superior!

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Bancada com mais detalhes

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Esboo das bancadas 7 e 8 que possibilitam a associao srie e paralelo das bombas.21

Como este material ser utilizado em um curso de formao dos futuros engenheiros qumicos eu proponho uma metodologia de avaliao.22

Critrio de avaliao

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As provas (P1, P2 e P3) sero com consulta aos apontamentos e tero a durao em torno de 240 minutos.

Nestas provas a matria avaliada ser tanto referente as aulas de teoria como as de laboratrio.

J as provas de laboratrio (PL1, PL2 e PL3) ocorrero sempre no dia e antes das provas P1, P2 e P3 tero a durao de 80 minutos.

Nas provas de laboratrio ser permitido a consulta apenas a um formulrio de apenas uma folha e contedo referente as aulas de laboratrio.

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Optei em apresentar este trabalho na internet, primeiro para democratizar o seu uso e romper limites de utilizao e segundo para estar aberto para uma melhoria continua.Existem bibliografias para o seu acompanhamento?25

Sim e as apresento a seguir, salientando que encontram-se com link na pgina:

www.escoladavida.eng.br26

BIBLIOGRAFIA BSICA

- Mecnica dos fludos para engenharia qumica publicado no stio:http://www.escoladavida.eng.br/mecanica_dos_fluidos_para_eng_quimica.htm

MACINTYRE, Archibald Joseph. Bombas e instalaes de bombeamento 2a edio Rio de Janeiro: LTC, 2008.

SANTOS, Srgio Lopes dos. Bombas & Instalaes Hidrulicas - 3a edio

BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTAR

GOMIDE, R. Operaes com fludos Operaes Unitrias Volume II 2a. parte Edio do Autor, 1997

MATTOS, E.E./Falco, R. Bombas Industriais Rio de Janeiro, Editora Intercincia Ltda., 1998

Outras bibliografias complementares encontram-se disponvel na pgina: http://www.escoladavida.eng.br/mecfluquimica/planejamento_22012/bibliografia_complementar_4.htm

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Para facilitar os estudos propostos, iniciamos evocando alguns conceitos que foram abordados no curso de mecnica dos fluidos bsica.Ainda bem, pois eu j esqueci praticamente tudo!28

No intuto de ajudar a recordar, ampliarei a sntese de mecnica dos fluidos bsica e vou iniciar recordando o conceito de presso, escalas de presso, presso em um ponto fluido, carga de presso e equao manomtrica.Isto foi estudado em ESTTICA DOS FLUIDOS29

Em se tratando de uma presso constante, ou mdia, temos:

Quando consideramos a presso atmosfrica igual a zero, passamos a trabalhar na escala efetiva ou relativa, ou seja, aquela que adota como zero da escala a presso atmosfrica.

Presso em um ponto fluido pertencente a um fluido contnuo, incompressivel, em repouso e na escala efetiva:

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A cota h denominada de carga de presso e sua unidade sempre uma unidade de comprimento acrescida do nome do fluido considerado, exemplos: mmHg e mca

E quais aparelhos lem a carga de presso?

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Um deles o barm