Quinta aula

Introdução aos estudos de instalações hidráulicas.

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Inicia-se considerando as instalações hidráulicas denominadas de instalações de recalque representadas pelas fotos a seguir:

 

Define-se instalação de recalque toda a instalação hidráulica que transporta o fluido de uma cota inferior para uma cota superior e onde o escoamento é
viabilizado pela presença de uma bomba hidráulica, que é um dispositivo projetado para fornecer energia ao fluido, que ao ser considerada por unidade do fluido é denominada de carga manométrica da bomba (HB).

Uma instalação de recalque é dividida em:

  • tubulação de sucção = tubulação antes da bomba;

  • tubulação de recalque = tubulação após a bomba.

A partir deste ponto, pelo fato do projeto ser considerado a essência da engenharia estabelece-se um estudo que possibilitará a compreensão do
desenvolvimento do projeto de uma instalação hidráulica básica, ou seja, daquela que apresenta somente uma entrada e uma saída.

Neste tipo de projeto, geralmente deseja-se:

  • dimensionar as tubulações;

  • especificar a bomba com seu ponto de trabalho;

  • especificar a reserva contra a cavitação;

  • especificar o consumo de potência.

Para se pensar em iniciar o projeto, deve-se ter os conceitos de vazão, já que esta representa uns dos dados iniciais de projeto.


A argumentação anterior, leva a iniciar os estudos propostos pelos conceitos de vazão em volume (ou simplesmente vazão), vazão em massa e vazão em peso.

Portanto:

Algumas unidades para Q; Qm e QG - para que possamos evocar as suas principais unidades, introduzimos inicialmente as suas equações dimensionais:

Conhecendo-se as equações dimensionais, podemos estabelecer as suas principais unidades, por exemplo:

Importante: para efeito de dimensionamento das tubulações é fundamental que se recorra a outra expressão para especificação da vazão: Q = v x A onde:

  • v = velocidade média do escoamento;

  • A = área da seção formada pelo fluido que em se tratando de condutos forçados é igual a área da seção transversal do conduto.

É fundamental também que se saiba efetuar a medição de vazão:

Os aparelhos anteriores serão estudados em escoamentos incompressíveis em regime permanente, ou seja, aqueles que apresentam variações de massa e peso específico desprezíveis ao longo do escoamento e onde ao se fixar uma das suas seções de escoamento se tem as propriedades fluidas invariáveis com o tempo.

Para os estudos anteriores, tanto do projeto da instalação hidráulica básica, como dos aparelhos medidoresde vazão deve-se evocar as equações:

  • equação da continuidade – que é a equação que garante que não ocorra nem acúmulo, nem falta de massa entre duas seções do escoamento.

Como pela condição de escoamento em incompressível se tem que a massa específica permanece constante (r1 = r2 = cte ) reescreve-se a equação da continuidade para esta nova situação:

É importante notar que em todas as expressões anteriores trabalha-se com a velocidade média do escoamento e que em uma seção do escoamento tem-se a velocidade variando do eixo da tubulação (vmáx) até junto as suas paredes onde a velocidade é nula, isto implica que a velocidade média deve ser calculada pela expressão:

A expressão anterior é originada do cálculo da vazão em um ponto fluido, posteriormente se soma as vazões de todos os ponto pela integral e se iguala com a expressão Q  = A × v o que resulta:

Para que se possa praticar os conceitos anteriore basta entrar na página: http://www.escoladavida.eng.br/mecflubasica/gabaritos.htm e navegar pelas segundas provas e provas substitutivas, ou então entrar na página: http://www.escoladavida.eng.br/mecfluidos.htm e navegar pela Unidade 3 - Conceitos básicos para o estudo dos escoamentos incompressíveis em regime permanente.

  • equação da energia – que representa um balanço de carga (energia por unidade de peso do fluido) entre duas seções do escoamento:

                     

Desejando-se estudar outros exemplos, acessa-se a página: http://www.escoladavida.eng.br/mecflubasica/gabaritos.htm e é só navegar pelas segundas provas e provas substitutivas, ou então entrar na página: http://www.escoladavida.eng.br/mecfluidos.htm e aí navegar pela Unidade 5 - Equação da energia para um escoamento unidirecional, incompressível e em regime permanente.

Deve-se observar que o exemplo anterior representa o único trecho de uma instalação hidráulica (entre a entrada e saída de uma máquina hidráulica) onde
não se considera a perda de carga na equação da energia, isto porque a mesma já é considerada no rendimento da máquina, o qual é sempre menor que 100%.

Como nos demais trechos deve-se considerar a perda de carga, inicia-se o seu estudo classificando os escoamentos em função do deslocamento transversal de massa, onde se tem:

  • escoamento laminar – que é aquele que apresenta um deslocamento transversal de massa desprezível, o que representa que existe a predominância das forças viscosas;

  • escoamento turbulento – que é aquele que tem um deslocamento transversal de massa predominante, o que representa a predominância das forças de
    inércia.

  • escoamento de transição – que é a passagem do laminar para o turbulento, ou vice-versa.

Um dos precursores deste estudo foi Osborne Reynolds (1842 -1912) que em 1883 realizou as experiências que resultaram, tanto no número de Reynolds
como a classificação do escoamento incompressível em função do número de Reynolds.

O número de Reynolds pode ser assim representado:


Pelo valor do estudo da perda de carga no desenvolvimento de projetos de instalações hidráulicas e pela influência do tipo de escoamento na sua
determinação, inicia-se o próximo encontro simulando-se a experiência de Reynolds.

 

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