Qual diâmetro do tubo é necessário dependendo do fluxo e da pressão. Cálculo hidráulico independente do gasoduto

Método de cálculo da tabela Shevelev hidráulica teórica SNiP 2.04.02-84

Dados iniciais

Material do tubo: Aço novo sem revestimento protetor interno ou com revestimento protetor betuminoso Ferro fundido novo sem revestimento protetor interno ou com revestimento protetor betuminoso Aços e ferros fundidos não novos sem revestimento protetor interno ou com revestimento protetor betuminoso Cimento-amianto Concreto armado vibrohidroprensado Concreto armado centrifugado Aço e ferro fundido com interior. revestimento plástico ou cimento-polímero aplicado por centrifugação Aço e ferro fundido, com revestimento interno de cimento-areia aplicado por pulverização Aço e ferro fundido, com revestimento interno de cimento-areia aplicado por centrifugação De materiais poliméricos(plástico) Vidro

Fluxo estimado

L/s m3/hora

Diâmetro externo milímetros

espessura da parede milímetros

Comprimento do tubo eu

Temperatura média da água °C

Eq. rugosidade interna superfícies do tubo: Fortemente enferrujado ou com grandes depósitos Aço ou ferro fundido velho e enferrujado Aço galvanizado. após vários anos Aço após vários anos Ferro fundido novo Aço galvanizado novo Aço soldado novo Aço sem costura novo Extraído de latão, chumbo, cobre Vidro

Soma das resistências locais

Cálculo

Dependência da perda de pressão no diâmetro do tubo

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Ao calcular um sistema de abastecimento de água ou aquecimento, você se depara com a tarefa de selecionar o diâmetro da tubulação. Para resolver este problema, você precisa fazer um cálculo hidráulico do seu sistema, e para mais ainda solução simples- você pode usar cálculo hidráulico on-line, que é o que faremos agora.
Procedimento de operação:
1. Selecione o método de cálculo apropriado (cálculo de acordo com tabelas de Shevelev, hidráulica teórica ou de acordo com SNiP 2.04.02-84)
2. Selecione o material do tubo
3. Defina o fluxo estimado de água na tubulação
4. Definir diâmetro externo e espessura da parede do gasoduto
5. Defina o comprimento do tubo
6. Definir temperatura médiaágua
O resultado do cálculo será o gráfico e os valores do cálculo hidráulico abaixo.
O gráfico é composto por dois valores (1 – perda de pressão da água, 2 – velocidade da água). Valores ideais os diâmetros dos tubos serão escritos em verde abaixo do gráfico.

Aqueles. você deve definir o diâmetro de forma que o ponto no gráfico fique estritamente acima dos valores verdes para o diâmetro da tubulação, pois somente com esses valores a velocidade da água e a perda de pressão serão ideais.

A perda de pressão na tubulação mostra a perda de pressão em uma determinada seção da tubulação. Quanto maiores as perdas, mais trabalho terá de ser feito para levar a água ao local certo.
A característica de resistência hidráulica mostra a eficiência com que o diâmetro do tubo é selecionado dependendo da perda de pressão.
Para referência:
- se você precisar descobrir a velocidade do líquido/ar/gás em uma tubulação de várias seções, use

Cálculo de perdas de pressão de água em uma tubulaçãoÉ muito simples de realizar, então consideraremos detalhadamente as opções de cálculo.

Para cálculos de tubulações hidráulicas, você pode usar a calculadora de cálculo de tubulações hidráulicas.

Você tem a sorte de ter um poço perfurado bem perto de sua casa? Incrível! Agora você pode sustentar você e sua casa ou chalé água limpa, que não dependerá do abastecimento central de água. E isto significa que não há cortes sazonais de água nem correr com baldes e bacias. Você só precisa instalar a bomba e pronto! Neste artigo vamos ajudá-lo calcular a perda de pressão da água na tubulação, e com esses dados você pode comprar uma bomba com segurança e finalmente aproveitar a água do poço.

De aulas escolares os físicos entendem que a água que flui através dos canos experimenta resistência em qualquer caso. A magnitude desta resistência depende da velocidade do fluxo, do diâmetro do tubo e da lisura de sua superfície interna. Quanto menor a vazão e menor a resistência diâmetro maior e suavidade do tubo. Suavidade do tubo depende do material de que é feito. Tubos de polímero são mais lisos do que canos de aço, e também não enferrujam e, mais importante, são mais baratos que outros materiais, sem comprometer a qualidade. A água experimentará resistência ao mover-se mesmo através de um tubo completamente horizontal. No entanto, quanto mais longo for o tubo, menos significativa será a perda de pressão. Bem, vamos começar a calcular.

Perda de pressão em seções retas de tubo.

Para calcular as perdas de pressão da água em seções retas de tubos, use a tabela pronta apresentada a seguir. Os valores desta tabela são para tubos feitos de polipropileno, polietileno e outras palavras iniciadas por “poli” (polímeros). Se você for instalar tubos de aço, será necessário multiplicar os valores fornecidos na tabela por um fator de 1,5.

Os dados são fornecidos por 100 metros de tubulação, as perdas são indicadas em metros de coluna d'água.

Diâmetro interno do tubo, mm

Como usar a mesa: Por exemplo, em um abastecimento de água horizontal com diâmetro de tubo de 50 mm e vazão de 7 m 3 / h, as perdas serão de 2,1 metros de coluna de água para um tubo de polímero e 3,15 (2,1 * 1,5) para um tubo de aço cano. Como você pode ver, tudo é bastante simples e claro.

Perdas de pressão devido a resistências locais.

Infelizmente, os canos são absolutamente retos apenas nos contos de fadas. Na vida real, sempre existem várias curvas, amortecedores e válvulas que não podem ser ignoradas no cálculo das perdas de pressão da água em uma tubulação. A tabela mostra os valores de perda de pressão nas resistências locais mais comuns: cotovelo de 90 graus, cotovelo arredondado e válvula.

As perdas são indicadas em centímetros de água por unidade de resistência local.

Para determinar v - quociente de vazãoé necessário dividir Q - vazão de água (em m 3 / s) por S - área da seção transversal (em m 2).

Aqueles. com diâmetro de tubo de 50 mm (π * R 2 = 3,14 * (50/2) 2 = 1962,5 mm 2 ; S = 1962,5/1.000.000 = 0,0019625 m 2) e vazão de água de 7 m 3 /h (Q=7 /3600=0,00194 m 3 /s) vazão

Como pode ser visto nos dados acima, perda de pressão em resistências locais bastante insignificante. As principais perdas ainda ocorrem em seções horizontais tubos, portanto, para reduzi-los, você deve considerar cuidadosamente a escolha do material do tubo e seu diâmetro. Lembramos que para minimizar perdas, deve-se escolher tubos feitos de polímeros com diâmetro máximo e lisura da superfície interna do próprio tubo.

Cálculo e seleção de pipelines. Diâmetro ideal da tubulação

As tubulações para o transporte de diversos líquidos são parte integrante das unidades e instalações nas quais são realizados processos de trabalho relacionados aos diversos campos de aplicação. Ao selecionar tubos e configuração de tubulação grande importância tem o custo dos próprios tubos e dos acessórios da tubulação. O custo final do bombeamento de um meio através de uma tubulação é determinado em grande parte pelas dimensões dos tubos (diâmetro e comprimento). O cálculo destas quantidades é realizado através de fórmulas especialmente desenvolvidas e específicas para certos tipos Operação.

Um tubo é um cilindro oco feito de metal, madeira ou outro material usado para transportar meios líquidos, gasosos e granulares. O meio transportado pode ser água, gás natural, vapor, derivados de petróleo, etc. Os tubos são usados em todos os lugares, desde diversas indústrias até uso doméstico.

Para a fabricação de tubos mais materiais diferentes, como aço, ferro fundido, cobre, cimento, plástico como plástico ABS, PVC, cloreto de polivinila clorado, polibuteno, polietileno, etc.

Os principais indicadores dimensionais de um tubo são o diâmetro (externo, interno, etc.) e a espessura da parede, que são medidos em milímetros ou polegadas. Também é usado um valor como diâmetro nominal ou furo nominal - o valor nominal do diâmetro interno do tubo, também medido em milímetros (denotado DN) ou polegadas (denotado DN). Os valores dos diâmetros nominais são padronizados e são o principal critério na seleção de tubos e conexões.

Correspondência dos valores dos diâmetros nominais em mm e polegadas:

Um tubo com seção transversal circular é preferido a outras seções geométricas por uma série de razões:

Um círculo tem uma proporção mínima entre perímetro e área e, quando aplicado a um tubo, isso significa que com igual largura de banda consumo de material de tubo Forma redonda será mínimo em comparação com tubos de outros formatos. Isto também implica os custos mínimos possíveis de isolamento e cobertura protetora;
Uma seção transversal circular é mais vantajosa para mover um meio líquido ou gasoso do ponto de vista hidrodinâmico. Além disso, devido à área interna mínima possível do tubo por unidade de seu comprimento, o atrito entre o meio móvel e o tubo é minimizado.
O formato redondo é mais resistente às pressões internas e externas;
O processo de fabricação de tubos redondos é bastante simples e fácil de implementar.

Os tubos podem variar muito em diâmetro e configuração dependendo de sua finalidade e aplicação. Assim, os dutos principais para movimentação de água ou derivados de petróleo podem atingir quase meio metro de diâmetro com uma configuração bastante simples, e as serpentinas de aquecimento, que também são tubos, têm um diâmetro pequeno forma complexa com muitas voltas.

É impossível imaginar qualquer indústria sem uma rede de gasodutos. O cálculo de qualquer rede desse tipo inclui a seleção do material do tubo, a elaboração de uma especificação que lista dados sobre espessura, tamanho dos tubos, rota, etc. Matérias-primas, produtos intermediários e/ou produto final passam pelas etapas de produção, transitando entre diversos dispositivos e instalações, que são conectados por meio de tubulações e conexões. O correto cálculo, seleção e instalação do sistema de dutos é necessário para a execução confiável de todo o processo, garantindo o bombeamento seguro do meio, bem como para vedar o sistema e evitar vazamentos da substância bombeada para a atmosfera.

Não existe uma fórmula ou regra única que possa ser usada para selecionar tubulações para todas as aplicações possíveis e ambiente de trabalho. Em cada aplicação individual de oleodutos há uma série de fatores que requerem consideração e podem ter um impacto significativo nos requisitos impostos ao oleoduto. Por exemplo, ao lidar com lama, um grande gasoduto não só aumentará o custo de instalação, mas também criará dificuldades operacionais.

Normalmente, os tubos são selecionados após a otimização dos custos de material e operação. Quanto maior o diâmetro da tubulação, ou seja, quanto maior o investimento inicial, menor será a queda de pressão e, consequentemente, menores serão os custos operacionais. Por outro lado, o pequeno tamanho do gasoduto reduzirá os custos primários dos próprios tubos e acessórios para tubos, mas um aumento na velocidade implicará um aumento nas perdas, o que levará à necessidade de gastar energia adicional no bombeamento do meio. Os limites de velocidade fixados para diversas aplicações são baseados em condições ideais de projeto. O tamanho dos dutos é calculado usando esses padrões, levando em consideração as áreas de aplicação.

Projeto de pipeline

Ao projetar tubulações, os seguintes parâmetros básicos de projeto são tomados como base:

desempenho exigido;
pontos de entrada e saída do gasoduto;
composição do meio, incluindo viscosidade e Gravidade Específica;
condições topográficas do traçado do gasoduto;
máximo permitido pressão de operação;
cálculo hidráulico;
diâmetro da tubulação, espessura da parede, resistência ao escoamento do material da parede;
quantidade estações de bombeamento, distância entre eles e consumo de energia.

Confiabilidade do pipeline

A confiabilidade no projeto de dutos é garantida pela adesão aos padrões de projeto adequados. Além disso, o treinamento do pessoal é um fator chave para garantir uma longa vida útil da tubulação e sua estanqueidade e confiabilidade. O monitoramento contínuo ou periódico da operação do duto pode ser realizado por sistemas de monitoramento, contabilidade, controle, regulação e automação, dispositivos pessoais de monitoramento de produção e dispositivos de segurança.

Revestimento adicional de dutos

Um revestimento resistente à corrosão é aplicado na parte externa da maioria dos tubos para evitar os efeitos prejudiciais da corrosão do ambiente externo. No caso de bombeamento de meios corrosivos, uma camada protetora também pode ser aplicada superfície interior tubos Antes de serem colocados em serviço, todos os novos tubos destinados ao transporte de líquidos perigosos são verificados quanto a defeitos e vazamentos.

Princípios básicos para calcular o fluxo em um pipeline

A natureza do fluxo do meio na tubulação e ao contornar obstáculos pode variar muito de líquido para líquido. Um de indicadores importantesé a viscosidade do meio, caracterizada por um parâmetro como o coeficiente de viscosidade. O engenheiro-físico irlandês Osborne Reynolds conduziu uma série de experimentos em 1880, com base nos resultados dos quais foi capaz de derivar uma quantidade adimensional que caracteriza a natureza do fluxo de um fluido viscoso, chamada critério de Reynolds e denotada Re.

v - velocidade do fluxo;

L é o comprimento característico do elemento de fluxo;

μ – coeficiente de viscosidade dinâmica.

Ou seja, o critério de Reynolds caracteriza a razão entre as forças inerciais e as forças de atrito viscoso em um fluxo de fluido. Uma mudança no valor deste critério reflete uma mudança na proporção desses tipos de forças, o que, por sua vez, afeta a natureza do fluxo do fluido. A este respeito, é habitual distinguir três modos de fluxo dependendo do valor do critério de Reynolds. Em Ré<2300 наблюдается так называемый ламинарный поток, при котором жидкость движется тонкими слоями, почти не смешивающимися друг с другом, при этом наблюдается постепенное увеличение скорости потока по направлению от стенок трубы к ее центру. Дальнейшее увеличение числа Рейнольдса приводит к дестабилизации такой структуры потока, и значениям 23004000, já é observado um regime estável, caracterizado por uma mudança aleatória na velocidade e direção do fluxo em cada ponto individual, o que no total equaliza as vazões em todo o volume. Este regime é denominado turbulento. O número de Reynolds depende da pressão definida pela bomba, da viscosidade do meio na temperatura operacional, bem como do tamanho e formato da seção transversal do tubo através do qual o fluxo passa.

O critério de Reynolds é um critério de similaridade para o fluxo de um fluido viscoso. Ou seja, com sua ajuda é possível simular um processo real em tamanho reduzido, conveniente para estudo. Isto é extremamente importante, uma vez que muitas vezes é extremamente difícil, e às vezes até impossível, estudar a natureza dos fluxos de fluidos em dispositivos reais devido ao seu grande tamanho.

Cálculo de pipeline. Cálculo do diâmetro do gasoduto

Se a tubulação não for isolada termicamente, ou seja, a troca de calor entre o líquido movimentado e o ambiente for possível, então a natureza do fluxo nela pode mudar mesmo em velocidade constante (fluxo). Isto é possível se o meio bombeado na entrada tiver uma temperatura suficientemente alta e fluir em modo turbulento. Ao longo do comprimento do tubo, a temperatura do meio transportado cairá devido às perdas de calor para o ambiente, o que pode levar a uma mudança no regime de fluxo para laminar ou transicional. A temperatura na qual ocorre uma mudança de regime é chamada de temperatura crítica. O valor da viscosidade do líquido depende diretamente da temperatura, portanto, para tais casos, é utilizado um parâmetro como a viscosidade crítica, correspondente ao ponto de mudança do regime de fluxo no valor crítico do critério de Reynolds:

ν cr – viscosidade cinemática crítica;

Re cr – valor crítico do critério de Reynolds;

D – diâmetro do tubo;

v – velocidade do fluxo;

Outro fator importante é o atrito que ocorre entre as paredes do tubo e o fluxo em movimento. Neste caso, o coeficiente de atrito depende em grande parte da rugosidade das paredes do tubo. A relação entre o coeficiente de atrito, o critério de Reynolds e a rugosidade é estabelecida pelo diagrama de Moody, que permite determinar um dos parâmetros conhecendo os outros dois.

A fórmula de Colebrook-White também é usada para calcular o coeficiente de atrito do fluxo turbulento. Com base nesta fórmula, é possível construir gráficos a partir dos quais é determinado o coeficiente de atrito.

k – coeficiente de rugosidade do tubo;

Existem também outras fórmulas para cálculo aproximado das perdas por atrito durante o fluxo pressurizado de líquido em tubos. Uma das equações mais comumente utilizadas neste caso é a equação de Darcy-Weisbach. É baseado em dados empíricos e é usado principalmente na modelagem de sistemas. As perdas por atrito são função da velocidade do fluido e da resistência do tubo ao movimento do fluido, expressa através do valor da rugosidade da parede da tubulação.

L – comprimento da seção do tubo;

d – diâmetro do tubo;

v – velocidade do fluxo;

A perda de pressão devido ao atrito na água é calculada usando a fórmula de Hazen-Williams.

L – comprimento da seção do tubo;

C – coeficiente de rugosidade de Heisen-Williams;

D – diâmetro do tubo.

A pressão operacional de uma tubulação é o excesso de pressão mais alto que garante o modo operacional especificado da tubulação. A decisão sobre o tamanho da tubulação e o número de estações de bombeamento geralmente é tomada com base na pressão operacional da tubulação, na capacidade da bomba e nos custos. A pressão máxima e mínima da tubulação, bem como as propriedades do meio de trabalho, determinam a distância entre as estações de bombeamento e a potência necessária.

A pressão nominal PN é um valor nominal correspondente à pressão máxima do meio de trabalho a 20 °C, no qual é possível a operação a longo prazo de uma tubulação com as dimensões especificadas.

À medida que a temperatura aumenta, a capacidade de carga do tubo diminui, assim como o excesso de pressão permitido. O valor pe,zul mostra a pressão máxima (gp) no sistema de tubulação à medida que a temperatura operacional aumenta.

Gráfico de excesso de pressão permitido:

Cálculo da queda de pressão em uma tubulação

A queda de pressão na tubulação é calculada pela fórmula:

Δp – queda de pressão na seção do tubo;

L – comprimento da seção do tubo;

d – diâmetro do tubo;

ρ – densidade do meio bombeado;

v – velocidade do fluxo.

Meio de trabalho transportado

Na maioria das vezes, os tubos são usados para transportar água, mas também podem ser usados para mover lamas, suspensões, vapor, etc. Na indústria petrolífera, os oleodutos são utilizados para transportar uma ampla gama de hidrocarbonetos e suas misturas, que diferem muito em propriedades químicas e físicas. O petróleo bruto pode ser transportado por distâncias maiores, desde campos onshore ou plataformas petrolíferas offshore até terminais, pontos intermediários e refinarias.

Pipelines também transmitem:

produtos petrolíferos, como gasolina, combustível de aviação, querosene, óleo diesel, óleo combustível, etc.;
matérias-primas petroquímicas: benzeno, estireno, propileno, etc.;
hidrocarbonetos aromáticos: xileno, tolueno, cumeno, etc.;
combustíveis de petróleo liquefeitos, tais como gás natural liquefeito, gás de petróleo liquefeito, propano (gases à temperatura e pressão padrão, mas liquefeitos utilizando pressão);
dióxido de carbono, amônia líquida (transportada como líquido sob pressão);
o betume e os combustíveis viscosos são demasiado viscosos para serem transportados por oleoduto, pelo que são utilizadas fracções destiladas de petróleo para diluir estas matérias-primas e obter uma mistura que possa ser transportada por oleoduto;
hidrogênio (distâncias curtas).

Qualidade do meio transportado

As propriedades físicas e os parâmetros do meio transportado determinam em grande parte o projeto e os parâmetros operacionais da tubulação. Gravidade específica, compressibilidade, temperatura, viscosidade, ponto de fluidez e pressão de vapor são os principais parâmetros do ambiente de trabalho que devem ser levados em consideração.

A gravidade específica de um líquido é o seu peso por unidade de volume. Muitos gases são transportados através de gasodutos sob pressão elevada e, quando uma certa pressão é atingida, alguns gases podem até ser liquefeitos. Portanto, o grau de compressão do meio é um parâmetro crítico para projetar tubulações e determinar o rendimento.

A temperatura tem um efeito indireto e direto no desempenho da tubulação. Isso se expressa no fato de o líquido aumentar de volume após o aumento da temperatura, desde que a pressão permaneça constante. Temperaturas mais baixas também podem ter impacto no desempenho e na eficiência geral do sistema. Normalmente, quando a temperatura de um fluido diminui, isso é acompanhado por um aumento na sua viscosidade, o que cria resistência de atrito adicional na parede interna do tubo, exigindo mais energia para bombear a mesma quantidade de fluido. Meios muito viscosos são sensíveis a mudanças nas temperaturas operacionais. A viscosidade é a resistência de um meio ao fluxo e é medida em centistokes cSt. A viscosidade determina não apenas a escolha da bomba, mas também a distância entre as estações de bombeamento.

Assim que a temperatura do fluido cai abaixo do ponto de fluidez, a operação da tubulação torna-se impossível e várias opções são tomadas para restaurar sua operação:

aquecer o meio ou tubos isolantes para manter a temperatura operacional do meio acima do seu ponto de fluido;
mudança na composição química do meio antes de entrar na tubulação;
diluição do meio transportado com água.

Tipos de tubos principais

Os tubos principais são soldados ou sem costura. Os tubos de aço sem costura são produzidos sem soldas longitudinais em seções de aço que são tratadas termicamente para atingir o tamanho e as propriedades desejadas. O tubo soldado é produzido usando diversos processos de fabricação. Os dois tipos diferem entre si no número de costuras longitudinais no tubo e no tipo de equipamento de soldagem utilizado. O tubo de aço soldado é o tipo mais comumente usado em aplicações petroquímicas.

Cada comprimento de tubo é soldado em seções para formar uma tubulação. Também nas tubulações principais, dependendo da área de aplicação, são utilizados tubos de fibra de vidro, plásticos diversos, cimento-amianto, etc.

Para conectar seções retas de tubos, bem como para fazer a transição entre seções de tubulações de diferentes diâmetros, são utilizados elementos de conexão especialmente fabricados (cotovelos, curvas, válvulas).

Conexões especiais são usadas para instalar peças individuais de tubulações e conexões.

Soldado - conexão permanente, utilizado para todas as pressões e temperaturas;

Flange – conexão destacável utilizada para altas pressões e temperaturas;

Rosca – conexão destacável utilizada para pressões e temperaturas médias;

O acoplamento é uma conexão destacável usada para baixas pressões e temperaturas.

A variação da ovalidade e da espessura dos tubos sem costura não deve ser superior ao desvio permitido do diâmetro e da espessura da parede.

Expansão de temperatura do gasoduto

Quando uma tubulação está sob pressão, toda a sua superfície interna fica exposta a uma carga uniformemente distribuída, o que causa forças internas longitudinais na tubulação e cargas adicionais nos suportes finais. As flutuações de temperatura também afetam a tubulação, causando alterações nas dimensões da tubulação. As forças em uma tubulação fixa durante flutuações de temperatura podem exceder o valor permitido e levar a tensões excessivas, o que é perigoso para a resistência da tubulação, tanto no material da tubulação quanto nas conexões do flange. As flutuações na temperatura do meio bombeado também criam tensões térmicas na tubulação, que podem ser transmitidas às conexões, à estação de bombeamento, etc. Isso pode levar à despressurização das juntas da tubulação, falha das conexões ou de outros elementos.

Cálculo das dimensões do gasoduto com mudanças de temperatura

O cálculo das mudanças nas dimensões lineares da tubulação com mudanças de temperatura é realizado usando a fórmula:

a – coeficiente de dilatação térmica, mm/(m°C) (ver tabela abaixo);

L – comprimento da tubulação (distância entre suportes fixos), m;

Δt – diferença entre máx. e mínimo. temperatura do meio bombeado, °C.

Tabela de expansão linear de tubos feitos de diversos materiais

Os números indicados representam valores médios para os materiais listados e para o cálculo de uma tubulação feita de outros materiais, os dados desta tabela não devem ser tomados como base. No cálculo da tubulação, recomenda-se utilizar o coeficiente de alongamento linear indicado pelo fabricante da tubulação na especificação técnica ou ficha técnica anexa.

O alongamento térmico das tubulações é eliminado tanto pelo uso de seções especiais de compensação da tubulação, quanto pela ajuda de compensadores, que podem consistir em peças elásticas ou móveis.

As seções de compensação consistem em partes retas elásticas da tubulação, localizadas perpendicularmente entre si e fixadas por curvas. Durante o alongamento térmico, o aumento de uma parte é compensado pela deformação por flexão da outra parte no plano ou pela deformação por flexão e torção no espaço. Se a própria tubulação compensar a expansão térmica, isso será chamado de autocompensação.

A compensação também ocorre graças às curvas elásticas. Parte do alongamento é compensada pela elasticidade das dobras, a outra parte é eliminada devido às propriedades elásticas do material da área localizada atrás da dobra. Os compensadores são instalados onde não é possível utilizar trechos de compensação ou quando a autocompensação da tubulação é insuficiente.

De acordo com seu design e princípio de funcionamento, os compensadores são de quatro tipos: em forma de U, lente, ondulado, caixa de empanque. Na prática, são frequentemente utilizadas juntas de dilatação planas em forma de L, Z ou U. No caso de compensadores espaciais, eles geralmente representam 2 seções planas perpendiculares entre si e possuem um ressalto comum. As juntas de dilatação elásticas são feitas de tubos ou discos elásticos ou foles.

Determinando o tamanho ideal do diâmetro da tubulação

Diâmetro ideal gasoduto pode ser encontrado com base em cálculos técnicos e económicos. As dimensões do gasoduto, incluindo o tamanho e a funcionalidade dos vários componentes, bem como as condições sob as quais o gasoduto deve ser operado, determinam a capacidade de transporte do sistema. Tamanhos de tubos maiores são adequados para fluxos de massa maiores, desde que outros componentes do sistema sejam adequadamente selecionados e dimensionados para essas condições. Normalmente, quanto maior a seção da tubulação principal entre as estações de bombeamento, maior será a queda de pressão na tubulação necessária. Além disso, alterações nas características físicas do meio bombeado (viscosidade, etc.) também podem ter um grande impacto na pressão da linha.

O tamanho ideal é o menor tamanho de tubo adequado para uma aplicação específica que seja econômico ao longo da vida útil do sistema.

Fórmula para calcular o desempenho do tubo:

Q – vazão do líquido bombeado;

d – diâmetro da tubulação;

v – velocidade do fluxo.

Na prática, para calcular o diâmetro ideal da tubulação, são utilizados os valores das velocidades ótimas do meio bombeado, retirados de materiais de referência compilados com base em dados experimentais:

A partir daqui obtemos a fórmula para calcular o diâmetro ideal do tubo:

Q – vazão especificada do líquido bombeado;

d – diâmetro ideal da tubulação;

v – vazão ideal.

Em altas vazões, normalmente são utilizados tubos de menor diâmetro, o que significa redução de custos para aquisição da tubulação, sua manutenção e trabalhos de instalação (denotados por K 1). À medida que a velocidade aumenta, a perda de pressão devido ao atrito e à resistência local aumenta, o que leva a um aumento no custo de bombeamento do líquido (denotado por K 2).

Para tubulações de grande diâmetro, os custos K 1 serão maiores e os custos operacionais K 2 serão menores. Se somarmos os valores de K 1 e K 2, obtemos os custos mínimos totais K e o diâmetro ideal da tubulação. Os custos K 1 e K 2, neste caso, são dados no mesmo período de tempo.

Cálculo (fórmula) dos custos de capital para um pipeline

m – massa da tubulação, t;

K M – coeficiente que aumenta o custo da obra de instalação, por exemplo 1,8;

n – vida útil, anos.

Os custos operacionais indicados associados ao consumo de energia são:

n DN – número de dias úteis por ano;

S E – custos por kWh de energia, rublos/kW * h.

Fórmulas para determinar as dimensões do pipeline

Um exemplo de fórmulas gerais para determinar o tamanho dos tubos sem levar em conta possíveis fatores de impacto adicionais, como erosão, sólidos suspensos, etc.:

d – diâmetro interno do tubo;

hf – perda de pressão por atrito;

L – comprimento da tubulação, pés;

f – coeficiente de atrito;

V – velocidade do fluxo.

T – temperatura, K

P – pressão lb/in² (abs);

n – coeficiente de rugosidade;

v – velocidade do fluxo;

L – comprimento ou diâmetro do tubo.

Vg – volume específico de vapor saturado;

x – qualidade do vapor;

Taxas de fluxo ideais para vários sistemas de tubulação

O tamanho ideal do tubo é selecionado com base no custo mínimo de bombeamento do meio através da tubulação e no custo dos tubos. No entanto, os limites de velocidade também devem ser levados em consideração. Às vezes, o tamanho do pipeline deve corresponder aos requisitos do processo. Muitas vezes, o tamanho da tubulação também está relacionado à queda de pressão. Nos cálculos preliminares do projeto, onde as perdas de pressão não são levadas em consideração, o tamanho da tubulação de processo é determinado pela velocidade permitida.

Se houver mudanças na direção do fluxo na tubulação, isso leva a um aumento significativo nas pressões locais na superfície perpendicular à direção do fluxo. Esse tipo de aumento é função da velocidade, densidade e pressão inicial do fluido. Como a velocidade é inversamente proporcional ao diâmetro, os fluidos de alta velocidade requerem consideração especial ao selecionar o tamanho e a configuração da tubulação. O tamanho ideal do tubo, por exemplo para ácido sulfúrico, limita a velocidade do meio a um valor no qual a erosão das paredes nos cotovelos do tubo não é permitida, evitando assim danos à estrutura do tubo.

Fluxo de fluido gravitacional

Calcular o tamanho de uma tubulação no caso de fluxo gravitacional é bastante complicado. A natureza do movimento com esta forma de fluxo na tubulação pode ser monofásica (tubo cheio) e bifásica (enchimento parcial). O fluxo bifásico é formado quando líquido e gás estão presentes simultaneamente no tubo.

Dependendo da proporção de líquido e gás, bem como de suas velocidades, o regime de fluxo bifásico pode variar de borbulhante a disperso.

A força motriz para um líquido quando se move por gravidade é fornecida pela diferença nas alturas dos pontos inicial e final, e um pré-requisito é que o ponto inicial esteja localizado acima do ponto final. Em outras palavras, a diferença de altura determina a diferença na energia potencial do líquido nessas posições. Este parâmetro também é levado em consideração ao selecionar um pipeline. Além disso, a magnitude da força motriz é influenciada pelos valores de pressão nos pontos inicial e final. Um aumento na queda de pressão acarreta um aumento na vazão do fluido, o que, por sua vez, permite selecionar uma tubulação de menor diâmetro e vice-versa.

Se o ponto final estiver conectado a um sistema pressurizado, como uma coluna de destilação, é necessário subtrair a pressão equivalente da diferença de altura existente para estimar a pressão diferencial efetiva real gerada. Além disso, se o ponto inicial da tubulação estiver sob vácuo, então seu efeito na pressão diferencial geral também deverá ser levado em consideração ao selecionar a tubulação. A seleção final dos tubos é feita por pressão diferencial, levando em consideração todos os fatores anteriores, e não se baseia apenas na diferença de altura entre os pontos inicial e final.

Fluxo de líquido quente

As plantas de processo normalmente enfrentam vários desafios ao manusear meios quentes ou em ebulição. O principal motivo é a evaporação de parte da corrente líquida quente, ou seja, a transformação da fase do líquido em vapor dentro da tubulação ou equipamento. Um exemplo típico é o fenômeno da cavitação de uma bomba centrífuga, acompanhada pelo ponto de ebulição de um líquido com a subsequente formação de bolhas de vapor (cavitação a vapor) ou a liberação de gases dissolvidos em bolhas (cavitação a gás).

Tubulação maior é preferida devido à vazão reduzida em comparação com tubulação menor em vazão constante, resultando em um NPSH mais alto na linha de sucção da bomba. Além disso, a causa da cavitação devido à perda de pressão pode ser pontos de mudança repentina na direção do fluxo ou redução no tamanho da tubulação. A mistura vapor-gás resultante cria um obstáculo ao fluxo e pode causar danos à tubulação, o que torna o fenômeno de cavitação extremamente indesejável durante a operação da tubulação.

Pipeline de desvio para equipamentos/instrumentos

Equipamentos e dispositivos, principalmente aqueles que podem criar quedas de pressão significativas, ou seja, trocadores de calor, válvulas de controle, etc., são equipados com tubulações bypass (para permitir que o processo não seja interrompido mesmo durante trabalhos de manutenção técnica). Tais tubulações geralmente possuem 2 válvulas de corte instaladas na linha de instalação e uma válvula de controle de fluxo paralela a esta instalação.

Durante a operação normal, o fluxo de fluido, passando pelos componentes principais do aparelho, sofre uma queda de pressão adicional. Assim, a pressão de descarga criada pelo equipamento conectado, como uma bomba centrífuga, é calculada. A bomba é selecionada com base na queda de pressão total da instalação. Durante o movimento ao longo da tubulação de desvio, esta queda de pressão adicional está ausente, enquanto a bomba em operação fornece o fluxo com a mesma força, de acordo com suas características de operação. Para evitar diferenças nas características de fluxo entre o aparelho e a linha de derivação, recomenda-se a utilização de uma linha de derivação menor com uma válvula de controle para criar uma pressão equivalente à instalação principal.

Linha de amostragem

Normalmente, uma pequena quantidade de líquido é amostrada para análise para determinar sua composição. A amostragem pode ser feita em qualquer etapa do processo para determinar a composição da matéria-prima, do produto intermediário, do produto acabado ou simplesmente da substância transportada, como água residual, refrigerante, etc. O tamanho da seção da tubulação a partir da qual a amostragem ocorre normalmente depende do tipo de fluido que está sendo analisado e da localização do ponto de amostragem.

Por exemplo, para gases sob condições de alta pressão, pequenas tubulações com válvulas são suficientes para coletar o número necessário de amostras. Aumentar o diâmetro da linha de amostragem reduzirá a proporção de meios amostrados para análise, mas tal amostragem se tornará mais difícil de controlar. No entanto, uma pequena linha de amostragem não é adequada para a análise de várias suspensões nas quais partículas sólidas podem obstruir o caminho do fluxo. Assim, o tamanho da linha de amostragem para análise de suspensão depende em grande parte do tamanho das partículas sólidas e das características do meio. Conclusões semelhantes se aplicam a líquidos viscosos.

Ao selecionar o tamanho da tubulação de amostragem, geralmente são levados em consideração os seguintes itens:

características do líquido destinado à amostragem;
perda do ambiente de trabalho durante a seleção;
requisitos de segurança durante a seleção;
de facil operação;
localização do ponto de amostragem.

Circulação de refrigerante

Altas velocidades são preferidas para linhas de refrigeração circulantes. Isso se deve principalmente ao fato do refrigerante da torre de resfriamento ficar exposto à luz solar, o que cria condições para a formação de uma camada de algas. Parte deste volume contendo algas entra no refrigerante circulante. Em vazões baixas, algas começam a crescer na tubulação e, depois de um tempo, dificultam a circulação do líquido refrigerante ou a passagem para o trocador de calor. Neste caso, recomenda-se uma alta taxa de circulação para evitar a formação de bloqueios de algas na tubulação. Normalmente, o uso de refrigerante com circulação intensa é encontrado na indústria química, que requer tubos de grandes tamanhos e comprimentos para fornecer energia a vários trocadores de calor.

Estouro do tanque

Os tanques são equipados com tubos de transbordamento pelos seguintes motivos:

evitar a perda de fluido (o excesso de fluido vai para outro reservatório em vez de sair do reservatório original);
evitando que líquidos indesejados vazem para fora do tanque;
manutenção dos níveis de líquidos nos tanques.

Em todos os casos acima, os tubos de transbordamento são projetados para acomodar o fluxo máximo permitido de fluido que entra no tanque, independentemente da taxa de fluxo de saída do fluido. Outros princípios de seleção de tubulações são semelhantes à seleção de tubulações para líquidos por gravidade, ou seja, de acordo com a disponibilidade de altura vertical disponível entre os pontos inicial e final da tubulação de transbordamento.

O ponto mais alto do tubo de transbordamento, que também é seu ponto inicial, está localizado no ponto de conexão com o tanque (tubo de transbordamento do tanque), geralmente quase no topo, e o ponto final mais baixo pode estar próximo à calha de drenagem quase em o chão. No entanto, a linha de transbordamento pode terminar em uma altitude mais elevada. Neste caso, a pressão diferencial disponível será menor.

Fluxo de lama

No caso da mineração, o minério geralmente é extraído de áreas inacessíveis. Nesses locais, via de regra, não existem ligações ferroviárias ou rodoviárias. Para tais situações, o transporte hidráulico de meios com partículas sólidas é considerado o mais adequado, inclusive no caso de plantas de processamento de mineração localizadas a uma distância suficiente. Dutos de lama são usados em diversas aplicações industriais para transportar sólidos triturados junto com líquidos. Esses dutos provaram ser os mais econômicos em comparação com outros métodos de transporte de meios sólidos em grandes volumes. Além disso, suas vantagens incluem segurança suficiente devido à ausência de diversos meios de transporte e respeito ao meio ambiente.

Suspensões e misturas de sólidos suspensos em líquidos são armazenadas em estado de agitação periódica para manter a homogeneidade. Caso contrário, ocorre um processo de separação no qual as partículas suspensas, dependendo de suas propriedades físicas, flutuam na superfície do líquido ou depositam-se no fundo. A mistura é conseguida através de equipamentos como um tanque com agitador, enquanto nas tubulações isso é conseguido mantendo condições de fluxo turbulento.

A redução da vazão durante o transporte de partículas suspensas em um líquido não é desejável, pois o processo de separação de fases pode começar no fluxo. Isto pode levar ao entupimento da tubulação e alterações na concentração dos sólidos transportados no fluxo. A mistura intensiva no volume de fluxo é facilitada pelo regime de fluxo turbulento.

Por outro lado, a redução excessiva no tamanho do gasoduto também leva frequentemente ao bloqueio. Portanto, a escolha do tamanho do gasoduto é uma etapa importante e responsável que requer análises e cálculos preliminares. Cada caso deve ser considerado individualmente, pois diferentes lamas se comportam de maneira diferente em diferentes velocidades do fluido.

Reparo de tubulação

Durante a operação do duto, podem ocorrer vários tipos de vazamentos no mesmo, exigindo eliminação imediata para manter a operabilidade do sistema. O reparo da tubulação principal pode ser realizado de várias maneiras. Isso pode variar desde a substituição de um segmento inteiro de tubo ou de uma pequena seção que está vazando, ou a aplicação de um remendo em um tubo existente. Mas antes de escolher qualquer método de reparo, é necessário realizar um estudo aprofundado da causa do vazamento. Em alguns casos, pode ser necessário não apenas reparar, mas também alterar a rota do tubo para evitar danos repetidos.

A primeira etapa do trabalho de reparo é determinar a localização da seção do tubo que requer intervenção. A seguir, dependendo do tipo de tubulação, é determinada uma lista de equipamentos e medidas necessárias para eliminar o vazamento, e também são coletados os documentos e licenças necessários se o trecho da tubulação a ser reparado estiver localizado no território de outro proprietário . Como a maioria dos tubos está localizada no subsolo, pode ser necessário remover parte do tubo. Em seguida, o revestimento da tubulação é verificado quanto ao estado geral, após o que parte do revestimento é removida para realizar trabalhos de reparo diretamente na tubulação. Após o reparo, várias medidas de inspeção podem ser realizadas: testes ultrassônicos, detecção de falhas de cor, detecção de falhas de partículas magnéticas, etc.

Embora alguns reparos exijam o desligamento completo da tubulação, muitas vezes apenas uma interrupção temporária do trabalho é suficiente para isolar a área que está sendo reparada ou preparar um desvio. No entanto, na maioria dos casos, os trabalhos de reparo são realizados quando a tubulação está completamente desconectada. O isolamento de uma seção da tubulação pode ser feito usando bujões ou válvulas de corte. Em seguida, é instalado o equipamento necessário e os reparos são realizados diretamente. Os trabalhos de reparação são realizados na área danificada, isenta do ambiente e sem pressão. Após a conclusão do reparo, os bujões são abertos e a integridade da tubulação é restaurada.

Exemplos de problemas com soluções para cálculo e seleção de dutos

Tarefa nº 1. Determinação do diâmetro mínimo da tubulação

Doença: Em uma instalação petroquímica, o paraxileno C 6 H 4 (CH 3) 2 é bombeado a T = 30 ° C com capacidade Q = 20 m 3 / hora ao longo de uma seção de tubo de aço com comprimento L = 30 m P. -xileno tem densidade ρ = 858 kg/m 3 e viscosidade μ=0,6 cP. A rugosidade absoluta ε do aço é considerada igual a 50 µm.

Dados iniciais: Q=20 m 3 /hora; L=30m; ρ=858 kg/m 3 ; µ = 0,6 cP; ε=50 µm; Δp=0,01 mPa; ΔH=1,188m.

Tarefa: Determine o diâmetro mínimo do tubo no qual a queda de pressão nesta seção não excederá Δp=0,01 mPa (ΔH=1,188 m coluna de P-xileno).

Solução: A velocidade do fluxo v e o diâmetro do tubo d são desconhecidos, portanto nem o número de Reynolds Re nem a rugosidade relativa ɛ/d podem ser calculados. É necessário tomar o valor do coeficiente de atrito λ e calcular o valor correspondente de d usando a equação de perda de energia e a equação de continuidade. O número de Reynolds Re e a rugosidade relativa ɛ/d serão então calculados a partir do valor de d. A seguir, utilizando o diagrama de Moody, um novo valor de f será obtido. Assim, utilizando o método de iterações sucessivas, será determinado o valor desejado do diâmetro d.

Usando a forma de nivelamento de continuidade v=Q/F e a fórmula da área de fluxo F=(π d²)/4, transformamos a equação de Darcy-Weisbach da seguinte forma:

Agora vamos expressar o valor do número de Reynolds em termos do diâmetro d:

Vamos realizar ações semelhantes com relativa rugosidade:

Para a primeira etapa da iteração é necessário selecionar o valor do coeficiente de atrito. Tomemos o valor médio λ = 0,03. A seguir, realizamos cálculos sequenciais de d, Re e ε/d:

d = 0,0238 5 √ (λ) = 0,0118 m

Re = 10120/d = 857627

ε/d = 0,00005/d = 0,00424

Conhecendo esses valores, realizamos a operação inversa e determinamos a partir do diagrama de Moody o valor do coeficiente de atrito λ, que será igual a 0,017. A seguir, encontraremos novamente d, Re e ε/d, mas para um novo valor de λ:

d = 0,0238 5 √ λ = 0,0105m

Re = 10120/d = 963809

ε/d = 0,00005/d = 0,00476

Utilizando novamente o diagrama de Moody, obtemos um valor refinado de λ igual a 0,0172. O valor resultante difere do selecionado anteriormente em apenas [(0,0172-0,017)/0,0172]·100 = 1,16%, portanto não há necessidade de uma nova etapa de iteração, e os valores encontrados anteriormente estão corretos. Segue-se que o diâmetro mínimo do tubo é 0,0105 m.

Tarefa nº 2. Seleção da solução econômica ideal com base nos dados iniciais

Doença: Para implementar o processo tecnológico, foram propostas duas opções de dutos de diâmetros diferentes. A primeira opção envolve o uso de tubos de maior diâmetro, o que implica grandes custos de capital C k1 = 200.000 rublos, no entanto, os custos anuais serão menores e chegarão a C e1 = 30.000 rublos. Para a segunda opção, foram selecionados tubos de menor diâmetro, o que reduz os custos de capital C k2 = 160.000 rublos, mas aumenta o custo de manutenção anual para C e2 = 36.000 rublos. Ambas as opções foram projetadas para n = 10 anos de operação.

Dados iniciais: C k1 = 200.000 rublos; C e1 = 30.000 rublos; C k2 = 160.000 rublos; C e2 = 35.000 rublos; n = 10 anos.

Tarefa: A solução mais econômica deve ser determinada.

Solução: Obviamente, a segunda opção é mais lucrativa devido aos menores custos de capital, mas no primeiro caso há uma vantagem devido aos menores custos operacionais. Vamos usar a fórmula para determinar o período de retorno para custos de capital adicionais devido à economia em manutenção:

Conclui-se que com uma vida útil de até 8 anos, a vantagem econômica ficará do lado da segunda opção devido aos menores custos de capital, porém, os custos totais totais de ambos os projetos serão iguais no 8º ano de operação, e então a primeira opção será mais lucrativa.

Como está prevista a operação do gasoduto por 10 anos, deve-se dar preferência à primeira opção.

Tarefa nº 3. Seleção e cálculo do diâmetro ideal da tubulação

Doença: São projetadas duas linhas tecnológicas, nas quais circula um líquido não viscoso com vazões Q 1 = 20 m 3 / hora e Q 2 = 30 m 3 / hora. Para simplificar a instalação e manutenção das tubulações, optou-se pela utilização de tubulações do mesmo diâmetro para ambas as linhas.

Dados iniciais: Q 1 = 20 m 3 /hora; Q 2 = 30 m 3 / hora.

Tarefa:É necessário determinar o diâmetro do tubo d adequado às condições do problema.

Solução: Como não são especificados requisitos adicionais para a tubulação, o principal critério de conformidade será a capacidade de bombear líquido nas vazões especificadas. Vamos usar os dados tabulares para velocidades ideais para um líquido não viscoso em uma tubulação pressurizada. Este intervalo será de 1,5 – 3 m/s.

Segue-se que é possível determinar as faixas de diâmetros ótimos correspondentes aos valores das velocidades ótimas para diferentes vazões e estabelecer a área de sua intersecção. Os diâmetros dos tubos nesta área obviamente atenderão aos requisitos de aplicabilidade para os casos de fluxo listados.

Vamos determinar a faixa de diâmetros ideais para o caso Q 1 = 20 m 3 /hora, usando a fórmula de vazão e expressando o diâmetro do tubo a partir dela:

Vamos substituir os valores mínimo e máximo da velocidade ideal:

Ou seja, para uma linha com vazão de 20 m 3 / hora, são adequados tubos com diâmetro de 49 a 69 mm.

Vamos determinar a faixa de diâmetros ideais para o caso Q 2 = 30 m 3 / hora:

No total, descobrimos que para o primeiro caso a faixa de diâmetros ideais é de 49-69 mm, e para o segundo – 59-84 mm. A interseção desses dois intervalos dará o conjunto de valores desejados. Descobrimos que tubos com diâmetro de 59 a 69 mm podem ser usados para duas linhas.

Tarefa nº 4. Determine o regime de fluxo de água na tubulação

Doença: Dada uma tubulação com diâmetro de 0,2 m, através da qual se move um fluxo de água a uma vazão de 90 m 3 /hora. A temperatura da água é t = 20 °C, na qual a viscosidade dinâmica é 1·10 -3 Pa·s e a densidade é 998 kg/m3.

Dados iniciais: d = 0,2m; Q = 90 m 3 /hora; µ = 1·10 -3; ρ = 998 kg/m3.

Tarefa:É necessário estabelecer o modo de fluxo de água na tubulação.

Solução: O regime de escoamento pode ser determinado pelo valor do critério de Reynolds (Re), para cujo cálculo é necessário primeiro determinar a velocidade do escoamento da água na tubulação (v). O valor de v pode ser calculado a partir da equação de fluxo para um tubo circular:

Usando o valor encontrado da velocidade do fluxo, calculamos o valor do critério de Reynolds para ele:

O valor crítico do critério de Reynolds Re cr para o caso de tubos redondos é igual a 2300. O valor obtido do critério é maior que o valor crítico (159680 > 2300), portanto, o regime de escoamento é turbulento.

Tarefa nº 5. Determinação do valor do critério de Reynolds

Doença: A água flui ao longo de uma calha inclinada de perfil retangular com largura w = 500 mm e altura h = 300 mm, não atingindo a borda superior da calha a = 50 mm. O consumo de água neste caso é Q = 200 m 3 /hora. Ao calcular, considere a densidade da água igual a ρ = 1000 kg/m 3, e a viscosidade dinâmica μ = 1·10 -3 Pa·s.

Dados iniciais: w = 500mm; h = 300 mm; eu = 5000 mm; a = 50mm; Q = 200 m 3 /hora; ρ = 1000 kg/m 3 ; μ = 1·10 -3 Pa·s.

Tarefa: Determine o valor do critério de Reynolds.

Solução: Desde em nesse caso Se o fluido se mover através de um canal retangular em vez de um tubo redondo, para cálculos subsequentes será necessário encontrar o diâmetro equivalente do canal. Em geral, é calculado pela fórmula:

Ff – área da seção transversal do fluxo do líquido;

Obviamente, a largura do fluxo de líquido coincide com a largura do canal w, enquanto a altura do fluxo de líquido será igual a h-a mm. Neste caso obtemos:

Agora é possível determinar o diâmetro equivalente do fluxo de fluido:

Utilizando os valores encontrados anteriormente, torna-se possível utilizar a fórmula para calcular o critério de Reynolds:

Tarefa nº 6. Cálculo e determinação da quantidade de perda de pressão na tubulação

Doença: A bomba fornece água através de uma tubulação circular, cuja configuração é mostrada na figura, ao consumidor final. O consumo de água é Q = 7 m 3 /hora. O diâmetro do tubo é d = 50 mm e a rugosidade absoluta é Δ = 0,2 mm. Ao calcular, considere a densidade da água igual a ρ = 1000 kg/m 3, e a viscosidade dinâmica μ = 1·10 -3 Pa·s.

Dados iniciais: Q = 7 m 3 /hora; d = 120mm; Δ = 0,2mm; ρ = 1000 kg/m 3 ; μ = 1·10 -3 Pa·s.

Solução: Primeiro, vamos encontrar a vazão na tubulação, para a qual usamos a fórmula de fluxo de fluido:

A velocidade encontrada permite determinar o valor do critério de Reynolds para um determinado fluxo:

A quantidade total de perda de pressão é a soma das perdas por atrito durante o movimento do líquido através do tubo (H t) e as perdas de pressão nas resistências locais (H ms).

As perdas por atrito podem ser calculadas usando a seguinte fórmula:

L – comprimento total da tubulação;

Vamos encontrar o valor da pressão da velocidade do fluxo:

Para determinar o valor do coeficiente de atrito, é necessário selecionar a fórmula de cálculo correta, que depende do valor do critério de Reynolds. Para fazer isso, encontramos o valor da rugosidade relativa do tubo usando a fórmula:

10/e = 10/0,004 = 2500

O valor encontrado anteriormente do critério de Reynolds está dentro da faixa 10/e< Re < 560/e, следовательно, необходимо воспользоваться следующей расчетной формулой:

λ = 0,11·(e+68/Re) 0,25 = 0,11·(0,004+68/50000) 0,25 = 0,03

Agora é possível determinar a quantidade de perda de pressão devido ao atrito:

As perdas de pressão totais nas resistências locais são a soma das perdas de pressão em cada uma das resistências locais, que neste problema são duas voltas e uma válvula normal. Eles podem ser calculados usando a fórmula:

onde ζ é o coeficiente de resistência local.

Como entre os valores tabulados dos coeficientes de pressão não existem aqueles para tubos com diâmetro de 50 mm, portanto, para determiná-los será necessário recorrer ao método de cálculo aproximado. O coeficiente de resistência (ζ) para uma válvula normal para um tubo com diâmetro de 40 mm é 4,9, e para um tubo com diâmetro de 80 mm – 4. Vamos imaginar de forma simplificada que os valores intermediários entre esses valores estão em linha reta, ou seja, sua mudança é descrita pela fórmula ζ = a d+b, onde aeb são os coeficientes da equação da linha reta. Vamos criar e resolver um sistema de equações:

A equação resultante fica assim:

No caso do coeficiente de resistência para um cotovelo de 90° de um tubo com diâmetro de 50 mm, esse cálculo aproximado não é necessário, pois um coeficiente de 1,1 corresponde a um diâmetro de 50 mm.

Vamos calcular as perdas totais nas resistências locais:

Portanto, a perda total de pressão será:

Tarefa nº 7. Determinação de mudanças na resistência hidráulica de toda a tubulação

Doença: Durante os trabalhos de reparação da tubagem principal, através da qual a água é bombeada a uma velocidade v 1 = 2 m/s, com diâmetro interno d 1 = 0,5 m, descobriu-se que um troço de tubagem com comprimento L = 25 m teve que ser substituído Devido à falta de um tubo para substituição do mesmo diâmetro no lugar da seção quebrada, foi instalado um tubo com diâmetro interno d 2 = 0,45 m. Rugosidade absoluta de um tubo com diâmetro de 0,5. m é Δ 1 = 0,45 mm, e para tubos com diâmetro de 0,45 m - Δ2 = 0,2 mm. Ao calcular, considere a densidade da água igual a ρ = 1000 kg/m 3, e a viscosidade dinâmica μ = 1·10 -3 Pa·s.

Tarefa:É necessário determinar como a resistência hidráulica de toda a tubulação mudará.

Solução: Como o restante da tubulação não foi alterado, o valor de sua resistência hidráulica também não se alterou após o reparo, portanto, para solucionar o problema bastará comparar a resistência hidráulica do trecho substituído e substituído do tubo.

Vamos calcular a resistência hidráulica do trecho do tubo que foi substituído (H 1). Como não existem fontes de resistência local, bastará encontrar o valor das perdas por atrito (H t1):

λ 1 – coeficiente de resistência hidráulica da seção substituída;

g – aceleração queda livre.

Para encontrar λ, primeiro você precisa determinar a rugosidade relativa (e 1) do tubo e o critério de Reynolds (Re 1):

Vamos selecionar a fórmula de cálculo para λ 1:

560/e 1 = 560/0,0009 = 622222

Como o valor encontrado de Re 1 > 560/e 1, então λ 1 deve ser encontrado usando a seguinte fórmula:

Agora é possível encontrar a queda de pressão na seção do tubo substituída:

Vamos calcular a resistência hidráulica do trecho do tubo que substituiu o danificado (H 2). Neste caso, o trecho, além da queda de pressão por atrito (H t2), também cria uma queda de pressão por resistência local (H m c2), que é um estreitamento acentuado da tubulação na entrada do substituído seção e uma expansão acentuada na saída dela.

Primeiro, determinamos a magnitude da queda de pressão devido ao atrito na seção do tubo de substituição. Como o diâmetro ficou menor, mas a vazão permaneceu a mesma, é necessário encontrar um novo valor para a velocidade do fluxo v 2. O valor exigido pode ser encontrado a partir da igualdade dos custos calculados para o local substituído e substituído:

Critério de Reynolds para fluxo de água na seção substituída:

Agora vamos encontrar a rugosidade relativa para uma seção de tubo com diâmetro de 450 mm e escolher a fórmula para calcular o coeficiente de atrito:

560/e 2 = 560/0,00044 = 1272727

O valor Re 2 resultante fica entre 10/e 1 e 560/e 1 (22.727< 1 111 500 < 1 272 727), поэтому для расчета λ 2 будет использоваться следующая формула:

As perdas de pressão nas resistências locais consistirão em perdas na entrada do trecho substituído (estreitamento acentuado do canal) e na saída dele (expansão acentuada do canal). Vamos encontrar a proporção entre as áreas do tubo de substituição e do tubo original:

Usando os valores da tabela, selecionamos os coeficientes de resistência locais: para um estreitamento acentuado ζ рс = 0,1; para uma expansão acentuada ζ рр = 0,04. Usando esses dados, calculamos a perda total de pressão nas resistências locais:

Segue-se que a queda de pressão total na seção substituída é igual a:

Conhecendo as perdas de pressão nas seções substituídas e substituídas de tubos, determinamos a magnitude da mudança nas perdas:

∆H = 0,317-0,194 = 0,123 m

Descobrimos que após a substituição de uma seção da tubulação, sua perda total de pressão aumentou 0,123 m.

Cálculo e seleção de pipelines

As tubulações para o transporte de diversos líquidos são parte integrante das unidades e instalações nas quais são realizados processos de trabalho relacionados aos diversos campos de aplicação. Ao escolher a configuração dos tubos e das tubulações, o custo dos próprios tubos e dos acessórios da tubulação é de grande importância. O custo final do bombeamento de um meio através de uma tubulação é determinado em grande parte pelas dimensões dos tubos (diâmetro e comprimento). O cálculo desses valores é realizado por meio de fórmulas especialmente desenvolvidas e específicas para determinados tipos de operação

Nesta seção aplicaremos a lei da conservação de energia ao movimento de líquido ou gás através de tubulações. O movimento de líquido através de tubos é frequentemente encontrado na tecnologia e na vida cotidiana. As tubulações de água fornecem água na cidade para casas e locais de consumo. Nos carros, óleo para lubrificação, combustível para motores, etc. fluem através de tubos. O movimento de líquido através de tubos é freqüentemente encontrado na natureza. Basta dizer que a circulação sanguínea de animais e humanos é o fluxo de sangue através de tubos - vasos sanguíneos. Até certo ponto, o fluxo de água nos rios também é um tipo de fluxo de líquido através de canos. O leito do rio é uma espécie de cano para água corrente.

Como se sabe, um líquido estacionário num recipiente, segundo a lei de Pascal, transmite pressão externa em todas as direções e para todos os pontos do volume sem alteração. Entretanto, quando um fluido flui sem atrito através de um tubo cuja área de seção transversal é diferente em seções diferentes, a pressão não é a mesma ao longo do tubo. Vamos descobrir por que a pressão em um fluido em movimento depende da área da seção transversal do tubo. Mas primeiro vamos dar uma olhada em um característica importante qualquer fluxo de fluido.

Suponhamos que o líquido flua através de um tubo horizontal, cuja seção transversal é diferente em locais diferentes, por exemplo, através de um tubo, parte do qual é mostrado na Figura 207.

Se desenhamos mentalmente várias seções ao longo de um tubo, cujas áreas são respectivamente iguais, e medimos a quantidade de líquido que flui através de cada uma delas durante um certo período de tempo, descobriríamos que a mesma quantidade de líquido flui através de cada uma delas. seção. Isso significa que todo o líquido que passa pela primeira seção passa pela terceira seção ao mesmo tempo, embora seja significativamente menor em área que a primeira. Se não fosse esse o caso e, por exemplo, menos líquido passasse por uma seção com área ao longo do tempo do que por uma seção com área, então o excesso de líquido teria que se acumular em algum lugar. Mas o líquido enche todo o cano e não há onde se acumular.

Como pode um líquido que fluiu através de uma seção larga conseguir “espremer” através de uma seção estreita no mesmo período de tempo? Obviamente, para que isso aconteça, ao passar por partes estreitas do tubo, a velocidade do movimento deve ser maior, e exatamente tantas vezes quanto menor for a área da seção transversal.

Na verdade, consideremos uma certa seção transversal de uma coluna de líquido em movimento, coincidindo em momento inicial tempo com uma das seções do tubo (Fig. 208). Com o tempo, esta área se moverá por uma distância igual a onde está a velocidade do fluxo do fluido. O volume V de líquido que flui através de uma seção de tubo é igual ao produto da área desta seção pelo comprimento

Um volume de líquido flui por unidade de tempo -

O volume de líquido que flui por unidade de tempo através da seção transversal de um tubo é igual ao produto da área da seção transversal do tubo pela velocidade do fluxo.

Como acabamos de ver, este volume deve ser o mesmo em seções diferentes tubos. Portanto, quanto menor for a seção transversal do tubo, maior será a velocidade do movimento.

Quanto líquido passa por uma seção de um tubo em um determinado tempo, a mesma quantidade deve passar em tal

ao mesmo tempo através de qualquer outra seção.

Ao mesmo tempo, acreditamos que uma determinada massa de líquido tem sempre o mesmo volume, que não pode comprimir e reduzir o seu volume (diz-se que um líquido é incompressível). É bem sabido, por exemplo, que em locais estreitos de um rio a velocidade do fluxo da água é maior do que em locais largos. Se denotarmos a velocidade do fluxo de fluido em seções por áreas, podemos escrever:

A partir disso pode-se observar que quando um líquido passa de uma seção de tubo com maior área de seção transversal para uma seção com menor área de seção transversal, a velocidade do fluxo aumenta, ou seja, o líquido se move com aceleração. E isto, de acordo com a segunda lei de Newton, significa que uma força atua sobre o líquido. Que tipo de poder é esse?

Esta força só pode ser a diferença entre as forças de pressão nas seções largas e estreitas do tubo. Assim, numa secção larga, a pressão do fluido deve ser maior do que numa secção estreita do tubo.

Isso também decorre da lei da conservação da energia. Na verdade, se a velocidade do movimento do fluido em locais estreitos de um tubo aumenta, então sua energia cinética também aumenta. E como assumimos que o fluido flui sem atrito, este aumento na energia cinética deve ser compensado por uma diminuição na energia potencial, porque a energia total deve permanecer constante. De que energia potencial estamos falando aqui? Se o tubo estiver horizontal, então a energia potencial de interação com a Terra em todas as partes do tubo é a mesma e não pode mudar. Isto significa que apenas a energia potencial permanece interação elástica. A força de pressão que força o líquido a fluir através do tubo é a força de compressão elástica do líquido. Quando dizemos que um líquido é incompressível, queremos dizer apenas que ele não pode ser comprimido tanto que seu volume mude visivelmente, mas ocorre inevitavelmente uma compressão muito pequena, causando o aparecimento de forças elásticas. Essas forças criam pressão fluida. É essa compressão do líquido que diminui nas partes estreitas do tubo, compensando o aumento da velocidade. Em áreas estreitas de tubulações, a pressão do fluido deverá, portanto, ser menor do que em áreas largas.

Esta é a lei descoberta pelo acadêmico de São Petersburgo Daniil Bernoulli:

A pressão do fluido que flui é maior nas seções do fluxo em que a velocidade de seu movimento é menor e,

pelo contrário, nos troços em que a velocidade é maior, a pressão é menor.

Por mais estranho que possa parecer, mas quando um líquido “espreme” áreas estreitas tubo, sua compressão não aumenta, mas diminui. E a experiência confirma isso bem.

Se o tubo por onde flui o líquido estiver equipado com tubos abertos soldados nele - manômetros (Fig. 209), será possível observar a distribuição da pressão ao longo do tubo. Em áreas estreitas do tubo, a altura da coluna de líquido no tubo de pressão é menor do que em áreas largas. Isso significa que há menos pressão nesses locais. Quanto menor for a seção transversal do tubo, maior será a velocidade do fluxo e menor será a pressão. É possível, obviamente, selecionar uma seção em que a pressão seja igual à pressão atmosférica externa (a altura do nível do líquido no manômetro será então igual a zero). E se pegarmos uma seção ainda menor, a pressão do fluido nela será menor que a atmosférica.

Este fluxo de fluido pode ser usado para bombear o ar. A chamada bomba de jato de água funciona com base neste princípio. A Figura 210 mostra um diagrama dessa bomba. Um jato de água passa pelo tubo A com um orifício estreito na extremidade. A pressão da água na abertura do tubo é menor que a pressão atmosférica. É por isso

o gás do volume bombeado é aspirado através do tubo B até a extremidade do tubo A e removido junto com a água.

Tudo o que foi dito sobre o movimento do líquido através dos tubos também se aplica ao movimento do gás. Se a velocidade do fluxo de gás não for muito alta e o gás não for comprimido tanto que seu volume mude, e se, além disso, o atrito for desprezado, então a lei de Bernoulli também é verdadeira para fluxos de gás. Nas partes estreitas dos tubos, onde o gás se move mais rapidamente, a sua pressão é menor do que nas partes largas e pode tornar-se inferior à pressão atmosférica. Em alguns casos, nem sequer requer tubos.

Você pode fazer um experimento simples. Se você soprar uma folha de papel ao longo de sua superfície, como mostra a Figura 211, verá que o papel começará a subir. Isto ocorre devido a uma diminuição da pressão na corrente de ar acima do papel.

O mesmo fenômeno ocorre quando um avião voa. Um contrafluxo de ar flui para a superfície superior convexa da asa de uma aeronave voadora e, devido a isso, ocorre uma diminuição da pressão. A pressão acima da asa é menor que a pressão sob a asa. É isso que causa a sustentação da asa.

Exercício 62

1. A velocidade permitida do fluxo de óleo através dos tubos é de 2 m/s. Que volume de óleo passa por um tubo com diâmetro de 1 m em 1 hora?

2. Meça a quantidade de água que sai do torneira por um certo tempo Determine a velocidade do fluxo de água medindo o diâmetro do tubo na frente da torneira.

3. Qual deve ser o diâmetro da tubulação através da qual a água deve fluir por hora? A velocidade permitida do fluxo de água é de 2,5 m/seg.

Em alguns casos, você terá que lidar com a necessidade de calcular o fluxo de água através de um cano. Este indicador informa quanta água a tubulação pode passar, medida em m³/s.

Para organizações que não instalaram hidrômetro, as taxas são calculadas com base na trafegabilidade da tubulação. É importante saber com que precisão esses dados são calculados, por quanto e a que taxa você precisa pagar. Indivíduos isso não vale, para eles, na falta de medidor, o número de pessoas cadastradas é multiplicado pelo consumo de água de 1 pessoa conforme padrões sanitários. É um volume bastante grande e com tarifas modernas é muito mais lucrativo instalar um medidor. Da mesma forma, em nossa época, muitas vezes é mais lucrativo aquecer você mesmo a água com um aquecedor de água do que pagar serviços públicos pela água quente.
O cálculo da permeabilidade do tubo desempenha um papel importante ao projetar uma casa, ao conectar as comunicações à casa .

É importante garantir que cada ramal de abastecimento de água possa receber sua parcela da tubulação principal, mesmo nos horários de pico de consumo de água. O sistema de abastecimento de água foi criado pensando no conforto, na comodidade e na facilidade de trabalho das pessoas.

Se a água praticamente não chega todas as noites aos moradores dos andares superiores, de que tipo de conforto podemos falar? Como você pode tomar chá, lavar louça, tomar banho? E todo mundo toma chá e nada, então o volume de água que o cano conseguia fornecer foi distribuído pelos andares inferiores. Este problema pode desempenhar um papel muito ruim no combate a incêndios. Se os bombeiros se conectarem ao tubo central, mas não houver pressão nele.

Às vezes, calcular o fluxo de água através de um cano pode ser útil se, após consertar o sistema de abastecimento de água por artesãos infelizes, substituindo parte dos canos, a pressão caiu significativamente.

Os cálculos hidrodinâmicos não são uma tarefa fácil; geralmente são realizados por especialistas qualificados. Mas digamos que você esteja envolvido em construção privada, projetando sua própria casa espaçosa e aconchegante.

Como calcular você mesmo o fluxo de água através de um cano?

Parece que basta conhecer o diâmetro do furo do tubo para obter números talvez arredondados, mas geralmente justos. Infelizmente, isso é muito pouco. Outros fatores podem alterar significativamente o resultado dos cálculos. O que afeta o fluxo máximo de água através de um cano?

Seção de tubo. Um fator óbvio. Ponto de partida para cálculos de dinâmica de fluidos.
Pressão do tubo. À medida que a pressão aumenta, mais água flui através de um tubo com a mesma seção transversal.
Curvas, voltas, mudanças de diâmetro, ramificações retardar o movimento da água através do cano. Diferentes variantes em graus variados.
Comprimento do tubo. Tubos mais longos transportarão menos água por unidade de tempo do que em curtos. Todo o segredo está na força do atrito. Assim como atrasa o movimento de objetos que nos são familiares (carros, bicicletas, trenós, etc.), a força de atrito impede o fluxo da água.
Um tubo com diâmetro menor acaba tendo mais área contato da água com a superfície da tubulação em relação ao volume do fluxo de água. E de cada ponto de contato surge uma força de atrito. Tal como nos tubos mais longos, nos tubos mais estreitos a velocidade do movimento da água torna-se mais lenta.
Material do tubo. Obviamente, o grau de rugosidade do material afeta a magnitude da força de atrito. Moderno materiais plásticos(polipropileno, PVC, metal, etc.) revelam-se muito escorregadios em comparação com o aço tradicional e permitem que a água se mova mais rapidamente.
Vida útil do tubo. Depósitos de calcário e ferrugem prejudicam muito o rendimento do sistema de abastecimento de água. Este é o fator mais complicado, pois o grau de entupimento do tubo, seu novo relevo interno e o coeficiente de atrito são muito difíceis de calcular com precisão matemática. Felizmente, os cálculos do fluxo de água são mais frequentemente necessários para novas construções e materiais novos e não utilizados anteriormente. Por outro lado, este sistema irá conectar-se às comunicações existentes há muitos anos. E como ela se comportará daqui a 10, 20, 50 anos? Tecnologias mais recentes melhoraram significativamente esta situação. Tubos de plástico não enferrujam, sua superfície praticamente não se deteriora com o tempo.

Cálculo do fluxo de água através de uma torneira

O volume de fluido que sai é encontrado multiplicando a seção transversal da abertura do tubo S pela vazão V. A seção transversal é a área de uma determinada parte figura volumétrica, neste caso, a área do círculo. Encontrado pela fórmula S = πR2. R será o raio da abertura do tubo, não devendo ser confundido com o raio do tubo. π é uma constante, a razão entre a circunferência de um círculo e seu diâmetro, aproximadamente igual a 3,14.

A vazão é encontrada usando a fórmula de Torricelli: . Onde g é a aceleração da gravidade no planeta Terra igual a aproximadamente 9,8 m/s. h é a altura da coluna de água que fica acima do buraco.

Exemplo

Calculemos o fluxo de água através de uma torneira com furo de 0,01 m de diâmetro e altura de coluna de 10 m.

Seção transversal do furo = πR2 = 3,14 x 0,012 = 3,14 x 0,0001 = 0,000314 m².

Velocidade de saída = √2gh = √2 x 9,8 x 10 = √196 = 14 m/s.

Fluxo de água = SV = 0,000314 x 14 = 0,004396 m³/s.

Convertido para litros, verifica-se que 4,396 litros por segundo podem fluir de um determinado tubo.

As tubulações para o transporte de diversos líquidos são parte integrante das unidades e instalações nas quais são realizados processos de trabalho relacionados aos diversos campos de aplicação. Ao escolher a configuração dos tubos e das tubulações, o custo dos próprios tubos e dos acessórios da tubulação é de grande importância. O custo final do bombeamento de um meio através de uma tubulação é determinado em grande parte pelas dimensões dos tubos (diâmetro e comprimento). O cálculo desses valores é realizado por meio de fórmulas especialmente desenvolvidas e específicas para determinados tipos de operação.

Uma variedade de materiais pode ser usada para fazer tubos, como aço, ferro fundido, cobre, cimento, plástico como plástico ABS, cloreto de polivinila, cloreto de polivinila clorado, polibuteno, polietileno, etc.

Os principais indicadores dimensionais de um tubo são o diâmetro (externo, interno, etc.) e a espessura da parede, que são medidos em milímetros ou polegadas. Também é usado um valor como diâmetro nominal ou furo nominal - o valor nominal do diâmetro interno do tubo, também medido em milímetros (denotado por DN) ou polegadas (denotado por DN). Os valores dos diâmetros nominais são padronizados e são o principal critério na seleção de tubos e conexões.

Correspondência dos valores dos diâmetros nominais em mm e polegadas:

Um tubo com seção transversal circular é preferido a outras seções geométricas por uma série de razões:

Um círculo tem uma relação mínima entre perímetro e área e, quando aplicado a um tubo, isso significa que com vazão igual, o consumo de material de tubos redondos será mínimo em comparação com tubos de outros formatos. Isto também implica os custos mais baixos possíveis de isolamento e revestimento protetor;
Uma seção transversal circular é mais vantajosa para mover um meio líquido ou gasoso do ponto de vista hidrodinâmico. Além disso, devido à área interna mínima possível do tubo por unidade de seu comprimento, o atrito entre o meio móvel e o tubo é minimizado.
O formato redondo é mais resistente às pressões internas e externas;
O processo de fabricação de tubos redondos é bastante simples e fácil de implementar.

Os tubos podem variar muito em diâmetro e configuração dependendo de sua finalidade e aplicação. Assim, os dutos principais para movimentação de água ou derivados de petróleo podem atingir quase meio metro de diâmetro com uma configuração bastante simples, e as serpentinas de aquecimento, também um tubo, de pequeno diâmetro têm um formato complexo com muitas voltas.

É impossível imaginar qualquer indústria sem uma rede de gasodutos. O cálculo de qualquer rede desse tipo inclui a seleção do material do tubo, a elaboração de uma especificação que lista dados sobre espessura, tamanho dos tubos, rota, etc. Matérias-primas, produtos intermediários e/ou produtos acabados passam pelas etapas de produção, movimentando-se entre diversos aparelhos e instalações, que são conectados por tubos e conexões. O correto cálculo, seleção e instalação do sistema de dutos é necessário para a execução confiável de todo o processo, garantindo o bombeamento seguro do meio, bem como para vedar o sistema e evitar vazamentos da substância bombeada para a atmosfera.

Não existe uma fórmula ou regra única que possa ser usada para selecionar a tubulação para cada aplicação e ambiente operacional possível. Em cada aplicação individual de oleodutos há uma série de fatores que requerem consideração e podem ter um impacto significativo nos requisitos impostos ao oleoduto. Por exemplo, ao lidar com lama, um grande gasoduto não só aumentará o custo de instalação, mas também criará dificuldades operacionais.

Projeto de pipeline

Ao projetar tubulações, os seguintes parâmetros básicos de projeto são tomados como base:

desempenho exigido;
pontos de entrada e saída do gasoduto;
composição do meio, incluindo viscosidade e gravidade específica;
condições topográficas do traçado do gasoduto;
pressão operacional máxima permitida;
cálculo hidráulico;
diâmetro da tubulação, espessura da parede, resistência ao escoamento do material da parede;
número de estações de bombeamento, distância entre elas e consumo de energia.

Confiabilidade do pipeline

Revestimento adicional de dutos

Um revestimento resistente à corrosão é aplicado na parte externa da maioria dos tubos para evitar os efeitos prejudiciais da corrosão do ambiente externo. No caso de bombeamento de meios corrosivos, uma camada protetora também pode ser aplicada na superfície interna dos tubos. Antes de serem colocados em serviço, todos os novos tubos destinados ao transporte de líquidos perigosos são verificados quanto a defeitos e vazamentos.

Princípios básicos para calcular o fluxo em um pipeline

A natureza do fluxo do meio na tubulação e ao contornar obstáculos pode variar muito de líquido para líquido. Um dos indicadores importantes é a viscosidade do meio, caracterizada por um parâmetro como o coeficiente de viscosidade. O engenheiro-físico irlandês Osborne Reynolds conduziu uma série de experimentos em 1880, com base nos resultados dos quais foi capaz de derivar uma quantidade adimensional que caracteriza a natureza do fluxo de um fluido viscoso, chamada critério de Reynolds e denotada Re.

Re = (v·L·ρ)/μ

Onde:
ρ—densidade do líquido;
v—velocidade do fluxo;
L é o comprimento característico do elemento de fluxo;
μ - coeficiente de viscosidade dinâmica.

Perfil de velocidade de fluxo
modo laminar	regime transitório	regime turbulento

Caráter da corrente
modo laminar	regime transitório	regime turbulento

Cálculo de pipeline. Cálculo do diâmetro do gasoduto

v cr = (v D)/Re cr = (4 Q)/(π D Re cr)

Onde:
ν cr - viscosidade cinemática crítica;
Re cr - valor crítico do critério de Reynolds;
D - diâmetro do tubo;
v - velocidade do fluxo;
Q - consumo.

(√λ) -1 = -2 log(2,51/(Re √λ) + k/(3,71 d))

Onde:
k - coeficiente de rugosidade do tubo;
λ - coeficiente de atrito.

∆H = λ L/d v²/(2 g)

Onde:
ΔH - perda de pressão;
λ - coeficiente de atrito;
L é o comprimento da seção do tubo;
d - diâmetro do tubo;
v - velocidade do fluxo;
g é a aceleração da queda livre.

A perda de pressão devido ao atrito na água é calculada usando a fórmula de Hazen-Williams.

∆H = 11,23 L 1/C 1,85 Q 1,85 /D 4,87

Onde:
ΔH - perda de pressão;
L é o comprimento da seção do tubo;
C é o coeficiente de rugosidade de Heisen-Williams;
Q - vazão;
D - diâmetro do tubo.

Pressão

Gráfico de excesso de pressão permitido:

Cálculo da queda de pressão em uma tubulação

A queda de pressão na tubulação é calculada pela fórmula:

∆p = λ L/d ρ/2 v²

Onde:
Δp - queda de pressão na seção do tubo;
L é o comprimento da seção do tubo;
λ - coeficiente de atrito;
d - diâmetro do tubo;
ρ - densidade do meio bombeado;
v - velocidade do fluxo.

Meio de trabalho transportado

Pipelines também transmitem:

produtos petrolíferos, como gasolina, combustível de aviação, querosene, óleo diesel, óleo combustível, etc.;
matérias-primas petroquímicas: benzeno, estireno, propileno, etc.;
hidrocarbonetos aromáticos: xileno, tolueno, cumeno, etc.;
combustíveis de petróleo liquefeitos, tais como gás natural liquefeito, gás de petróleo liquefeito, propano (gases à temperatura e pressão padrão, mas liquefeitos utilizando pressão);
dióxido de carbono, amônia líquida (transportada como líquido sob pressão);
o betume e os combustíveis viscosos são demasiado viscosos para serem transportados por oleoduto, pelo que são utilizadas fracções destiladas de petróleo para diluir estas matérias-primas e obter uma mistura que possa ser transportada por oleoduto;
hidrogênio (distâncias curtas).

Qualidade do meio transportado

Assim que a temperatura do fluido cai abaixo do ponto de fluidez, a operação da tubulação torna-se impossível e várias opções são tomadas para restaurar sua operação:

aquecer o meio ou tubos isolantes para manter a temperatura operacional do meio acima do seu ponto de fluido;
mudança na composição química do meio antes de entrar na tubulação;
diluição do meio transportado com água.

Tipos de tubos principais

cotovelo 90°	Curvatura de 90°	ramo de transição	ramificação

cotovelo 180°	dobrar 30°	encaixe do adaptador	dica

Conexões especiais são usadas para instalar peças individuais de tubulações e conexões.

soldado	flangeado	rosqueado	acoplamento

Expansão de temperatura do gasoduto

Cálculo das dimensões do gasoduto com mudanças de temperatura

O cálculo das mudanças nas dimensões lineares da tubulação com mudanças de temperatura é realizado usando a fórmula:

∆L = a·L·∆t

a - coeficiente de dilatação térmica, mm/(m°C) (ver tabela abaixo);
L - comprimento da tubulação (distância entre suportes fixos), m;
Δt - diferença entre máx. e mínimo. temperatura do meio bombeado, °C.

Tabela de expansão linear de tubos feitos de diversos materiais

Determinando o tamanho ideal do diâmetro da tubulação

O diâmetro ideal da tubulação pode ser encontrado com base em cálculos técnicos e econômicos. As dimensões do gasoduto, incluindo o tamanho e a funcionalidade dos vários componentes, bem como as condições sob as quais o gasoduto deve ser operado, determinam a capacidade de transporte do sistema. Tamanhos de tubos maiores são adequados para fluxos de massa maiores, desde que outros componentes do sistema sejam adequadamente selecionados e dimensionados para essas condições. Normalmente, quanto maior a seção da tubulação principal entre as estações de bombeamento, maior será a queda de pressão na tubulação necessária. Além disso, alterações nas características físicas do meio bombeado (viscosidade, etc.) também podem ter um grande impacto na pressão da linha.

O tamanho ideal é o menor tamanho de tubo adequado para uma aplicação específica que seja econômico ao longo da vida útil do sistema.

Fórmula para calcular o desempenho do tubo:

Q = (π d²)/4 v

Q é a vazão do líquido bombeado;
d - diâmetro da tubulação;
v - velocidade do fluxo.

Meio bombeado		Faixa de velocidades ideais na tubulação, m/s
Líquidos	Movimento gravitacional:
	Líquidos viscosos	0,1 - 0,5
	Líquidos de baixa viscosidade	0,5 - 1
	Bombeamento:
	Lado de sucção	0,8 - 2
	Lado de descarga	1,5 - 3

Gases	Desejo natural	2 - 4
	Pressão baixa	4 - 15
	Grande pressão	15 - 25

Casais	Vapor superaquecido	30 - 50
	Vapor saturado sob pressão:
	Mais de 105 Pa	15 - 25
	(1 - 0,5) 105Pa	20 - 40
	(0,5 - 0,2) 105Pa	40 - 60
	(0,2 - 0,05) 105Pa	60 - 75

A partir daqui obtemos a fórmula para calcular o diâmetro ideal do tubo:

d o = √((4·Q) / (π·v o ))

Q é a vazão especificada do líquido bombeado;
d - diâmetro ideal da tubulação;
v é a taxa de fluxo ideal.

Cálculo (fórmula) dos custos de capital para um pipeline

K 1 = (m·C M ·K M)/n

m é a massa do gasoduto, t;
C M - custo de 1 t, rub/t;
K M - coeficiente que aumenta o custo da obra de instalação, por exemplo 1,8;
n - vida útil, anos.

Os custos operacionais indicados associados ao consumo de energia são:

K 2 = 24 N n dia C E esfregar/ano

N - potência, kW;
n DN - número de dias úteis por ano;
S E - custos por kWh de energia, rublos/kW * h.

Fórmulas para determinar as dimensões do pipeline

Um exemplo de fórmulas gerais para determinar o tamanho dos tubos sem levar em conta possíveis fatores de impacto adicionais, como erosão, sólidos suspensos, etc.:

Nome	A equação	Possíveis restrições
Fluxo de líquido e gás sob pressão
Perda de carga devido ao atrito Darcy-Weisbach	d = 12 [(0,0311 f L Q 2)/(h f)] 0,2	Q - vazão volumétrica, gal/min; d é o diâmetro interno do tubo; hf - perda de pressão por atrito; L - comprimento da tubulação, pés; f - coeficiente de atrito; V - velocidade do fluxo.
Equação do fluxo total de fluido	d = 0,64 √(Q/V)	Q - fluxo volumétrico, gpm
Tamanho da linha de sucção da bomba para limitar a perda de carga por atrito	d = √(0,0744·Q)	Q - fluxo volumétrico, gpm
Equação total do fluxo de gás	d = 0,29 √((Q T)/(P V))	Q - vazão volumétrica, pés³/min T - temperatura, K P - pressão lb/in² (abs); V - velocidade
Fluxo gravitacional
Equação de Manning para calcular o diâmetro do tubo para fluxo máximo	d = 0,375	Q - vazão volumétrica; n - coeficiente de rugosidade; S - inclinação.
O número de Froude é a relação entre a força de inércia e a força da gravidade	Fr = V / √[(d/12)g]	g - aceleração de queda livre; v - velocidade do fluxo; L - comprimento ou diâmetro do tubo.
Vapor e evaporação
Equação para determinar o diâmetro do tubo para vapor	d = 1,75 √[(W v_g x) / V]	W - fluxo de massa; Vg - volume específico de vapor saturado; x - qualidade do vapor; V - velocidade.

Taxas de fluxo ideais para vários sistemas de tubulação

Fluxo de fluido gravitacional

Dependendo da proporção de líquido e gás, bem como de suas velocidades, o regime de fluxo bifásico pode variar de borbulhante a disperso.

fluxo de bolha (horizontal)	fluxo de projétil (horizontal)	fluxo de onda	fluxo disperso

Fluxo de líquido quente

Pipeline de desvio para equipamentos/instrumentos

Linha de amostragem

Ao selecionar o tamanho da tubulação de amostragem, geralmente são levados em consideração os seguintes itens:

características do líquido destinado à amostragem;
perda do ambiente de trabalho durante a seleção;
requisitos de segurança durante a seleção;
de facil operação;
localização do ponto de amostragem.

Circulação de refrigerante

Estouro do tanque

Os tanques são equipados com tubos de transbordamento pelos seguintes motivos:

evitar a perda de fluido (o excesso de fluido vai para outro reservatório em vez de sair do reservatório original);
evitando que líquidos indesejados vazem para fora do tanque;
manutenção dos níveis de líquidos nos tanques.