Projeto-Processos-Quimicos-Aula-07-Tubulacao-de-Gas-e-Perda-de-Carga

PROJETO DE PROCESSOS QUIMICOS AULA 07 Tubulação para gás Perda em acessórios Projeto Engenharia Básica Fluxograma de processo PID Descritivo do processo Balanço de massa e energia Propriedades Físicas Tubulação e Equipamentos Tubulação Para Gás TUBULAÇÃO PARA GÁS pg106 P1 P2 L V gás D Densidade varia ao longo da tubulação em P1 ρ₁ P1 Mol RT em P2 ρ₂ P2 Mol RT Exemplo Vazão mássica W 1500 lbh Q wlbh ρlbft³ ρ₁ 04 lbft³ ρ₂ 02 lbft³ Q₁ 1500 lbh 04 lbft³ Q₂ 1500 lbh 02 lbft³ Q₁ 3750 ft³h Q₂ 7500 ft³h Vazão vol no pto 1 no pto2 ρ₁ A₁ v₁ ρ₂ A₂ v₂ 61 PA 300 kPa TA 27C ρA 027 kgm³ PB 100 kPa TB 27C ρB gás ρA P Mol R T 027 300 Mol R 300 027 Mol R ρB P Mol R T ρB 100 Mol R 300 13 027 009 kgm³ Fluidos incompressíveis qual pressão usar Se P1 P2 10 de P1 ρ P1 Mol R T Se 10 P1 P2 40 de P1 ρ P1 P22Mol R T Se P1 P2 40 P1 compressível não é válida eq Darcy GÁS PERDA DE CARGA HF pg111 63 10750 lbh de metano DI 4026 in L 100 ft P1 127 psig 1417 psia 1atm147 964 atm T 172 ºF 172 3218 777 ºC μ 00145 cP hf ρMET P Mol R T 964 16 0082 777 27315 536 gL 0334 lbft³ v Wρ A 3600 107500334 00884 3600 101 fts Re 1162 10⁶ εD 0000447 f 00176 hf f LD v²2g hf 00176 100 124026 101²644 833 ft MET P1 P2 100 ft V metano D hf f LD v²644 833 ft met Em PSI hf PSI δ H ft1882 hf PSI 033400765 x 833 ft 1882 193 psi hf 193 psi 10 de P1 127 psig então OK CONSIDERAÇÕES PARA ESCOAMENTO GASOSO Duas considerações 1 Perda de carga 10 de P1 2Velocidade sônica Vs é o limite dado pelo Número de Mach Mc vVs Fluidos industriais trabalham com Mc entre 50 e 80 VELOCIDADE SÔNICA Máxima v que o fluido alcança dentro da tubulação Vs k 3217 1544mol 460 T T em ºF v em fts Vs 10³ k Rmol T T em K v em ms Fluido Ar a 15 ºC 59 ºF Vs 14 3217 1544288 460 59¹² Vs 10³ 14 831288 288¹² Vs 11194 fts Vs 341 ms Fluido CO₂ a 60 ºC 140 ºF Vs 14 3217 154444 460 140¹² Vs 10³ 14 83144 333¹² Vs 974 fts Vs 297 ms VELOCIDADE SÔNICA Vs VELOCIDADE SÔNICA Máxima v que o fluido alcança dentro da tubulação Ernst Mach pg 112 No de Mach Mc v Vs Mc 02 escoamento incompressível 02 Mc 1 subsônico Mc 1 sônico ou crítico Mc 1 supersônico A tabela 61 valores de K CpCv Gás Acetileno K 124 Gás Cloreto de Etila k 119 Ar 140 Eteno 124 Amônia 131 Hidrogênio 141 Benzeno 112 Metano 131 CO 130 Alcool metílico 120 CO₂ 140 Gás natural 127 Cloro 136 Nitrogênio 140 Etano 119 Oxigênio 140 Alcool etílico 113 Propano 113 Vapor dágua 130 Propileno 115 VELOCIDADE SÔNICA Número de Mach Mc vVs A norma API recomenda Mach de 02 para condição normal até 05 pode ser utilizado se não houver problemas de perda de carga e de ruído 69 CO₂ em um tubo de 12 in CS Sch 30 L 800 ft P₁ 80 psia T 140 F ρ P Mol R T 0546 lbft³ δ 054600765 7137 v 159 fts Re 7813157 f 0014 hf f LD v² 2g 43889 ft de CO₂ 166 psi 10 de P1 P2 80 hf P2 80 166 634 psia ρ deve ser calculado a 80 6342 717 psia ρ PMol zRT 049 lbft3 δ 04900765 6405 v 177 fts f 0014 hf f LD v2 2g 5438 ft de CO2 185 psi VERIFICAR MACH Número de Mach Velocidade do som CO2 para k 140 Vs 140 3217 154444 60012 9742 fts Mach Mc v Vs 1779742 018 02 ok entre 02 e 03 incompressível Acessórios de Tubulação Acessórios de Tubulação Válvula de gaveta Válvula globo Acessórios de Tubulação Válvula borboleta Válvula esfera Youtube canal flavio n pereira Darcy hf f L eq D v²2g Unidades pg99 hf em ft ou m de coluna de fluido psi δ x ft 231 para líquidos psi δ x ft 1882 para gases Considerando os acessórios 1 Método do comprimento equivalente Leq 2 Método da resistência ao escoamento ou método K New Crane 3 Método dos 2 K 1 Método do comprimento equivalente pg121 Ex curva 90º std de 6 in L eq 17 ft Tabela do comprimento equivalente ft Ex 71 baseado no 530 d 16 SS Sch 10S DI 15624 μ1 cP ρ6243 lbft³ L 100 ft e v 10 fts hf Re 1210000 f 16364 ln 0135 x 00000384 65 1210000² f 16364 13130 00124 e v²2g 10²644 1554 71 pelo L equivalente D 15624 1302 ft n L n Leq ft 6 curvas de 90º longo 6 27 162 2 T 90º 2 89 178 2 válvulas gaveta 2 9 18 1 saída 1 23 23 tubulação reta 100 Total LEQUIV 481 ft hf f Leq D Hd 00124 4811302 1554 712 ft de líquido 72 Método da resistência ao escoamento K New Crane pg 121 hf f LD Σk v²2g Tabela 72 Coeficiente K de acidentes ou similaridades New Crane Curva 45 K 16 x fT válvula gaveta K 8 x fT Curva 90 std K 30 x fT válvula retenção K 100 x fT T de pas Reta K 20 x fT válvula globo e angular K 340 x fT T de pas 90 K 60 x fT válvula borboleta até 8 K 48 x fT Cur 90 longo K 20 x fT de 10 a 14 K 35 x fT válvula macho K 18 x fT Saída K 10 Sendo fT é função do DN Tabela 73 DN in 12 ¾ 1 1 ¼ 1 12 2 2 12 fT 0027 0025 0023 0022 0021 0019 0018 DN in 3 4 5 6 810 1216 1824 fT 0018 0017 0016 0015 0014 0013 0012 77 Referente ao 530 utilizando acessórios pelo método da resistência ao escoamento K D 16 in pela tabela 73 fT 0013 Método dos 2 K hf f LD Σk v² 2g Sendo K k1Re Koo 1 1DI A tabela 74 apresenta valores para K1 e Koo K1 Koo Ex curva de 90 raio longo 800 020 T 90 std 800 080 Acessórios K1 K Curvas 90 Mitered elbows RD 15 1 Weld 90 angle 1000 115 2 Weld 45 angles 800 035 3 Weld 30 angles 800 030 4 Weld 22 ½ angles 800 027 5 Weld 18 angles 800 025 45 Standard RD 1 all types 500 020 Raio Longo RD 15 all types 500 015 Mitered 1 weld 45 angle 500 025 Mitered 2 weld 22 ½ angles 500 015 180 Standard RD 1 rosca 1000 060 Standard RD 1 flange soldado 1000 035 Raio Longo RD 15 all types 1000 030 Tes Usado como curva Standard rosca 500 070 Raio Longo rosca 800 040 Standard flange ou rosca 800 080 Stubintype branch 1000 100 Passagem reta te Rosca 200 010 Flange ou solda 150 015 Stubintype branch 100 000 714 Dados do 530 resistência pelo método dos 2K Re 1210000 6 curv 90º longo 6 800 4800 020 120 2T 90º 2 800 1600 080 160 2 válvulas gaveta 2 300 600 010 020 Total 7000 300 K n k1Re n koo 1 1DI K 70001210000 300 1 115624 3198 K para a saída 10 hf f LD Σ K v²2g 0952 3198 10 1554 80 ft de líquido 710 Querosene escoa a 1026 gpm através de um tubo de CS Sch 40ST Determinar a Perda de Carga hf do isométrico abaixo DI 6065 in 05054 ft ρ 449 lbft³ μ 03 cP All dimensions are in ft Use longradius elbows 710 Solução só do trecho reto 60652 0408 x 1026 v v 1138 fts Re 506 10266065 44903 128 x 106 D 000015 x 12 6065 000029 f 16364 ln 0135x 000029 65128 106 2 f 16364 10052 0016 hf 0016 78 05054 11382644 78 ft é o trecho reto não contempla os acessórios temse então que determinar o L equivalente Perda de carga nos acidentes pelo método L eq 6 curvas de raio longo 6 x 11 66 ft 2 T reto 2 x 11 22 ft L reto 78 ft L equivalente 166 ft hf f Leq v2 0016 166 11382 D 2g 05054 644 hf 1057 ft de querosene Em psi hf 072 x 1057231 33 psi 710 Perda de carga pelo método do K d 6 CS fT 0015 6 curvas de 90º longo 6 20 x fT 030 18 2 T reto 2 20 x fT 030 06 Total 24 hf 0016 x 78 05054 24 1138² 644 487 x 201 hf 979 ft querosene hf PSI 979 x 072 231 305 psi 715 Fazer o 710 pelo método 2 K alterar a vazão do exercício para 2400 gpm Sol 60652 0408 2400 v v Re 506 2400 6065 449 03 ε D 000029 f 16364 ln 0135 000029 65 Re2 hf f L D ΣK v2 2g L 78 ft D 05054 ft 2g 644 ft s2 v 266 ft s Re 2996788 muito turbulento f não depende mais de Re f 0016 6 cur 90º longo 6 800 4800 020 120 2 T 90º 2 150 300 015 030 5100 150 K n k1 Re n koo 1 1 DI 5100 2996788 150 1 1 6065 175 hf f L D ΣK v2 2g hf 0016 x 78 05054 175 2662 644 463 ft de querosene hf em psi 072 x 463 231 144 psi