transportul lichidelor

7/28/2019 Transportul Lichidelor

1/70

3/3/2003Lucian Gavrila OPERATII UNITARE I 1

OPERATII UNITAREHIDRODINAMICETRANSPORTUL FLUIDELOR

AMESTECAREASEDIMENTAREA

FILTRAREA


2/70


TEHNICI DE LUCRU

HIDRODINAMICECENTRIFUGAREA

FLUIDIZAREA


3/70


TRANSPORTULFLUIDELOR

o n marea majoritate a cazurilor transportulfluidelor este preferat transportului solidelor.Astfel, este preferat transportul soluiei n locultransportului separat al componentelor acesteia.

o De multe ori, materialele solide sunt transportateprin antrenarea lor cu un fluid: transportul pneumatic al materialelor solide

pulverulente (cereale, finuri etc.),

transportul hidraulic al unor materii prime aleindustriei alimentare (sfecl, cartofi, tomate, fructeetc.), concomitent cu splarea acestora.


4/70


TRANSPORTULFLUIDELORo n instalaiile de proces ale industriilor

alimentare se transport numeroase fluidecu proprieti foarte diverse.o Fluidele se deplaseaz prin:

conducte, canale, aparate i reactoare

o sub aciunea unei energii primite dinexterior,on cazul lichidelor sub aciunea energiei

poteniale create de o diferen de nivel.


5/70



o Utilajele care servesc la transferulenergiei de la o surs exterioar la un fluidpoart denumirea generic de: pompe (dac fluidul este un lichid), compresoare (dac fluidul este un gaz).

o Denumirea de pompe de vid este datutilajelor care servesc la realizarea uneidepresiuni sau la evacuarea unui recipient.


6/70



Pentru a provoca deplasarea (curgerea) fluidelorexist mai multe posibiliti, i anume:1. prin aciunea unei fore centrifuge;

2. prin deplasarea unui volum de fluid: fie pe calemecanic, fie prin intermediul altui fluid;

3. printr un impuls mecanic;4. prin transfer de impuls de la alt fluid;5. prin aciunea unui cmp magnetic;6. prin aciunea forelor gravitaionale.

Pe baza acestor metode de principiu suntconstruite toate echipamentele destinatetransportului fluidelor.


7/703/3/2003Lucian Gavrila OPERATII UNITARE I 7

FENOMENE N FLUIDEo ADEZIUNEA este fenomenul prin care, datorit

forelor intermoleculare, pe conturul unui corpsolid cu care un fluid vine n contact, se formeazun strat foarte subire de fluid care se micsolidar cu conturul solid considerat.

o n consecin, stratul de fluid aflat n contactnemijlocit cu o suprafa solid are aceeai vitezcu viteza acesteia.

o Fenomenul de adeziune a fost verificat pentrufluidele newtoniene.

o n cazul fluidelor nenewtoniene se constat oalunecare a elementelor de fluid de-a lungulsuprafeei solide.



FENOMENE N FLUIDE

o TENSIUNEA SUPERFICIALsuprafaa de contact ntre dou fluidenemiscibile tinde s ia o form a crei arieeste minimFenomenul este rezultatul forelor decoeziune (fore moleculare de atracie)



TENSIUNEASUPERFICIAL

r0

A

F

R

A

a. b.




o n cazul redat n fig. a, forele exercitatede moleculele aflate n sfera de aciunemolecular sunt simetrice, iar rezultantalor este nul.

o n cazul redat n fig. b, rezultanta R aforelor de coeziune este nenul iorientat nspre interiorul lichidului,

acionnd ca o compresiune.




o Forele de coeziune F tangente lasuprafaa liber dau natere unor eforturipe aceast suprafa.

o n cazul unui lichid izotrop i omogen sepoate defini n fiecare punct al suprafeeilibere o tensiune superficial (tensiuneinterfacial dac este vorba de suprafaa

de contact a dou lichide nemiscibile):

dl

Fd

l

F

l

=

=lim

0

(25)




o Formula dimensional a tensiunii superficiale este:

o Tensiunea superficial se exprim n kg/s2 sauN/m.

o Tensiunea superficial se manifest i n punctelecomune ale suprafeei de contact care separdou lichide nemiscibile i un gaz (fig. a), sau ungaz, un lichid i o suprafa solid (fig. b i c).

2== TMl

F (26)




l2

l1

g

2331

1231 312323

12

12

l1l1

g2 g2

s3 s3

a. b. c.

Manifestarea tensiunii superficiale npunctele de contact l1-l2-g (a)i l-g-s (b i c)




o Raportul dintre

valoarea forelor deadeziune (Fa) lichid solid i valoareaforelor

intermoleculare decoeziune din lichid(Fc) influeneazforma menisculuiformat ntre un

lichid i un gaz nimediata apropiere aunei suprafee solide(fig.).

R Fc

Fa

g

l

R

Fc

Fa

l

g

a. b.




o Tensiunea superficial

determin, de asemenea,fenomenul decapilaritate, fenomencare apare n spaiilemici (tuburi de diametru

foarte mic).o Lichidele care udsuprafaa provoacascensiunea capilar(a), iar cele care nu udsuprafaa provoaccoborrea capilar (b)(fig.).

a. b.

h

d

d

h




o Denivelarea h a lichidelor n tuburi capilarese poate calcula cu relaia:

on care: = tensiunea superficial (N.m-1), = densitatea lichidului (kg.m-3), g = acceleraia gravitaional (m.s-2), d = diametrul capilarului (m), = unghiul de racordare al lichidului cu

peretele capilarului.

cos

4

=

dg

h (33)


17/703/3/2003

Lucian Gavrila OPERATII UNITARE I 17


o Valoarea tensiunii superficiale depinde denatura fluidelor n contact i detemperatur.

o Tensiunea superficial scade cu creterea

temperaturii.o Pentru acelai lichid n contact cu gazediferite, tensiunea superficial variaz

puin cu natura gazului.o Tensiunea superficial influeneazdimensiunile i forma picturilor de lichid inatura curgerii bifazice lichid gaz.


18/703/3/2003


CAVITAIAo Lichidele pot ncorpora, datorit fenomenului de

absorbie, o parte din gazele cu care vin n contact.Conform legii lui Henry, cantitatea de gaz absorbit estedirect proporional cu presiunea parial a gazului,aceasta scznd la creterea temperaturii.

o Procesul invers absorbiei, desorbia, are loc la scdereapresiunii n sistem sau la creterea temperaturii lichidului.Dac presiunea scade sub valoarea presiunii de vapori alichidului, corespunztoare temperaturii la care se aflacesta, apar n lichid bule de gaz, provenite pe de o partedin desorbia gazelor dizolvate i pe de alt parte prinvaporizarea lichidului.

o Fenomenul de apariie i dezvoltare a bulelor degaz n masa de lichid poart denumirea decavitaie.


19/703/3/2003


CAVITAIAo Cavitile (bulele) astfel formate pot fi

transportate de ctre lichidul n micare n zonen care presiunea lichidului este mai mare dectpresiunea de vapori, provocndu se astfel

distrugerea bulelor prin implozie i refcndu se

astfel omogenitatea fazei lichide.o Acelai fenomen apare i n cazul lichidelor

statice dac n sistem crete presiunea sau scade

temperatura, astfel nct s fie ndeplinitcondiia P > Pvap. Implozia cavitilor decurge cu oreducere brusc de volum.


20/703/3/2003


CAVITAIA

o Cavitaia urmat de implozie acioneazasupra contururilor solide care mrginesclichidul (conducte, pompe etc.) prin: presiunile mari dezvoltate n momentul

imploziei; fenomenele termice induse de comprimarea

gazului n caviti;

coroziunea provocat de compuii care se potforma.


21/703/3/2003


CAVITAIA

o Efectele mecanice nedorite datoratecavitaiei n instalaiile de transport idepozitare a fluidelor sunt: uzura rapid prin eroziune i coroziune a

materialului solid din care este confecionattraseul lichidului;

vibraii i zgomote puternice;

micorarea randamentului mecanic alinstalaiilor.


22/703/3/2003


TRANSPORTUL

LICHIDELOR

TRANSPORTUL


23/70


TRANSPORTULLICHIDELOR

o Ecuaia Bernoulli pentru regim staionarpoate fi pus sub forma:

o Sau:

( ) ( ) ( ) QHHvvzzgW ++= 122

1

2

212 2

1 (1)

( ) ( ) FdPvvvzzgW s +++= 21

21

2212

21 (2)

TRANSPORTUL


24/70


TRANSPORTULLICHIDELOR

o Pe baza acestor dou ecuaii se poateafirma c energia W furnizat pompei arerolul de a: ridica un lichid de la nlimea z1 la nlimea z2;

mri viteza unui fluid de la v1 la v2; ridica presiunea unui fluid de la P1 la P2;

mri entalpia unui gaz de la H

1

la H2

; Transporta fluidul prin nvingerea frecrii F.


25/70


RELAII I MRIMI CARACTERISTICE N

TRANSPORTUL LICHIDELOR

o O pomp sau un grup depompe deservete unsistem alctuit din: spaiul de aspiraie (A), ansamblul de conducte i

armturi (C), spaiul de refulare (R).o Sistemul mpreun cu

pompa sau grupul depompe alctuiesc

agregatul de pompare(AP).

A

R

AP

C

C

C C S C


26/70


RELAII I MRIMI CARACTERISTICE NTRANSPORTUL LICHIDELOR

DEBITUL POMPELORo Debitul masic al pompelor este definit ca fiind masa de

lichid transportat de pomp n unitatea de timp.o Debitul volumic este definit ca volumul de lichid

transportat n unitatea de timp.o Raportul dintre debitul volumic real (MV) i debitul volumic

teoretic (MVt) poart denumirea de randament volumic alpompei:

Vt

VV

MM= (3)



27/70



NLIMEA MANOMETRICo Dac ecuaia (2) se mparte prin acceleraia

gravitaional g, se obine:

( ) ( )mZ

g

W

g

F

g

PPvv

gzz ==+

++

122

1

2

2122

1(4)



28/70



o care se mai poate scrie sub forma:

o unde Zm estenlimea manometric a sistemului.o Sensul fizic al acestei mrimi este echivalentul n

presiune (nlime coloan de lichid) al energieicare trebuie transferat fluidului de ctre pompasau grupul de pompe care deservesc sistemul.

g

P

g

P

g

vzZ frm

+

+

+=2

2

(5)



29/70



Pompa va trebui stransferelichidului energianecesar trecerii

sale din vasulinferior (1) n celsuperior (2),

adic:1

2

P1

P2

v1

v2

W

ZG

z2

z1

Za

z = 0



30/70



o energia necesarmririi vitezei lichidului de la

valoarea v1 la intrare n conducta de aspiraie lavaloarea v2 la ieire din conducta de refulare.Dac ambele conducte au acelai diametruinterior, viteza lichidului n conducta de aspiraie

va fi tot v2;o energia necesarmririi presiunii statice alichidului de la valoarea P1, deasupra lichidului nspaiul de aspiraie, la valoarea P2, deasupra

lichidului n spaiul de refulare;o energia necesar ridicrii lichidului de la cota z1 lacota z2;

o energia necesar nvingerii rezistenelor prin

frecare i a rezistenelor hidraulice locale petraseul pe care se deplaseaz lichidul.



31/70



o Pentru sistemul din fig., ec. (5) devine:

n care diferena:

poart denumirea denlime geometric ieste nlimea pe vertical pn la caretrebuie ridicat lichidul.

g

P

g

PP

g

vvzzZ frm

+

+

+=

12

2

1

2

212

2

12 zzZG =

(6)

(7)



32/70



o Aceast nlime depinde de modul n caresunt amplasate utilajele, respectiv dedistana pe vertical ntre cele doupuncte.

o Aceeai nlime geometric va producepresiuni hidrostatice egale, indiferent deconfiguraia conductei dintre cele 2 puncte.



33/70



ZG

Ilustrarea relaiei dintre nlimea geometric i presiuneahidrostatic



34/70



o Dac unei pompe n funciune i se msoarpresiunea static a lichidului la intrarea npomp, Pa, presiunea static a lichidului laieirea din pomp, Pr, diferena pe vertical

ntre punctele de msur a presiunilor, Z0,viteza lichidului la intrarea n pomp, va iviteza medie a lichidului la ieire din pomp,vr, energia transferat efectiv lichidului sepoate scrie, n termeni de nlimi:



35/70



unde Zme este nlimea manometricefectiv a pompei.

o Aceasta nu conine termenul corespunztorenergiei transferate lichidului pentru

nvingerea frecrilor i ocurilor acestuia ncorpul pompei.

0

22

2Z

gvv

gPPZ ararme +

+=

(8)



36/70



o Lund n considerare aceast energie printermenul Pp, ecuaia (8) devine:

n care Zmt poart denumirea de nlime

manometric teoretic a pompei.o Randamentul hidraulic

al pompei, h:

g

PZ

g

vv

g

PPZ

parar

mt

++

+

=

0

22

2

(9)

mt

me

hZ

Z= (10)



37/70



NLIMEA DE ASPIRAIEo mrime deosebit de important pentru

amplasarea pompei n sistem

o Pt. calculul nlimii de aspiraie, Za, se scriebilanul energetic ntre nivelul lichidului nrezervorul de aspiraie (punctul 1 din fig.)i cota axului racordului de aspiraie(centrul pompei din fig.):



38/70



1

2

P1

P2

v1

v2

W

ZG

z2

z1

Za

z = 0

( ) g

PzZ

gv

gP

zg

vg

P

faspa

aspasp

+++

+

+

=

=+

+

1

2

1

211

2

2

(11)



39/70



In ec. (11):o Pasp = presiunea static a lichidului n corpul

pompei cnd se realizeaz aspiraia;

o vasp = viteza medie de deplasare a lichiduluin corpul pompei;

Pfasp = pierderea de presiune prin frecare irezistene locale pe poriunea dintrespaiul de aspiraie i intrarea n pomp.



40/70



-800

-400

0

400

800

1200

1600

8,50 9,00 9,50 10,00 10,50 11,00 11,50

Presiunea barometrica [Pa x 10-4]

Attu

neam

o Dac spaiul de

aspiraie estedeschis, P1 estetocmai presiuneabarometric Pb

exercitat lasuprafaalichidului.o Aceasta este

funcie de

altitudineaamplasamentului(tab. 4.1 Trsp.fluidelor).



41/70



o Presiunea Pasp

a lichidului n corpul pompeicnd se realizeaz aspiraia nu trebuie sfie mai mic dect presiunea de vapori alichidului, Pvap, la temperatura la care se faceaspiraia (tab. 4.2).

o n caz contrar, o parte din lichidul aspiratse poate transforma n vapori, ducnd laapariia fenomenului nedorit de cavitaie.


42/70



43/70



o n practic, Z aspiraie se calculeaz dincondiia derivat din ecuaia (12):

o Pentru majoritatea lichidelor, cnd

aspiraia se face la 288 293 K (15 20C), nlimea de aspiraie este mai mic de6 m.

g

PPPZ

faspvapb

a

(13)



44/70



o Dac n condiiilen care se faceaspiraia rezultdin calcul Za< 0,

pompa se vaamplasa subnivelul lichiduluidin vasul de

aspiraie, pentruca lichidul scurg liber npomp (b).

a. b.



45/70



o Cnd lichidul se gsete la nivel mai adncdect nlimea de aspiraie, se folosescpompe speciale (numite pompe submersibilesau pompe imersate) cu electromotorul

nchis etan, introdus mpreun cu pompa nlichid.o La captul conductei de aspiraie se

monteaz un sorb cu supap. Captulinferior al conductei trebuie s fie la celpuin 0,5 m sub nivelul apei din rezervor ila cel puin 0,5 m distan de fund.



46/70



Nins = puterea instalat asistemului de acionare;o Nmot = puterea motorului;o Na = puterea de antrenare;

o Ni = puterea indicat;o Ne = puterea efectiv;o Nu = puterea util;o Nn = puterea necesar.

Surs

deputere

Motor TransmisiePomp

(Grup depompe)

Ansamblul

utilajelor

i conductelor

Nins

Nmot

Na

NiN

eN

uN

n

PUTEREA I RANDAMENTUL



47/70



o Raportnd dou cte dou puterile, sedefinesc urmtoarele randamente: randamentul transmisiei dintre motor i pomp,tr = Na/Nmot. Acesta ine seama de pierderile deenergie determinate de sistemul de transmisie;

randamentul mecanic al pompei, m = Ni/Na,ine seama de pierderile de energie datorate

frecrii subansamblurilor n micare (arbore ilagre, piston i cilindru, supape i ghidaje,rotor i carcas etc.);



48/70



randamentul hidraulic al pompei, h=Ne/Ni, ineseama de pierderile de energie prin frecarea iocurile lichidului n pomp;

randamentul volumic al pompei, V , definit prinecuaia (10), ine seama de consumulsuplimentar de energie pentru a acoperipierderile de debit. Se poate scrie i:V = Nu/Ne;



49/70



o randamentul total al pompei, p, este dat deprodusul dintre randamentul mecanic, hidraulic ivolumic al pompei:

o randamentul total al agregatului de pompare, T,se calculeaz ca produs ntre randamentul pompei,randamentul transmisiei i randamentul motorului:

Vhmp =

mottrpT =



50/70



o Puterea necesar se calculeaz pe bazanlimii manometrice i a debitului volumic(mV) de lichid transportat prin sistem:

[kW]1000

Vm

n

mgZN = (14)



51/70



o Puterea de antrenare se calculeaz dup

alegerea pompei, innd cont de debitul volumicreal (mV), nlimea manometric efectiv (Zme) irandamentul p:

o Dac pompa aleas nu satisface condiia: Zme > Zmi/sau cerinele de debit, atunci fie se leag nserie sau n paralel mai multe pompe, fie se alege

un alt tip de pomp

[kW]1000 p

Vmea mgZN

= (15)



52/70



o Puterea motorului se calculeaz lund nconsiderare randamentul total alagregatului de pompare:

[kW]1000 TVmemot

mgZN

= (16)



53/70



o Puterea instalat este mai mare dectputerea motorului, pentru a asigura orezerv n caz de suprancrcare:

[kW]motins

NN

= (17)

Puterea

necesar [kW]

< 1 1 - 5 5 50 > 50

Factor deinstalare 2 1,50

1,50 1,20

1,20 1,15 1,10

CLASIFICAREA POMPELOR


54/70


CLASIFICAREA POMPELORDUPA PRINCIPIUL

CONSTRUCTIV

Pompe

frelementemobile

Pompe avnd organe principale n micare

Pompe volumice

Pompe centrifugePompe cumicri

alternative

(pompe cupiston)

Pomperotative


55/70


POMPE FRELEMENTE MOBILE

SifonulMontejusulGaz-liftul

Injectoare, ejectoare

SIFONUL


56/70


SIFONULo Sifonul este n

principiu o eav dinsticl, metal, materialplastic ndoit subform de U.

o Servete latransvazarealichidelor de la unnivel superior la unul

inferior, pn laegalizarea celor dounivele (fig. 4.5).

C

Z

Z

ZT

A

B

1

2

SIFONUL


57/70


SIFONULo Amorsarea se face prin umplerea sifonului cu lichidul de

transvazat sau cu un alt lichid, dac amestecarea celordou lichide nu este duntoare.o Necesitatea amorsrii este principalul dezavantaj al

sifonului i de aceea exist multe soluii constructivecare evit amorsarea direct (fig. 4.6).

a. b. c.

SIFONUL


58/70


SIFONULo O a doua condiie de funcionare este ca

presiunea n punctul cel mai nalt (punctul C)al sifonului s fie superioar presiunii desaturaie a lichidului la temperatura de

lucru.o Aplicnd ecuaia Bernoulli pe poriunea AC

a sifonului din fig. 4.5, se obine:

02

12

=+ FPPvzg C

(18)

SIFONUL


59/70


SIFONULo Ecuaia (18) se poate pune sub forma:

z = diferena de nivel dintre punctul C i suprafaalichidului, v = viteza lichidului n sifon, P1 = presiunea la suprafaa lichidului,

PC = presiunea n punctul C, = densitatea lichidului, F = energia de frecare pe unitatea de mas de lichid, f = F/g = frecarea lichidului pn n punctul C (inclusiv

rezistena de la intrarea n sifon),

PS = presiunea de saturaie a lichidului la temperatura

SC Pfg

vzgPP >

+=

2

2

1 (19)

SIFONUL


60/70


SIFONULo Debitul sifonului se determin aplicnd

ecuaia Bernoullintre punctele 1 i 2, deintrare, respectiv ieire a lichidului dinsifon:

+=

=+

''2

0'2

'

21

21

2

FPPzgv

FPPvzg

(20)

SIFONUL


61/70


SIFONULo Dac presiunile n punctele 1 i 2 sunt egale

(P1 = P2)i dac se neglijeaz frecarea(F = 0), ecuaia (20 b) devine:

o Analiznd ecuaia (21) se poate constata cn momentul n care nivelul lichidului esteacelai n ambele rezervoare, adic z = 0,viteza de curgere a lichidului prin sifondevine v= 0, deci debitul devine i el nul,

respectiv funcionarea sifonului nceteaz

'2 zgv = (21)

MONTEJUSUL


62/70


MONTEJUSULo Este un utilaj static, cu

funcionareintermitent, utilizatpentru transvazareaunor fluide a croragresivitate chimiceste foarte mare. Pentrutransvazare se folosete

aerul comprimat (0,3 0,4 MPa) sau alt gazinert.

GAZ LIFTUL


63/70


GAZ-LIFTULo Numit i pompa Mammut, acest aparat poate

ridica lichide curate sau coninnd materii fine nsuspensie (nisip, nmol) sau chiar corpuri mari(sfecle ntregi, de exemplu).

o Gaz-liftul utilizeaz un fluid motor, uzual aer

comprimat, care, dispersat sub form de bule nlichid, formeaz un sistem eterogen gaz lichid acrui densitate este mai mic dect densitatealichidului.

o Dispersia de gaz n lichid se ridic prin eava derefulare, afundat adnc n lichid, pe principiulvaselor comunicante.

GAZ LIFTUL


64/70


GAZ-LIFTULo n principiu, un

gaz-lift (fig. 4.8)este alctuitdintr o eav delungime Hafundat pe

poriunea Hs nlichidul de pompat.La extremitateainferioar a evii

intr o eav maisubire prin careeste adus aerulcomprimat.

Aer comprimat

1

2

3

4

Hs

Hp

H

GAZ LIFTUL


65/70


GAZ-LIFTULo Suspensia lichid aer se ridic pn la

captul superior al evii de refulare daceste ndeplinit condiia:

o unde l i m sunt respectiv densitatea

lichidului i densitatea suspensiei lichid aer,o este nlimea de pompare (23).

( )lplsm

HHHH

==(22)

sp HHH =

GAZ LIFTUL


66/70


GAZ-LIFTULo Din ecuaia (22) rezult necesitatea

afundrii adnci a conductei de refulare:

o Marea lungime de afundare a conductei de

refulare, alturi de randamentul totalsczut (ntre 36 - 50%) sunt principaleleinconveniente n utilizarea acestor tipuri depompe.

ml

m

ps HH

= (24)

INJECTOARE I


67/70


INJECTOARE IEJECTOARE

o Injectoarele = aparate care servesc laridicarea i transportul lichidelor, sau lapomparea lor ntr un recipient sub presiune,folosind energia cinetic a unui fluid motor:

abur, aer comprimat, ap sub presiune.o Ejectoarele au o construcie similar cu cea

a injectoarelor, dar au rolul funcional de a

evacua un fluid dintr o incint.

INJECTOARE I


68/70



Injector: 1 racord intrare fluid motor; 2 duza; 3 - ajutajde amestec; 4 difuzor interior; 5 difuzor exterior.

INJECTOARE I


69/70



o Fluidul motor A intr prin racordul 1n duza 2,

unde energia de presiune este transformat nenergie cinetic, strbate cu vitez mare ajutajulde amestec 3, antrennd lichidul de pompat B;

o Se formeaz un amestec ntre fluidul motor ilichidul de pompat C, a crui energie cineticatinge valoarea maxim n gtul injectorului;

o Amestecul Ctrece apoi n difuzorul interior 4i

n difuzorul exterior 5, unde energia cinetic estetransformat treptat n energie de presiune.

INJECTOARE I


70/70


o AVANTAJE: aparate ieftine i sigure, transport i lichide cu materii n suspensie, se pot construi din materiale anticorozive.

o DEZAVANTAJE: necesit debite mari de fluid motor, au randament energetic sczut (15 30%).

o Amestecarea lichidului de pompat cu fluidulmotor poate deveni un avantaj atunci cnd,pe lng pompare, este dorit i nclzirealichidului.

transportul lichidelor

Documents