www.referate gratis.ro curs transportul lichidelor

8/13/2019 Www.referate Gratis.ro Curs Transportul Lichidelor

1/71

3/3/2003Lucian GavrilaOPERATII UNITARE I 1

OPERATII UNITAREHIDRODINAMICE

TRANSPORTUL FLUIDELORAMESTECAREA

SEDIMENTAREA

FILTRAREA


2/71


3/71


TRANSPORTUL FLUIDELOR

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.


4/71


TRANSPORTUL FLUIDELORo 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,

o n cazul lichidelor sub aciunea energieipoteniale create de o diferen de nivel.


5/71


TRANSPORTUL FLUIDELOR

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 videste datutilajelor care servesc la realizarea uneidepresiuni sau la evacuarea unui recipient.


6/71


TRANSPORTUL FLUIDELORPentru a provoca deplasarea (curgerea) fluidelor

exist mai multe posibiliti, i anume:1. prin aciunea unei fore centrifuge;2. prin deplasarea unui volum de fluid: fie pe cale

mecanic, 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.


7/713/3/2003Lucian GavrilaOPERATII UNITARE I 7

FENOMENE N FLUIDEo ADEZIUNEAeste 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)



TENSIUNEA SUPERFICIAL

r0

A

F

R

A

a. b.



TENSIUNEA SUPERFICIALo n cazul redat n fig. a, forele exercitate

de moleculele aflate n sfera de aciunemolecular sunt simetrice, iar rezultantalor este nul.

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

acionnd ca o compresiune.



TENSIUNEA SUPERFICIALo Forele de coeziune Ftangente la

suprafaa 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(tensiuneinterfacialdac este vorba de suprafaa

de contact a dou lichide nemiscibile):

dl

Fd

l

F

l

lim

0

(25)



TENSIUNEA SUPERFICIALo Formula dimensional a tensiunii superficiale este:

o Tensiunea superficial se exprim n kg/s2sauN/m.

o Tensiunea superficial se manifest i n punctele

comune 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)



TENSIUNEA SUPERFICIAL

l2

l1

g

23

31

1231 3123

23

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)


14/71



TENSIUNEA SUPERFICIALo 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


16/713/3/2003

Lucian GavrilaOPERATII UNITARE I 16

TENSIUNEA SUPERFICIALo Denivelarea ha lichidelor n tuburi capilare

se poate calcula cu relaia:

o n 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)


17/713/3/2003


TENSIUNEA SUPERFICIALo Valoarea tensiunii superficiale depinde de

natura fluidelor n contact i detemperatur.o Tensiunea superficial scade cu creterea

temperaturii.o Pentru acelai lichid n contact cu gazediferite, tensiunea superficial variazpuin cu natura gazului.

o Tensiunea superficial influeneazdimensiunile i forma picturilor de lichid inatura curgerii bifazice lichid - gaz.


18/71


19/713/3/2003


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 imploziei refcndu-seastfel 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.


20/71


21/713/3/2003


CAVITAIAo Efectele mecanice nedorite datorate

cavitaiei 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.


22/71


TRANSPORTUL LICHIDELOR


23/71



o Ecuaia Bernoulli pentru regim staionarpoate fi pus sub forma:

o Sau: QHHvvzzgW

12

2

1

2

212 2

1(1)

FdPvvvzzgW s 21

21

2212

21 (2)


24/71



o Pe baza acestor dou ecuaii se poateafirma c energia W furnizat pompei arerolul de a: ridica un lichid de la nlimea z1la nlimea z2;

mri viteza unui fluid de la v1la v2; ridica presiunea unui fluid de la P1la P2; mri entalpia unui gaz de la H1la H2;

Transporta fluidul prin nvingerea frecrii F.


25/71


RELAII I MRIMI CARACTERISTICE N


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 cupompa sau grupul depompe alctuiesc

agregatul de pompare(AP).

A

R

AP

C

C

C C S C


26/71

3/3/2003Lucian Gavrila

OPERATII UNITARE I 26

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

V

VMM (3)



27/71




NLIMEA MANOMETRICo Dac ecuaia (2) se mparte prin acceleraia

gravitaional g, se obine:

m

Zg

W

g

F

g

PPvv

gzz

122

1

2

2122

1(4)



28/71




o care se mai poate scrie sub forma:

o unde Zmestenlimea manometric asistemului.

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)



29/71




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



30/71




o energia necesarmririi vitezei lichiduluide la

valoarea v1la intrare n conducta de aspiraie lavaloarea v2la ieire din conducta de refulare.Dac ambele conducte au acelai diametruinterior, viteza lichidului n conducta de aspiraieva fi tot v2;

o energia necesarmririi presiunii statice alichiduluide la valoarea P1, deasupra lichidului nspaiul de aspiraie, la valoarea P2, deasupralichidului n spaiul de refulare;

o energia necesar ridicrii lichiduluide la cota z1lacota z2;o energia necesar nvingerii rezistenelor prin

frecare i a rezistenelor hidraulice localepe

traseul pe care se deplaseaz lichidul.



31/71




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

n care diferena:

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

g

P

g

PP

g

vvzzZ frm

12

2

1

2

2

122

12 zzZG

(6)

(7)



32/71




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.



33/71




ZG

Ilustrarea relaiei dintre nlimea geometric i presiunea

hidrostatic



34/71




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, vaiviteza medie a lichidului la ieire din pomp,

vr, energia transferat efectiv lichidului sepoate scrie, n termeni de nlimi:



35/71




unde Zmeeste nlimea manometricefectiva pompei.o Aceasta nu conine termenul corespunztor

energiei transferate lichidului pentrunvingerea frecrilor i ocurilor acestuia ncorpul pompei.

0

22

2Z

gvv

gPPZ ararme

(8)



36/71




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

n care Zmtpoart denumirea de nlime

manometric teoretic a pompei.o Randamentul hidraulical pompei, h:

g

PZ

g

vv

g

PPZ

parar

mt

0

22

2

(9)

mt

me

hZ

Z (10)



37/71




NLIMEA DE ASPIRAIEo mrime deosebit de important pentru

amplasarea pompei n sistemo Pt. calculul nlimii de aspiraie, Z

a, se

scrie bilanul energetic ntre nivelullichidului n rezervorul de aspiraie (punctul1 din fig.) i cota axului racordului de

aspiraie (centrul pompei din fig.):



38/71




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

2

11

2

2

(11)



39/71




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;o Pfasp= pierderea de presiune prin frecare

i rezistene locale pe poriunea dintrespaiul de aspiraie i intrarea n pomp.



40/71




-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

]

Altitudine

a[m]

o Dac spaiul de

aspiraie estedeschis, P1estetocmai presiuneabarometric Pbexercitat lasuprafaalichidului.

o Aceasta estefuncie de

altitudineaamplasamentului(tab. 4.1 Trsp.fluidelor).



41/71




o Presiunea Paspa lichidului n corpul pompeicnd se realizeaz aspiraia nu trebuie sfie mai mic dect presiunea de vapori alichidului, Pvap, la temperatura la care se

face aspiraia (tab. 4.2).o n caz contrar, o parte din lichidul aspirat

se poate transforma n vapori, ducnd la

apariia fenomenului nedorit de cavitaie.


42/71



43/71




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)



44/71




o Dac n condiiile

n care se faceaspiraia rezultdin calcul Za< 0,pompa se vaamplasa subnivelul lichiduluidin vasul de

aspiraie, pentruca lichidul scurg liber npomp(b).

a. b.



45/71




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. Captul

inferior al conductei trebuie s fie la celpuin 0,5 m sub nivelul apei din rezervor ila cel puin 0,5 m distan de fund.



46/71




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

de

putere

Motor TransmisiePomp

(Grup de

pompe)

Ansamblul

utilajelor

iconductelor

Nins

Nmot

Na

Ni N

e N

u N

n

PUTEREA I RANDAMENTUL


47/71



48/71




randamentul hidraulic al pompei, h=Ne/Ni,

ine seama de pierderile de energie prinfrecarea i ocurile lichidului n pomp; randamentul volumic al pompei, V, definit

prin ecuaia (10), ine seama de consumulsuplimentar de energie pentru a acoperipierderile de debit. Se poate scrie i:

V= Nu/Ne;



49/71




o randamentul total al pompei, p, este dat de

produsul 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 randamentulmotorului:

Vhmp

mottrpT



50/71




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

[kW]1000

Vmn

mgZN (14)



51/71




o Puterea de antrenarese calculeaz dup

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

o Dac pompa aleas nu satisface condiia: Zme

> Zm

i/sau cerinele de debit, atunci fie se leag nserie sau n paralel mai multe pompe, fie se alegeun alt tip de pomp.

[kW]1000 p

Vmea mgZN

(15)


52/71



53/71




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

[kW]motins

NN (17)

Putereanecesar [kW] < 1 1 - 5 5 50 > 50

Factor deinstalare 2 1,50

1,50 1,20 1,20 1,15 1,10


54/71


55/71



POMPE FR ELEMENTEMOBILE

SifonulMontejusulGaz-liftul

Injectoare, ejectoare

SIFONUL


56/71



SIFONUL

o 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


57/71

SIFONUL


58/71



SIFONUL

o O a doua condiie de funcionare este capresiunea n punctul cel mai nalt (punctul C)al sifonului s fie superioar presiunii desaturaie a lichidului la temperatura de

lucru.o Aplicnd ecuaia Bernoullipe poriunea AC

a sifonului din fig. 4.5, se obine:

02

12

FPPvzg C

(18)

SIFONUL


59/71



SIFONULo Ecuaia (18) se poate pune sub forma:

z = diferena de nivel dintre punctul Ci suprafaa

lichidului, 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(inclusivrezistena de la intrarea n sifon),

PS= presiunea de saturaie a lichidului la temperaturade lucru.

SC Pfg

vzgPP

2

2

1 (19)

SIFONUL


60/71



SIFONUL

o Debitul sifonului se determin aplicndecuaia Bernoullintre punctele 1i 2, deintrare, respectiv ieire a lichidului dinsifon:

''2

0'2

'

21

21

2

FPPzgv

FPPvzg

(20)

SIFONUL


61/71



SIFONUL

o Dac presiunile n punctele 1i 2sunt 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 este

acelai 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


62/71



MONTEJUSUL

o Este un utilaj static, cu

funcionareintermitent, utilizatpentru transvazareaunor fluide a croragresivitate chimiceste foarte mare.Pentru transvazare se

folosete aerulcomprimat (0,3 0,4MPa) sau alt gaz inert.

GAZ LIFTUL


63/71



GAZ-LIFTUL

o 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


64/71



GAZ-LIFTULo n principiu, un

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

poriunea Hsnlichidul de pompat.La extremitateainferioar a eviiintr o eav maisubire prin careeste adus aerulcomprimat.

Aer comprimat

1

2

3

4

Hs

Hp

H

GAZ LIFTUL


65/71



GAZ-LIFTUL

o Suspensia lichid aer se ridic pn lacaptul superior al evii de refulare daceste ndeplinit condiia:

o unde li msunt respectiv densitatealichidului i densitatea suspensiei lichid aer,

o este nlimea de pompare(23).

lplsm

HHHH (22)

sp HHH


66/71

INJECTOARE I EJECTOARE


67/71



INJECTOARE I EJECTOAREo Injectoarele= aparate care servesc la

ridicarea 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 Ejectoareleau o construcie similar cu ceaa injectoarelor, dar au rolul funcional de a

evacua un fluid dintr-o incint.



68/71




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



69/71



INJECTOARE I EJECTOAREo Fluidul motor Aintr 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 4 i

n difuzorul exterior5, unde energia cinetic estetransformat treptat n energie de presiune.



70/71



INJECTOARE I EJECTOAREo 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.


71/71

www.referate gratis.ro curs transportul lichidelor

Documents