Trabalho_de_desmonte_hidraulico.pdf

7/24/2019 Trabalho_de_desmonte_hidraulico.pdf

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INDICE

1. INTRODUO ........................................................................................................ 1

2. OBJETIVOS.............................................................................................................. 2

2.1. Objectivo geral ................................................................................................... 2

2.2. Objectivos especificos ....................................................................................... 2

3. DESMONTE HIDRULICO ................................................................................... 3

3.1. Vantagens ........................................................................................................... 4

3.2. Desvantagens ..................................................................................................... 5

3.2.1. Danos Ambientas ........................................................................................ 54. BOMBEAMENTO DAS FRENTES DE LAVRA ................................................. 10

4.1. Classificao das bombas ................................................................................ 10

4.1.1. Bombas de deslocamento ......................................................................... 10

4.1.2. Bombas rotativas ...................................................................................... 10

4.1.3. Bombas Centrfugas ................................................................................. 11

4.2. Tipos de Bombas usadas no Bombeamento de Polpa ...................................... 11

4.3. Como Selecionar uma Bomba ......................................................................... 115. PERDA DE CARGA NO BOMBEAMENTO DA POLPA ................................... 11

5.1. Escoamento Turbulento ................................................................................... 13

5.2. Escoamento Laminar ....................................................................................... 13

5.3. Nmero de Reynolds ....................................................................................... 13

6. ALTURA MANOMTRICA DO SISTEMA ........................................................ 16

6.1. Teorema de Bernoulli, Altura Manomtrica de Suco e de Descarga ........... 17

6.1.1. Teorema de Bernoulli ............................................................................... 176.1.2. Altura Manomtrica de Suco ................................................................ 18

6.1.3. Altura Manomtrica de Descarga ............................................................. 18

7. CONCLUSO ........................................................................................................ 20

8. BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................... 21


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1. INTRODUO

Neste trabalho a abordagem ser referente a minerao por Desmonte Hidrulico e

Bombeamento nas Frentes de Lavra, sendo esta efectuada por jateamento com gua, em

encostas, visando o desmonte do minrio, com esse jateamento forma-se uma polpa, quenormalmente constituida pelo minrio, estril e gua.

A gua a alta presso e alta velocidade, proveniente de um tanque elevado ou de uma

bomba centrfuga, levada contra a base de um banco por meio de um monitor , constitui

o sistema de desmonte hidrulico. O jato de gua usado para desintegrar, quebrar e

empolpar o material que passa a correr atravs de canais feitos na superfcie da lavra,

sendo dirigido para a bomba e posterior recalque.


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2. OBJETIVOS

2.1.Objectivo geral

Mostrar os vrios processos inerentes ao desmonte hidrulico e a posterior

tragetria da polpa.

2.2.Objectivos especificos

Apresentar a utilizao de equaes aplicadas ao clculo do fator de atrito no

bombeamento de polpa;

Os vrios factores que influenciam na seleco da bomba;

Conhecer a capacidade ideal que as bombas devem possuir.


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3. DESMONTE HIDRULICO

O Desmonte Hidrulica, que pode ser tanto subterrnea como a cu aberto, consiste em

utilizar a fora hidrulica (essencialmente gua) nas frentes de trabalho para o desmonte

do minrio.

A gua a alta presso e alta velocidade, proveniente de um tanque elevado ou de uma

bomba centrfuga, levada contra a base de um banco por meio de um monitor , constitui

o sistema de desmonte hidrulico. O jato de gua usado para desintegrar, quebrar e

empolpar o material que passa a correr atravs de canais feitos na superfcie da lavra,

sendo dirigido para a bomba e posterior recalque.

De todos os sistemas de lavra existentes, o hidrulico o nico que permite combinar odesmonte de um material, o seu transporte para uma estao de tratamento e sua

recuperao nessa mesma estao, assim como o posterior escoamento dos resduoscom

a energia obtida por um fluxo de gua.

Aplica-se fundamentalmente onde os materiais so desagregados por ao de gua

presso, como as aluvies de ouro, cassiterita, diamantes, ilmenita, rtilo, zircnio,

formaes argilosas, arenosas e outras.

Os equipamentos hidrulicos so equipamentos de desmonte, constitudos por uma

lana ou canho orientvel, de largo dimetro, que projeta um jato de gua sobre o

macio rochoso, que permite desagregar e arrastar os materiais, cujo estado de

consolidao apropriado para tal finalidade.


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Figura 1:Desmonte Hidrulico

Fonte:Ges Filho-2004.

3.1.Vantagens

A utilizao destes equipamentos tem as seguintes vantagens:

Desmonte contnuo do material a explorar;

Infra-estrutura mineira reduzida;

Equipamentos mais econmicos;

Menores necessidades de pessoal e com menor especializao;

Baixo custo de operao.


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3.2.Desvantagens

Os inconvenientes principais so:

Condies especficas do material a desmontar;

Grandes necessidades em caudal e presso de gua;

Necessidade de grandes reas para reteno de resduos;

Escassas probabilidades de seletividade;

Aplicabilidade do sistema quando o processo de tratamento posterior feito em

via mida;

Condies topogrficas adequadas para a circulao dos materiais desmontados;

Disposies restritivas sobre contaminao e impacto ambiental.

3.2.1. Danos Ambientais

Os principais danos ambientais causados pela mineraao pelos metodos de desmonte hidrulico

so os seguintes

Poluio das guas superficiais; Eroso e assoreamento de cursos de gua;

Remoo da cobertura vegetal;

Perda do solo vegetal;

Inviabilizao do uso futuru do solo.

Na realizao do desmonte hidrulico devem ser observadas as seguintes regras:

Os operrios e os equipamentos que efetuam o desmonte devem estar protegidos

por uma distncia adequada de forma que os possveis desmoronamentos e

deslizamentos do talude no os atinjam;

proibida a entrada de pessoas no autorizadas nos taludes onde se realiza o

desmonte hidrulico;

O pessoal, no desmonte hidrulico deve estar provido de equipamento especfico

e adequado para servios em condies de alta umidade;


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Para instalaes do desmonte hidrulico que funcionam com presses de gua

acima de 10 Kg/cm2 devem ser cumpridas as seguintes regras adicionais:

a) Os tubos, os acoplamentos e os suportes das tubagens de presso devem ser

apropriados para esta finalidade (certificados dos fornecedores, provas

aleatrias);

b) Deve existir um suporte para o equipamento;

c) A instalao deve ter um dispositivo para desligar a bomba de presso em caso

de emergncia, podendo este ser acionado pelo pessoal que estiver a trabalhar

com o equipamento.

De acordo com as caractersticas mecnicas do macio rochoso existem dois

esquemas de lavra bsicos:

Desmonte direto do material que se encontra na frente de trabalho;

Desmonte do material, aps uma previa desagregao;

O princpio geral de trabalho quando possvel desmontar o macio diretamente,

corresponde ao seguinte esquema operativo:

Projeo do jato sobre o p do talude de modo a criar uma sobreescavao do

mesmo at que se origine a queda do talude;

O material desmontado submetido ao do jato de modo a promover a sua

desagregao e escoamento ao longo do canal de transporte;

Uma vez limpa a frente, o equipamento aproximado da nova frente de

trabalho, repetindo-se o ciclo.

As distintas possibilidades de posicionamento do equipamento do origem as trs

esquemas de lavra, segundo as direes relativas do jato projetado e da polpa escoada:

a. Em direo;

b. Em contracorrente;

c. Misto.


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Figura 2:Diferentes desmontes hidrulicos

Fonte: Ges Filho-2004.

Legenda:

1- Equipamento;

2- Tubagem de alimentao;

3- Canal de transporte

4- Captao

5-Estao de bombeamento

6-Tubagem da polpa

7- Polpa


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O desmonte em direo caracterizado pela direo de circulao da polpa coincidir

com a direo do jato de gua projetado, sendo aplicado sobre frentes com altura

inferior a 8 m.

O desmonte em contracorrente aplica-se fundamentalmente em grandes frentes detrabalho que podem variar entre os 20 a 30 m, sendo esta a altura mxima permitida por

motivos de segurana.

O desmonte misto utilizado quando se aplicam vrios equipamentos na mesma frente

de trabalho, permitindo o arranque do material situado na zona intermdia de dois

equipamentos.

Mtodo de lavra pode-se definir como o conjunto de processos utilizados e de solues

adotadas para a remoo da substncia til contida numa frao da jazida.

Este mtodo tem baixo rendimento de toda energia utilizada, grande parte consumida

em perdas remanescente no quebrado e no empolpado. Com isto grande quantidade

de gua transportada de carga da linha e atritos do jato hidrulico com a atmosfera,

restando uma quantidade relativamente pequena de energia para o trabalho de quebrar e

empolpar. Tambm h dificuldade prtica em se dirigir o jato contnuamente contra a

parte do material ao banco, que consumir mais energia para ser retirada por

bombeamento, diluindo a polpa e consumindo mais energia. Esta ineficincia do

desmonte hidrulico no tem maior relevncia nos locais onde energia potencial natural

disponvel.

A energia cintica do jato de gua que sa do bocal do monitor, se transforma e

perdida rapidamente durante sua passagem atravs do ar, conforme est bem

demonstrado nas tabelas I e II, Distncia versus capacidade e Altura manmetrica

versus distncia, respectivamente. A correlao entre a altura manmetrica e velocidade

do jato, dada pela seguinte expresso;

V= c(2.g.h)0,5


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onde:

v = velocidade , m/s

h = altura manmetrica no bocal, mca

g = acelerao gravidade, 9,81 m/s2

c = constante adimensional do bocal, c=0,95

DESEMPENHO DO MOTOR versus CONSUMO DE AGUA/ MATERIAL

Distancia do motora face de

desmonte, metros

5 10 15 20

M3de material

desmontado

100 93 74 48

Consumo de agua

em m3por m3de

material

8 8.6 10.8 16.7

Tabela 1: Desempenho do motor versus consumo de Agua/ Material

Fonte: Macintyre (2010)

ALCANCE versus ALTURA MANOMETRICA

Altura manometrica em

metros

20 40 60 80

Alcance em metros 10 21 31 41

Tabela 2: Alcance versus altura manometrica

Fonte: Macintyre (2010)


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A produtividade do desmonte hidrulico possuiu variveis intrnsicas nas caractersticas

do solo. Argilas e outros materiais dispersos, so rapidamente fluidizados e formam

polpas de alta concentrao. Argilas plsticas possuem comportamento reologico nem

sempre definido e invariavelmente requerem energia adicional e maior tempo para sua

desintegrao.

4. BOMBEAMENTO DAS FRENTES DE LAVRA

O bombeamento de polpa um dos meios mais simples, econmico e rpido parase

transportar slidos. As bombas de polpa so usadas em plantas de beneficiamento

mineral, onde polpas de minrio so bombeadas entre os processos de concentrao.

Para a seleo de bombas de polpa, assim como para as bombas de gua, necessrio

conhecer a vazo e a altura manomtrica, ou seja, o ponto de operao da bomba.

Para determinadas vazes de bombeamento e concentraes de slidos, os fatores de

atrito sero calculados por meio das equaes j apresentadas. Os resultados tericos

sero confrontados com valores obtidos em um bombeamentode polpa real no qualsero consideradas as mesmas vazes e concentraes de slidos.

4.1.Classificao das bombas

4.1.1. Bombas de deslocamento Bombas de pisto;

Bombas de diafragma.

4.1.2. Bombas rotativas

Engrenagem;

Parafuso;

Palheta;

Lbulo.


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4.1.3. Bombas Centrfugas Radiais;

Fluxo misto;

Axial.

4.2.Tipos de Bombas usadas no Bombeamento de Polpa

Bombas XM e XR com base deslizante;

Bombas VASA HD com base deslizante;

Bombas Centrfugas.

4.3.Como Selecionar uma Bomba

Determine a vazo e a altura manomtrica total requerida;

Procure a bomba de menor potncia que satisfaa esses valores, ou seja, a

bomba mais eficiente, de melhor rendimento.

5. PERDA DE CARGA NO BOMBEAMENTO DA POLPA

Segundo (Macintyre, 2010), a perda de carga resulta do atrito interno da polpa, isto , de

sua viscosidade, da resistncia oferecida pelas paredes dos tubos em virtude da

rugosidade e das alteraes nas trajetrias das partculas slidas e lquidas impostas

pelas vlvulas, conexes e acessrios.

Segundo Kamand (1988), o clculo de perdas de carga em tubulaes fonte constante

de estudos, uma vez que esse fator refere-se perda de energia provocada por atritosque ocorrem entre a gua e as paredes das tubulaes, como conseqncia da interao

entre viscosidade e rugosidade, sendo refletida nos custos da instalao.

A perda de carga no bombeamento da polpa pode ser obtida por meio daequao de

Darcy-Weisbach apresentada a seguir (Valado e Arajo, 2007):


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Onde:

f h = perda de carga;

f = fator de atrito;

L = comprimento total da tubulao;

V = velocidade de escoamento da polpa;

g = acelerao da gravidade;

D = dimetro interno dos tubos.

Para Macintyre (2010), a perda de carga provocada por uma conexo, vlvula ou

acessrio, igual perda produzida por certo comprimento de tubo, a esse comprimento

d-se o nome de comprimento equivalente. Conforme tabela 1, um cotovelo de 90 de

1 provoca a mesma perda de carga que 0,5 m de tubo do mesmo dimetro. Sendo

assim, o comprimento total da tubulao ( L ) o comprimento dos tubos somados aos

comprimentos equivalentes das vlvulas, conexes e acessrios.

DN Curva 90 RL Te Passagem

Direita

Valvula Esfera Entrada

Normal

0,2 0,3 0,1 0,2

0,3 0,4 0,1 0,2

0,3 0,5 0,2 0,3

0,4 0,7 0,2 0,4

0,5 0,9 0,3 0,5

0,6 1,1 0,4 0,7

0,8 1,3 0,4 0,9

1,3 2,1 0,7 1,6

Tabela 3: Comprimento equivalente a tubo que provoca a perda da carga

FONTE: Macintyre (2010)

De acordo com Azevedo Netto e Alvarez (1991), o fluxo de um lquido em uma

tubulao pode ser classificado em turbulento e laminar.


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5.1.Escoamento Turbulento

O escoamento turbulento ocorre quando as partculas de um fluido no se movem ao

longo de trajetrias bem definidas, ou seja, as partculas descrevem trajetrias

irregulares, com movimento aleatrio, produzindo uma transferncia de quantidade de

movimento entre regies de massa lquida. Este escoamento comum na gua, cuja

viscosidade relativamente baixa. Neste tipo de escoamento as partculas se misturam

de forma no linear, isto , de forma catica com turbulncia e redemoinhos, em

oposio ao fluxo laminar. As distribuies de presso, densidade e velocidade

apresentam uma componente aleatria de grande variabilidade no espao e/ou no tempo.

(RODRIGUES, LUIZ)

5.2.Escoamento Laminar

O escoamento laminar ocorre quando as partculas de um fluido movem-se ao longo de

trajetrias bem definidas, apresentando lminas ou camadas e tendo cada uma delas a sua

caracterstica preservada no meio. No escoamento laminar a viscosidade age no fluido no

sentido de amortecer a tendncia de surgimento da turbulncia. Este escoamento ocorre

geralmente a baixas velocidades e em fluidos que apresentem grande viscosidade.

Essa caracterstica determinada atravs do clculo de um parmetro adimensional

denominado Nmero de Reynolds(Re).

5.3.Nmero de Reynolds

O nmero de Reynolds - um nmero adimensional, usado em mecnica dos fluidos,

que caracteriza o comportamento global de um fluido. A partir dele, podemos

determinar a natureza do escoamento (laminar ou turbulento) dentro de um tubo ou

sobre uma superfcie. (FOX, MCDONALD, PRITCHARD, 2006)

O seu nome vem de Osborne Reynolds, um fsico e engenheiro irlands, que

demonstrou experimentalmente os dois tipos distintos de escoamento referidos

anteriormente. O seu significado fsico um quociente entre as foras de inrcia e as

foras de viscosidade.


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Analisando essa relao, podemos deduzir que se o nmero de Reynolds for alto, os

efeitos viscosos so desprezveis; e se for baixo, os efeitos viscosos so dominantes.

Para o escoamento em tubos, o nmero de Reynolds calculado da seguinte forma:

Onde:

V = velocidade mdia de escoamento;

D = dimetro interno da tubulao;

v = viscosidade cinemtica do fluido.

Segundo Crane (1978), a velocidade mdia atravs seo transversal de um tubo determinada pela equao:

Onde:

Q = vazo volumtrica;

A = rea da seo transversal ao tubo.

A viscosidade cinemtica de um fluido o quociente entre a viscosidade dinmica e a

massa especfica do fluido. Aplicando-se a uma polpa, a viscosidade cinemtica obtida

pela frmula:

Onde:= viscosidade cinemtica da polpa;

= viscosidade dinmica da polpa;= massa especfica da polpa.

A massa especfica da polpa determinada pela equao:

Onde:

= massa especfica do slido;


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= massa especfica do lquido;

= concentrao mssica.

A concentrao mssica da polpa obtida pela equao:

Onde:

= massa de slidos;

= massa total da polpa.

A viscosidade dinmica da polpa pode ser obtida pela frmula do engenheiro D.

G.Thomas (Mader, 1987) apresentada a seguir:

= viscosidade dinmica do lquido;

= concentrao volumtrica de slidos.

A concentrao volumtrica () da polpa que dada pela equao:

Obtido o nmero de Reynolds, o regime de escoamento poder ser determinado

conforme tabela:

Re Regime

Laminar

Transitorio

Turbulento

Tabela 4: Regime de escoamento



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6. ALTURA MANOMTRICA DO SISTEMA

A Altura Manomtrica do Sistema(H) - definida como a energia que o sistema vai

solicitar da bomba para que esta consiga transferir um fluido de um reservatrio a outro

a uma determinada vazo. Essa energia ir variar levando-se em conta as resistncias

que este sistema fornece ao fluido. Tais resistncias so: a altura geomtrica (h), a

diferena de presso entre os reservatrios de descarga (Pd) e suco (Ps) e as perdas de

carga da rede (hf).

A Altura Geomtrica(h) - a diferena entre os nveis dos reservatrios de descarga

(Zd) e de suco (Zs), que podem ser vistos na figura 3. Essas medidas so feitas a

partir da superfcie do fluido, no reservatrio em que se encontram, at a linha de centrodo rotor da bomba. Para obtermos a perda de carga total da rede devemos somar as

perdas de carga da suco (hfs) e descarga (hfd).

Figura 3: Alturas Geomtricas dos Reservatrios


O clculo da altura manomtrica total feito considerando-se o quanto de energia j

existe na linha de suco (hs) e o quanto de energia se deve ter na linha de recalque

(hd). A bomba dever fornecer a quantidade de energia requisitada na linha de recalque

menos a quantidade de energia que existe na linha de suco. Para essas quantidades de


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energia damos os nomes de altura manomtrica de suco e altura manomtrica de

descarga, respectivamente. Portanto, a altura manomtrica total ser dada pela diferena

hdhs. (DE MATTOS, DE FALCO,1998)

Existem duas formas para calcularmos a altura manomtrica de suco e de descarga.

Uma forma pela aplicao do Teorema de Bernoulli. Esse procedimento ser descrito

no tpico seguinte. Outro procedimento utilizado atravs da medio na prpria

instalao. Obviamente, a instalao nesse caso j deve estar operando. Neste trabalho

ser abordado apenas o primeiro mtodo.

6.1.Teorema de Bernoulli, Altura Manomtrica de Suco e de Descarga

6.1.1. Teorema de Bernoulli

O teorema de Bernoulli representa um caso particular do princpio da conservao de

energia, expressando que num fluido ideal, a energia se conserva ao longo de seu

percurso. A energia total de um fluido pode se apresentar das seguintes formas: energia

de presso, que a energia do fluido devido presso que possui; energia cintica, que

a energia devido velocidade do fluido e a energia potencial gravitacional, que a

energia devido altura que se encontra o fluido. A energia de presso por unidade de

peso em um determinado ponto do fluido definida como:

Onde:

P: a presso atuante num ponto do fluido

: o peso especfico do fluido.

A energia cintica por unidade de peso definida como:


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Onde:

V: a velocidade do fluido

g: a acelerao da gravidade.

6.1.2. Altura Manomtrica de Suco

A altura manomtrica de suco(hs) - definida como a quantidade de energia por

unidade de peso existente na linha de suco. Para calcularmos, devemos aplicar o

Teorema de Bernoulli, mostrado acima, entre um ponto na superfcie do fluido no

reservatrio de suco e o flange da bomba. O termo que contabiliza a velocidade no

reservatrio de suco pode ser desprezado. Desta forma, obtemos a expresso:

importante notar que o valor de Zs pode ser positivo ou negativo, dependendo da

instalao que compe o sistema. Analisando a expresso, podemos ver de forma clara

que quanto maior a altura do reservatrio de suco ou a presso existente nele, maior

ser a quantidade de energia na linha de suco. E como queremos saber a quantidade

de energia lquida, devemos descontar a quantidade de energia perdida pelo fluido no

percurso.

6.1.3. Altura Manomtrica de Descarga

A altura manomtrica de descarga - definida como a quantidade de energia por

unidade de peso que se quer obter no ponto final da linha de descarga. Assim, aplicamos

o Teorema de Bernoulli da mesma forma que foi feita para a suco. Nesse caso,aplicamos entre o flange da bomba e a superfcie do fluido do reservatrio de descarga.

Obtemos, ento, a seguinte expresso:

Da mesma forma que no clculo da altura manomtrica de suco, Zd pode assumir

valores tanto positivos quanto negativos, dependendo apenas da instalao. Essa

expresso demonstra a quantidade de energia necessria para que o fluido consiga


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chegar ao ponto requisitado atendendo as condies do processo. Quanto maior a altura

geomtrica, a presso do reservatrio e a perda de carga, maior ser a quantidade de

energia requerida. (DE MATTOS, DE FALCO,1998)


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7. CONCLUSO

Findo o trabalho referente ao Desmonte Hidraulico e Bombeamento nas frentes de lavra

concluiu-se que o Desmonte Hidrulica pode ser feito tanto a subterrnea como a cu

aberto, consistindo assim em utilizar a fora hidrulica nas frentes de trabalho para odesmonte do minrio.

De todos os sistemas de lavra existentes, o hidrulico o nico que permite combinar o

desmonte de um material, o seu transporte para uma estao de tratamento e sua

recuperao nessa mesma estao, assim como o posterior escoamento dos resduoscom

a energia obtida por um fluxo de gua. Aplicando-se fundamentalmente onde os

materiais so desagregados por ao de gua presso, como as aluvies de ouro,

cassiterita, diamantes, ilmenita, rtilo, zircnio; formaes argilosas, arenosas e outras.

Indo no que se refere ao Bombeamento nas frentes de lavra, salientar que De acordo

com Azevedo Netto e Alvarez (1991), o fluxo de um lquido em uma tubulao pode ser

classificado em turbulento, laminar ou crtico.


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8. BIBLIOGRAFIA

AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS, ASME B 36.10: Welded

and Seamless Wrought Steel Pipe. Nova Iorque, 2004.

ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. NBR 5626: Instalao

Predial de gua Fria. Rio de Janeiro, 1998.

BETINOL, R.G.;ROJAS L.N. (2008). Slurry Pipeline Design Approach. Chile.

BHP BILITON. (2007). Critrio general de diseo hidrulica. Santiago.

MACINTYRE, A. J. Instalaes Hidrulicas Prediais e Industriais. 4. ed. Riode Janeiro: LTC, 2010.

MADER, W. R. Bombeamento de Polpa (Apostila). Belo Horizonte: EPC,1987.

THE AMERICAN SOCIETY OF MECHANICAL ENGINEERS, ASME B31.11, The

Slurry Transportation Piping Systems, New York, 2002, 86p.

VALADO, G. E.; ARAJO, A. C. Introduo ao Tratamento de Minrios.

Belo Horizonte: UFMG, 2007.

WASP, E. J., KENNY, J. P., & GANDHI, R. L. (1977). Solid-Liquid Flow Slurry

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