Introdução

A pressão dentro de uma tubulação de drenagem de mina raramente é tão simples quanto um número fixo.

Um tubo de mineração HDPE pode operar a uma pressão relativamente estável durante várias horas e depois sofrer uma mudança rápida quando uma bomba é iniciada, uma bomba para, uma válvula muda de posição ou o nível de água no sistema muda.

A drenagem profunda de minas acrescenta outro fator.

A diferença de elevação entre os pontos de bombeamento subterrâneos e a superfície cria pressão estática da água. O bombeamento então adiciona pressão sobre essa condição hidráulica.

Como resultado, diferentes seções do mesmo tubo de mineração HDPE podem experimentar diferentes condições de pressão.

Um tubo próximo ao fundo de uma seção vertical profunda pode estar sujeito a uma pressão estática muito maior do que um tubo próximo ao ponto de descarga.

Para os compradores de mineração, é por isso que o requisito de pressão de um tubo de mineração HDPE não pode ser determinado simplesmente observando a placa de identificação da bomba.

A pressão real ao longo da tubulação precisa ser compreendida.

A pressão da água muda com a elevação

A pressão da água aumenta com a profundidade devido ao peso da água acima dela.

Para uma coluna de água vertical, a relação hidrostática pode ser expressa como:

P=ρghP=\\rho gh

onde PP é a pressão hidrostática, ρ\\rho é a densidade da água, gg é a aceleração gravitacional e hh é a altura manométrica da água.

A fórmula é simples.

A parte importante para um tubo de mineração HDPE é o que acontece quando a diferença de elevação se torna grande.

Um sistema de drenagem de mina pode mover a água de um nível subterrâneo profundo em direção à superfície.

A seção inferior da tubulação pode, portanto, sofrer uma pressão estática substancial.

A pressão da bomba e a altura manométrica estática são então combinadas no sistema operacional real.

É por isso que uma especificação de tubulação baseada apenas na pressão de descarga da bomba pode ser enganosa se o perfil de elevação não for considerado.

A pressão não é a mesma em todos os lugares

Um longo tubo de mineração de HDPE não sofre uma pressão uniforme.

Mudanças de pressão ao longo da tubulação.

A pressão na estação de bombeamento depende da bomba e das condições locais.

À medida que a água sobe, a elevação consome carga hidráulica.

A pressão disponível ao longo da tubulação, portanto, muda.

Se a tubulação subir significativamente, as seções inferiores poderão sofrer pressão mais alta.

Isto é importante ao selecionar a classe de pressão.

Um tubo adequado para uma secção pode não ser necessariamente adequado para outra se as condições de pressão forem substancialmente diferentes.

Em muitos sistemas de drenagem de minas, entretanto, o uso de múltiplas classes de pressão ao longo de uma rota pode não ser prático. O perfil de pressão completo, portanto, precisa ser considerado antes da especificação do tubo de mineração HDPE.

A pressão interna altera ligeiramente o formato do tubo

Quando a pressão da água aumenta dentro do tubo de mineração HDPE, a parede do tubo é empurrada para fora.

O diâmetro aumenta ligeiramente.

A parede também sofre tensão circunferencial.

Quando a pressão cai, o tubo volta às suas dimensões anteriores.

Para um tubo rígido, esta deformação é relativamente pequena.

O HDPE se comporta de maneira diferente porque o polietileno é mais flexível.

Os dados de referência do PE100 fornecem um módulo-de longo prazo de aproximadamente 200 MPa e um índice de Poisson de cerca de 0,45.

Estas propriedades influenciam a forma como o tubo de mineração HDPE responde às mudanças na pressão interna.

O tubo não permanece absolutamente fixo dimensionalmente à medida que a pressão muda.

Ele responde.

Essa resposta faz parte do comportamento normal do tubo HDPE.

Por que a pressão operacional normal não é suficiente

Um sistema de drenagem de uma mina pode ter uma pressão normal de funcionamento de, por exemplo, vários MPa.

Esta é uma informação útil, mas não representa necessariamente a pressão máxima experimentada pelo tubo de mineração HDPE.

Uma bomba pode começar.

Uma válvula pode fechar.

O fluxo pode mudar.

A pressão pode mover-se temporariamente acima do valor operacional estável.

Esta é a mesma razão pela qual o golpe de aríete precisa ser considerado separadamente da pressão normal.

A orientação PE100+ identifica a operação da bomba e da válvula como causas potenciais de picos de pressão e recomenda a análise de picos onde as condições transitórias são significativas.

Portanto, um tubo de mineração HDPE precisa ser avaliado em relação ao envelope de pressão, em vez de uma leitura constante do manômetro.

A drenagem profunda de minas cria um problema de pressão diferente

Considere uma estação de bombeamento subterrânea a uma profundidade substancial.

O gasoduto sobe do nível subterrâneo em direção à superfície.

A bomba deve superar a diferença de elevação.

A própria coluna de água cria pressão.

Isto significa que a parte inferior do sistema pode ser exposta a uma pressão interna significativa, mesmo quando a vazão não é extremamente alta.

Esse é um dos motivos pelos quais os sistemas de drenagem de minas geralmente exigem tubos de mineração HDPE com classificação de pressão, em vez de tubos comuns de drenagem de baixa pressão.

O tubo não está sendo selecionado apenas pela quantidade de água que transporta.

Ela está sendo selecionada pela pressão criada pela movimentação da água pela mina.

A pressão do tubo e a capacidade de fluxo são diferentes

Essa distinção é fácil de ignorar.

Um grande tubo de mineração HDPE pode transportar uma alta vazão enquanto opera com uma perda de atrito relativamente baixa.

Um tubo menor pode exigir mais carga hidráulica para transportar o mesmo fluxo.

Mas nenhuma das afirmações nos diz se a parede do tubo pode suportar a pressão do sistema.

A capacidade de fluxo depende fortemente do diâmetro interno e da resistência hidráulica.

A capacidade de pressão depende da resistência do material, espessura da parede, SDR, temperatura e condições de projeto.

Os dois estão relacionados através da geometria física do tubo, mas não têm a mesma propriedade.

É por isso que uma especificação de tubo de mineração precisa de um diâmetro e de uma classe de pressão.

A temperatura altera a capacidade de pressão

A temperatura não deve ser ignorada ao discutir a pressão do tubo de mineração HDPE.

As propriedades de referência do PE100 são geralmente baseadas em condições de teste definidas.

À medida que a temperatura aumenta, o polietileno se torna menos rígido e seu desempenho de pressão permitido-a longo prazo pode diminuir.

A orientação PE100+ observa que a redução da pressão pode ser necessária em temperaturas elevadas, dependendo do padrão aplicável.

Para a drenagem de minas subterrâneas, a temperatura da água pode permanecer relativamente estável.

As tubulações de superfície podem experimentar uma faixa de temperatura muito mais ampla.

Um longo tubo de mineração de HDPE exposto à luz solar direta pode atingir temperaturas significativamente diferentes da água ou do solo circundante.

A especificação de pressão, portanto, precisa corresponder à faixa real de temperatura operacional.

O que acontece quando a pressão cai repentinamente?

A redução da pressão é outra condição que merece atenção.

Se uma bomba parar ou a condição do fluxo mudar rapidamente, a pressão interna poderá cair.

Dependendo do sistema, a pressão pode cair abaixo da pressão atmosférica em determinadas seções.

Agora a direção do carregamento muda.

Em vez de a água empurrar para fora contra a parede do tubo, a pressão externa pode se tornar mais importante.

Se a água subterrânea circundar um tubo de mineração HDPE enterrado enquanto a pressão interna cai significativamente, o tubo pode sofrer uma condição de pressão externa.

Isso conecta a variação de pressão com a resistência à flambagem.

Um tubo, portanto, precisa sobreviver tanto à alta pressão interna quanto à condição oposta, onde o suporte interno é reduzido.

Parâmetros do tubo de mineração HDPE para seleção de pressão

Estas são propriedades de referência do PE100. A classe de pressão real e a pressão operacional permitida de um tubo de mineração HDPE específico devem ser obtidas da especificação do produto certificado e do padrão de projeto aplicável.

Classe de Pressão e SDR

Para tubo PE100, o SDR está diretamente conectado à espessura da parede em relação ao diâmetro externo.

SDR inferior significa uma parede mais espessa.

SDR mais alto significa uma parede mais fina.

Os dados de projeto de referência PE100+ fornecem valores típicos de pressão operacional máxima sob suposições específicas, ilustrando a relação entre SDR e capacidade de pressão.

Para um comprador de drenagem de minas, isso é mais útil do que simplesmente pedir um “tubo de parede grossa”.

A classe de pressão deve ser claramente definida.

Se o sistema exigir PN10, a geometria do tubo deverá corresponder à especificação PN10 aplicável.

Se o requisito de pressão for menor, um SDR diferente poderá fornecer um diâmetro interno maior com o mesmo diâmetro externo.

Isso pode melhorar a capacidade hidráulica.

Novamente, a pressão e o fluxo estão conectados através da geometria real do tubo.

A estação de bombeamento faz parte do ambiente de pressão da tubulação

Uma tubulação de mineração de HDPE não deve ser avaliada independentemente da estação de bombeamento.

A bomba determina como a pressão é gerada.

As válvulas determinam como a pressão pode mudar.

O perfil de elevação determina quanta carga estática existe.

O diâmetro da tubulação determina quanta perda hidráulica ocorre.

A parede do tubo determina como o tubo contém a pressão resultante.

Esses componentes formam um sistema.

Isto é particularmente importante perto da descarga da bomba.

A primeira seção do tubo de mineração HDPE pode sofrer rápidas mudanças de pressão quando a bomba inicia ou para.

A tubulação mais a jusante pode experimentar a mesma onda de pressão em momentos diferentes e com condições de pressão local diferentes.

É por isso que as longas tubulações de drenagem de minas precisam ser consideradas sistemas completos.

Que informações um comprador deve fornecer?

Ao solicitar tubo de mineração PEAD para drenagem de mina, diversas informações tornam a seleção muito mais confiável.

O DN requerido é necessário.

A pressão operacional normal é necessária.

A pressão máxima é ainda mais importante.

A vazão necessária é necessária para verificar a capacidade hidráulica.

O comprimento da tubulação e a diferença de elevação mostram a carga hidráulica envolvida.

As condições de partida e parada da bomba ajudam a identificar possíveis pressões transitórias.

O método de instalação é importante porque um tubo enterrado pode sofrer pressão externa do solo e da água subterrânea.

A temperatura operacional também deve ser conhecida, especialmente para tubulações de superfície exposta.

Esses detalhes permitem que o tubo seja compatível com a mina real, em vez de ser selecionado a partir de um número de pressão.

Conclusão

A pressão dentro de um tubo de mineração HDPE não é necessariamente constante.

A drenagem profunda de minas pode criar uma carga estática substancial devido à elevação.

As bombas adicionam pressão operacional.

Válvulas e desligamentos de bombas podem criar pressão transitória.

A temperatura pode alterar o desempenho de pressão permitido do material PE.

Uma redução repentina da pressão pode até mudar o problema de pressão interna para pressão externa.

Para o tubo de mineração PE100, MRS, SDR, espessura da parede e temperatura operacional fazem parte do projeto de pressão.

É por isso que um tubo de drenagem de mina não deve ser selecionado apenas solicitando um tamanho DN ou combinando a pressão normal da bomba.

O tubo precisa ser compatível com o ambiente de pressão completo.

Para um comprador de mineração, a especificação útil não é simplesmente:

"Tubo HDPE para drenagem de minas."

É um tubo com uma definiçãoDN, classe de pressão, espessura da parede ou SDR, requisitos de vazão e condições operacionais.

Uma vez que essas condições estejam claras, o tubo de mineração HDPE pode ser selecionado como um tubo de pressão real, em vez de simplesmente como um tubo de plástico com diâmetro nominal.

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