Diagnóstico hidráulico de transferência gravitacional de OLUC para decantador (Óleo de motor contaminado)

Uma planta piloto de rerefino de óleo lubrificante usado opera uma linha de transferência sem bombeamento, utilizando apenas a diferença de nível entre um tanque pulmão elevado e um decantador atmosférico.
O sistema apresenta instabilidade operacional: em alguns momentos o escoamento ocorre normalmente; em outros, a vazão cai, há acúmulo de borra na linha, formação de bolsões de ar e entrada turbulenta no decantador, prejudicando a separação óleo/sólidos.
O fluido é OLUC aquecido, contendo frações leves, partículas finas e traços de água. A viscosidade varia fortemente com a temperatura.

Dados industriais

Parâmetro Valor
Vazão desejada 8,0 \mathrm{~m}^{3} / \mathrm{h}
Densidade média do OLUC 890 \mathrm{~kg} / \mathrm{m}^{3}
Viscosidade a 70^{\circ} \mathrm{C} 0,08 \mathrm{~Pa} \cdot \mathrm{~s}
Viscosidade a 50^{\circ} \mathrm{C} 0,22 \mathrm{~Pa} \cdot \mathrm{~s}
Diferença geométrica de nível disponível 6,5 \mathrm{~m}
Comprimento total da linha 85 m
Diâmetro interno da linha 2"
Pressão no tanque pulmão Atmosférica
Pressão no decantador Atmosférica
Perda localizada estimada dos acessórios 1,4 \mathrm{~m}
Perda adicional por válvula parcialmente aberta 0,9 \mathrm{~m}
Altura mínima para entrada calma no decantador 0,8 \mathrm{~m}
Margem operacional mínima exigida 15%

Enunciado

Avalie se a transferência por gravidade é tecnicamente viável e proponha uma solução de engenharia para estabilizar o escoamento sem instalar bomba. A análise deve considerar perda de carga, energia disponível, variação de viscosidade, estabilidade operacional e impacto na separação posterior.

a) Balanço energético industrial

Monte o balanço de energia do sistema sem bomba, considerando que tanque e decantador estão abertos à atmosfera. Explique o papel físico de cada parcela envolvida: energia disponível por desnível, perda distribuída, perdas localizadas, perda na válvula, energia de entrada no decantador e margem operacional.

b) Margem hidráulica operacional

Determine a margem mínima de segurança exigida para o sistema. Em seguida, calcule a altura útil disponível para vencer as perdas hidráulicas reais. Discuta se a planta opera com folga ou próxima do limite.

c) Perda distribuída admissível

Determine qual é a perda distribuída máxima aceitável na linha, após descontar perdas localizadas, perda adicional da válvula, energia mínima para entrada calma no decantador e margem de segurança. Com base no resultado, avalie se uma linha de 85 m transportando óleo viscoso por gravidade é compatível com operação robusta.
d) Efeito da temperatura e da viscosidade
Compare a condição de operação a 70^{\circ} \mathrm{C} com a condição a 50^{\circ} \mathrm{C}. Determine quantas vezes a viscosidade aumenta quando a temperatura cai e discuta como isso afeta perda de carga, vazão real, estabilidade do escoamento, risco de deposição de borra e controle operacional.

e) Diagnóstico das falhas observadas

Associe cada sintoma a uma causa hidráulica provável e explique tecnicamente: queda intermitente de vazão; acúmulo de borra; bolsões de ar; alimentação agressiva; piora da separação óleo/sólidos.
f) Critério de viabilidade sem bomba
Com base na energia disponível e nas perdas totais do sistema, conclua se a operação por gravidade é viável. Explique o que ocorre fisicamente quando as perdas hidráulicas se aproximam ou superam a energia disponível por desnível.

g) Redesenho industrial da linha

Proponha uma solução técnica para estabilizar o escoamento sem bomba. A proposta deve conter pelo menos quatro intervenções justificadas tecnicamente.

h) Integração com o decantador

Explique por que melhorar apenas a transferência hidráulica não garante boa separação no decantador. Discuta energia de entrada, turbulência local, ressuspensão de sólidos, tempo de residência, formação de emulsão, arraste de finos e necessidade de zona calma.

i) Parecer técnico final

Elabore um parecer conclusivo respondendo: o sistema atual é robusto? A queda de temperatura pode inviabilizar a transferência? A válvula parcialmente aberta é adequada? A solução deve priorizar aumento da carga disponível ou redução das perdas? Quais são as três intervenções mais urgentes?

Passo 1

O que o enunciado pede e os dados que temos (peguei todos estes números do enunciado):
  • Perguntas pedidas: (a) montar balanço energético sem bomba e explicar cada parcela; (b) determinar margem mínima exigida e calcular altura útil disponível; (c) achar perda distribuída máxima admissível e avaliar compatibilidade; (d) comparar efeitos entre \,70^\circ\mathrm{C} e \,50^\circ\mathrm{C} (viscosidade); (e) diagnosticar causas hidráulicas dos sintomas observados; (f) decidir se a transferência por gravidade é viável e explicar o que ocorre quando perdas \geq energia disponível; (g) propor redesenho com pelo menos quatro intervenções; (h) discutir integração com decantador; (i) emitir parecer técnico final e priorizar intervenções urgentes.
  • Dados numéricos (retirados do enunciado):
    • Vazão desejada: \,Q=8{,}0\\ \mathrm{m}^{3}/\mathrm{h}.
    • Densidade média: \,\rho=890\\ \mathrm{kg}/\mathrm{m}^{3}.
    • Viscosidade a \,70^\circ\mathrm{C}: \,\mu_{70}=0{,}08\\ \mathrm{Pa\cdot s}.
    • Viscosidade a \,50^\circ\mathrm{C}: \,\mu_{50}=0{,}22\\ \mathrm{Pa\cdot s}.
    • Diferença geométrica de nível disponível: \,\Delta z=6{,}5\\ \mathrm{m}.
    • Comprimento da linha: \,L=85\\ \mathrm{m}.
    • Diâmetro interno da linha: \,D=2''=0{,}0508\\ \mathrm{m}.
    • Pressões: tanque e decantador abertos à atmosfera.
    • Perdas localizadas dos acessórios: \,h_{loc}=1{,}4\\ \mathrm{m}.
    • Perda adicional por válvula parcialmente aberta: \,h_{val}=0{,}9\\ \mathrm{m}.
    • Altura mínima para entrada calma no decantador: \,h_{entrada}=0{,}8\\ \mathrm{m}.
    • Margem operacional mínima exigida: \,15\% (interpreto como reserva de \,15\% da cabeça disponível; explico a escolha adiante).

Passo 2

Balanço energético (sem bomba) — fórmulas e significado físico das parcelas.
  • Escolha física: aplicar uma versão simplificada do teorema de Bernoulli entre a superfície livre do tanque pulmão (ponto 1) e a superfície livre do decantador (ponto 2). Como ambos estão à pressão atmosférica e podemos desprezar variações térmicas de energia potencial interna na análise de cabeça útil, a equação de cabeça reduz-se a:
\Delta z = h_{perd,dist} + h_{loc} + h_{val} + h_{entrada} + h_{reserva}
onde cada termo tem significado:
  • \Delta z : energia disponível por desnível geométrico (em metros de coluna de fluido) — é a cabeça “a entregar”.
  • \,h_{perd,dist} : perda distribuída ao longo do trecho reto por atrito (função de velocidade, viscosidade, comprimento, diâmetro e rugosidade).
  • \,h_{loc} : somatório das perdas localizadas por acessórios, curvas, mudanças de diâmetro, filtros etc. (dado \,1{,}4\\ \mathrm{m}).
  • \,h_{val} : perda adicional introduzida pela válvula parcialmente aberta ( \,0{,}9\\ \mathrm{m} dado).
  • \,h_{entrada} : altura mínima exigida para garantir entrada calma no decantador ( \,0{,}8\\ \mathrm{m} dado) — esta parcela é “energia útil” que não pode ser dissipada em perdas: é necessária para o processo final.
  • \,h_{reserva} : margem operacional exigida (reserva), para segurança, controle e amortecer variações (interpreto como \,15\% da cabeça disponível; alternative teria sido 15% da perda requerida — mas escolho 15% da cabeça porque é uma prática simples e conservadora; explico impacto depois).
  • Observação didática: se \Delta z for maior que a soma do lado direito, haverá vazão correspondente; se \Delta z for menor, o sistema não sustenta o escoamento desejado e a vazão cairá até equilibrar a perda por atrito com a cabeça disponível.

Passo 3

Cálculo das propriedades hidráulicas básicas (conversões e velocidade).
  • Converter vazão para \mathrm{m}^3/\mathrm{s}:
Q=\frac{8{,}0}{3600}=\;0{,}002222\\ \mathrm{m}^3/\mathrm{s}.
  • Área da seção circular:
A=\frac{\pi D^2}{4}=\frac{\pi(0{,}0508)^2}{4}\approx 0{,}002027\\ \mathrm{m}^2.
  • Velocidade média:
v=\frac{Q}{A}\approx\frac{0{,}002222}{0{,}002027}\approx 1{,}10\\ \mathrm{m}/\mathrm{s}.
Explicação: velocidade = vazão dividido por área; com diâmetro pequeno a velocidade fica na ordem de \,1\\ \mathrm{m/s}.
  • Número de Reynolds (caracteriza regime do escoamento):
\mathrm{Re}=\frac{\rho v D}{\mu}.
Calcule para cada temperatura:
  • A \,70^\circ\mathrm{C}:
\mathrm{Re}_{70}=\frac{890\cdot 1{,}10\cdot 0{,}0508}{0{,}08}\approx 620.
  • A \,50^\circ\mathrm{C}:
\mathrm{Re}_{50}=\frac{890\cdot 1{,}10\cdot 0{,}0508}{0{,}22}\approx 225.
Comentário didático: \mathrm{Re} muito abaixo de \,2{,}300 indica escoamento laminar; aqui em ambos os casos o escoamento é laminar — isto tem importância grande na dependência da perda de carga com a viscosidade.

Passo 4

Cálculo da perda distribuída real (modelo laminar) para as duas temperaturas.
  • Para regime laminar em tubo circular usa-se:
f=\frac{64}{\mathrm{Re}},
onde f é o fator de atrito de Darcy (adianto: para regimes turbulentos usa-se fórmulas diferentes).
  • Calcular f:
    • \,f_{70}=\dfrac{64}{\mathrm{Re}_{70}}\approx\dfrac{64}{620}\approx 0{,}103.
    • \,f_{50}=\dfrac{64}{\mathrm{Re}_{50}}\approx\dfrac{64}{225}\approx 0{,}284.
  • Perda distribuída pela fórmula de Darcy–Weisbach:
h_{perd,dist}=f\frac{L}{D}\frac{v^2}{2g}.
Calcule os termos:
  • \dfrac{L}{D}=\dfrac{85}{0{,}0508}\approx 1{,}673\times 10^{3}.
  • \dfrac{v^2}{2g}=\dfrac{(1{,}10)^2}{2\cdot 9{,}81}\approx 0{,}0612\\ \mathrm{m}.
  • Agora h_{perd,dist}:
    • A \,70^\circ\mathrm{C}:
    h_{perd,dist,70}=0{,}103\cdot 1{,}673\times10^{3}\cdot 0{,}0612\approx 10{,}5\\ \mathrm{m}.
    • A \,50^\circ\mathrm{C}:
    h_{perd,dist,50}=0{,}284\cdot 1{,}673\times10^{3}\cdot 0{,}0612\approx 29{,}1\\ \mathrm{m}.
Interpretação: mesmo em \,70^\circ\mathrm{C} a perda por atrito prevista \approx 10{,}5\\ \mathrm{m} já é maior que a cabeça disponível \,\Delta z=6{,}5\\ \mathrm{m}. Em \,50^\circ\mathrm{C} o problema é muito pior.

Passo 5

Determinar a altura útil disponível (após descontar perdas fixas e margem).
  • Escolha da margem: interpretei a margem operacional mínima de 15\% como reserva de \,15\% sobre a cabeça disponível \Delta z. Assim:
h_{reserva}=0{,}15\cdot\Delta z=0{,}15\cdot 6{,}5=0{,}975\\ \mathrm{m}.
(Explicação: esse critério é conservador e simples; se usasse 15% do requerido o resultado seria semelhante em tendência, mas menos direto.)
  • Altura útil disponível para vencer perdas distribuídas:
h_{util}=\Delta z - h_{loc} - h_{val} - h_{entrada} - h_{reserva}.
Substituindo:
h_{util}=6{,}5 - 1{,}4 - 0{,}9 - 0{,}8 - 0{,}975 = 2{,}425\\ \mathrm{m}.
Interpretação: somente \,2{,}425\\ \mathrm{m} ficam disponíveis para a perda por atrito ao longo dos \,85\\ \mathrm{m} de tubulação. Isso já mostra que, nas condições atuais, a perda calculada (ver Passo 4) é muito maior que a disponível — portanto operação sem mudanças fica fora de margem.

Passo 6

Comparação entre perda real e altura útil — conclusão sobre folga operacional.
  • Comparar:
    • h_{perd,dist,70}\approx 10{,}5\\ \mathrm{m} vs h_{util}=2{,}425\\ \mathrm{m}.
    • h_{perd,dist,50}\approx 29{,}1\\ \mathrm{m} vs h_{util}=2{,}425\\ \mathrm{m}.
  • Conclusão direta: a planta não opera com folga; opera muito além do limite — para manter a vazão desejada seria preciso quase quadruplicar a energia disponível ou reduzir fortemente as perdas. Na prática, com essas perdas maiores que a cabeça disponível o sistema não consegue manter a vazão desejada e tenderá a operar com vazão muito menor ou com escoamento intermitente.

Passo 7

Perda distribuída admissível e implicações (fator de atrito máximo e requisito de regime).
  • Perda distribuída máxima admissível:
h_{perd,dist,max}=h_{util}=2{,}425\\ \mathrm{m}.
  • A partir de Darcy–Weisbach, o fator de atrito máximo compatível é:
f_{max}=\frac{h_{perd,dist,max}}{\dfrac{L}{D}\dfrac{v^2}{2g}}.
Denominador já calculado em Passo 4: \dfrac{L}{D}\dfrac{v^2}{2g}\approx 102{,}3.
Logo
f_{max}\approx\frac{2{,}425}{102{,}3}\approx 0{,}0237.
  • Em regime laminar f=64/\mathrm{Re}. Para obedecer f\le f_{max} é necessário:
\mathrm{Re}\ge \frac{64}{f_{max}}\approx \frac{64}{0{,}0237}\approx 2700.
Isto significa que, com a geometria e viscosidade atuais, o escoamento precisaria ter \mathrm{Re}\gtrsim 2700 (regime de transição) para alcançar perdas baixas suficientes. Com as viscosidades reais calculadas (Passo 3) \mathrm{Re} está em \sim 620 e \sim 225, muito abaixo do necessário.
  • Conclusão prática: para a tubulação de \,2'' e as propriedades do OLUC, a perda admissível é muito pequena; a linha de \,85\\ \mathrm{m} carregando óleo viscoso não é compatível com operação robusta do jeito que está. Seria necessário reduzir dramaticalmente as perdas (aumentar diâmetro, reduzir comprimento, abrir válvula, reduzir acessórios) ou aumentar a cabeça.

Passo 8

Efeito da temperatura e da viscosidade (quantificação e impacto físico).
  • Razão de viscosidades:
\frac{\mu_{50}}{\mu_{70}}=\frac{0{,}22}{0{,}08}=2{,}75.
Portanto a viscosidade aumenta em um fator \approx 2{,}75 quando a temperatura cai de \,70^\circ\mathrm{C} para \,50^\circ\mathrm{C}.
  • Consequências diretas (explicação física):
    • \mathrm{Re} é inversamente proporcional a \mu; portanto a Reynolds cai em \times 2{,}75. Menor \mathrm{Re} significa regime ainda mais laminar, maior fator de atrito.
    • Em regime laminar f\propto 1/\mathrm{Re}, logo f aumenta em \times 2{,}75 também.
    • Logo a perda por atrito h_{perd,dist} aumenta aproximadamente na mesma proporção \times 2{,}75 (confirmado no Passo 4: \,10{,}5\\ \mathrm{m}\to 29{,}1\\ \mathrm{m}).
    • Efeito prático: com a queda de temperatura a vazão real cairá muito (o escoamento restringe-se até que o gradiente de pressão disponível equilibre as perdas), há maior risco de estagnação em pontos de baixa velocidade, maior deposição de borra e bloqueios, e controle operacional fica muito mais difícil.
    • Além disso, gradientes de temperatura ao longo da linha (perda de calor no percurso) geram zonas com diferentes viscosidade, favorecendo depósitos locais, formação de “crosta” e desacoplamentos de fluxo (bolsões, descolamento de filme).

Passo 9

Diagnóstico das falhas observadas (associação sintoma → causa hidráulica provável).
  • Queda intermitente de vazão:
    • Causa provável: variações de temperatura e/ou formação de bolsões de ar e obstruções parciais (depósito de borra) que aumentam repentinamente a perda local (ou reduzem a seção útil). Fisicamente, quando perdas efetivas excedem a cabeça disponível, o fluxo cai ou cessa; quando um bolsão de ar é liberado, o fluxo volta. Também a válvula parcialmente aberta torna o sistema sensível a pequenas variações.
  • Acúmulo de borra na linha:
    • Causa provável: baixa velocidade média e aumento de viscosidade (especialmente ao resfriar) diminuem a força de cisalhamento nas paredes; partículas finas decantam e aderem formando crostas. Tubulação estreita e trajetos com pontos mortos/baixos amplificam isso.
  • Formação de bolsões de ar:
    • Causa provável: presença de frações leves e gases dissolvidos que se liberam com queda de pressão/temperatura, geometria com pontos altos sem ventilação ou linhas com irregularidades que favorecem cavitação/exsolução; também fechamento parcial da linha (válvula) favorece separação de fases e acúmulo de ar. Bolsões interrompem a coluna líquida e causam escoamento intermitente (slugging).
  • Entrada turbulenta no decantador (“alimentação agressiva”):
    • Causa provável: ausência de dispositivo dissipador (difusor, placa dissipadora ou baffle). Se a velocidade local na entrada for alta ou houver jatos direcionados ao fundo, gera turbulência, ressuspensão de sólidos e mistura.
  • Piora da separação óleo/sólidos:
    • Causa provável: combinação de entrada turbulenta (ressuspensão), energia de entrada excessiva (ausência de zona calma), e presença de emulsão/bolsões de ar que estabilizam partículas finas em suspensão. Além disso, variações térmicas podem alterar viscosidade e tensões interfaciais, aumentando formação de emulsões.

Passo 10

Critério de viabilidade sem bomba — conclusão física do que acontece quando perdas se aproximam/superam a energia disponível.
  • Critério prático: para operação estável é necessário que
\Delta z > h_{loc}+h_{val}+h_{entrada}+h_{reserva}+h_{perd,dist}
com folga de projeto (aqui adotada como \,15\% da cabeça). Se a desigualdade não se cumpre, o fluxo nominal não é mantido; o sistema autoajusta: a vazão diminui até que h_{perd,dist} (que depende da vazão) balanceie a cabeça restante. Em líquidos viscosos em regime laminar a dependência é linear (perda \propto Q para laminar em tubos), então a vazão pode reduzir muito.
  • Conclusão para o caso concreto: com os valores calculados o sistema atual, tal como está ( 2'' com válvula parcialmente aberta e sem controle de temperatura eficiente), não é viável para garantir \,Q=8{,}0\\ \mathrm{m}^3/\mathrm{h}. Quando as perdas se aproximam ou superam \Delta z, ocorrem:
    • redução contínua da vazão;
    • instabilidades (escoamento intermitente/slugs) se houver ar ou cavitação;
    • crescimento de depósitos e entupimentos;
    • degradação do desempenho do decantador por alimentação irregular.

Passo 11

Redesenho industrial: propostas de intervenções (pelo menos quatro), justificadas tecnicamente e com cálculo de dimensão crítica (diâmetro).
  1. Aumentar o diâmetro da linha (redução da perda distribuída):
    • Cálculo (regime laminar): a perda em laminar leva, após manipulação algébrica, à relação
    h_{perd,dist}=\frac{128}{\pi}\cdot\frac{\mu L Q}{\rho g D^{4}}.
    Resolver para D exigido para que h_{perd,dist}\le h_{util}=2{,}425\\ \mathrm{m} (condição a \,70^\circ\mathrm{C}):
    D=\left[\frac{128}{\pi}\cdot\frac{\mu L Q}{\rho g h_{perd,dist}}\right]^{1/4}.
    Substituindo \mu_{70}=0{,}08, L=85, Q=0{,}002222, \rho=890, g=9{,}81, h_{perd,dist}=2{,}425 obtém-se
    D\approx 0{,}073\\ \mathrm{m}\\ (\approx 73\\ \mathrm{mm}).
    Interpretação: diâmetro interno necessário \approx 73\\ \mathrm{mm} (aprox. \,3'' nominal) para operar a \,70^\circ\mathrm{C} com a perda admissível. Para \,50^\circ\mathrm{C} o diâmetro exigido cresce por \mu^{1/4} e daria \approx 95\\ \mathrm{mm} (próximo de \,4''). Portanto, aumentar a linha para pelo menos \,3'' é recomendável; para tolerar derrapagens de temperatura até \,50^\circ\mathrm{C} um \,4'' seria mais seguro.
  2. Eliminar gargalos: abrir ou substituir a válvula parcialmente fechada (reduz h_{val}):
    • Justificativa: a válvula adiciona \,0{,}9\\ \mathrm{m} de perda; removendo-a ou substituindo por um troco reto/registro totalmente aberto reduz perdas e vulnerabilidade. Se for necessária regulação, usar controle por bypass de maior diâmetro e instrumentação a montante.
  3. Isolamento térmico + aquecimento de linha (manter \ge 70^\circ\mathrm{C}):
    • Justificativa: reduz aumento de viscosidade e evita depósitos. Aumentar e manter a temperatura reduz \mu, aumenta \mathrm{Re} e diminui h_{perd,dist}. Implementar isolação e sistema de trace heating elétrico ou vapor em trechos críticos.
  4. Ventilação e eliminação de bolsões de ar: instalar vent drains em pontos altos e um separador/degassador próximo ao tanque pulmão:
    • Justificativa: remove gases e bolhas que causam interrupções. Também evitar trajetos com pontos altos onde ar se acumula; rebaixar trechos ou instalar vent na cota alta.
  5. Modificar entrada no decantador: instalar difusor/dissipador de energia e baffles de entrada e uma zona de calma de alimentação:
    • Justificativa: reduzir energia de entrada e velocidade local, prevenir ressuspensão e turbulência que prejudicam a separação.
  6. Reduzir número de acessórios e otimizar rota (minimizar h_{loc}):
    • Justificativa: cada curva/união aumenta h_{loc}; trajetos mais retos e com curvas de grande raio reduzem perdas.
  7. Instrumentação e controle: instalar medidor de vazão, sensores de temperatura e pressão e alarme de queda de vazão/temperatura. Permite ação precoce antes de entupimento.
Observação prática: a combinação mais custo-efetiva normalmente é (i) aumentar diâmetro; (ii) eliminar/abrir a válvula restritiva; (iii) isolar e aquecer; (iv) instalar venting e difusores de entrada.

Passo 12

Integração com o decantador — por que melhorar só a hidráulica não garante boa separação.
  • Mesmo com transferência hidráulica estabilizada, a qualidade da alimentação ao decantador importa:
    • Energia de entrada (cabeça cinética) pode gerar turbulência local e ressuspender sólidos já sedimentados; por isso é vital ter difusor/baffle para dissipar energia antes da zona de sedimentação.
    • Tempo de residência no decantador depende da vazão e do volume do decantador; se a vazão variar ou aumentar, tempo de residência diminui e separação piora.
    • Formação de emulsão: altas cisalha e diferenças de temperatura em contato com água podem formar emulsões difíceis de separar.
    • Arraste de finos: partículas muito finas e de baixa diferença de densidade ficam em suspensão mesmo em condições calmas; requer prétratamento (floculação/coagulação) ou decantadores dimensionados para finos.
    • Zona calma necessária: a entrada deve alimentar uma zona de distribuição suave; sem isso, melhor hidráulica na tubulação não evita ressuspensão.

Passo 13

Parecer técnico final e priorização (resumo executivo).
  • Estado atual: não robusto. Com os números fornecidos a perda por atrito estimada excede amplamente a cabeça disponível em ambas temperaturas; portanto a transferência por gravidade, sem intervenções, não é confiável.
  • A queda de temperatura pode inviabilizar a transferência: sim — a redução para \,50^\circ\mathrm{C} aumenta a viscosidade em \times 2{,}75 e eleva a perda por atrito na mesma proporção, tornando a operação praticamente impossível sem mudança de geometria.
  • A válvula parcialmente aberta é inadequada: cria perda significativa ( \,0{,}9\\ \mathrm{m}), torna o sistema sensível e favorece instabilidade. Substituir/abrir é prioritário.
  • A solução deve priorizar:
    1. redução de perdas (aumento de diâmetro, remoção de gargalos, reduzir h_{loc});
    2. controle e manutenção da temperatura (isolar/aquecer) para manter baixa viscosidade;
    3. melhoria da entrada no decantador (difusor/baffle) para evitar turbulência e ressuspensão.
  • Três intervenções mais urgentes (ordem sugerida):
    1. Abrir/substituir a válvula restritiva e eliminar gargalos (reduz h_{val} e h_{loc} imediatamente).
    2. Aumentar o diâmetro da linha para pelo menos \sim 3'' (interno \approx 73\\ \mathrm{mm}) para operar a \,70^\circ\mathrm{C}; considerar 4’’ se houver risco frequente de resfriamento a \,50^\circ\mathrm{C}.
    3. Implementar isolamento térmico e trace heating (ou vapor tracing) para manter temperatura e evitar aumento de viscosidade e depósitos.
Fim dos passos.

Resposta

(a) Balanço energético: \Delta z = h_{perd,dist} + h_{loc} + h_{val} + h_{entrada} + h_{reserva}, onde \Delta z=6{,}5\\ \mathrm{m}, h_{loc}=1{,}4\\ \mathrm{m}, h_{val}=0{,}9\\ \mathrm{m}, h_{entrada}=0{,}8\\ \mathrm{m} e h_{reserva}=0{,}975\\ \mathrm{m} (15% de reserva); interpretação: cabeça disponível deve vencer perdas distribuídas + perdas fixas + deixar energia para entrada calma e margem de operação.
(b) Margem hidráulica e altura útil: margem mínima adotada \,15\% da cabeça; altura útil disponível para perdas distribuídas \,h_{util}=2{,}425\\ \mathrm{m}. Planta opera sem folga (perda real muito maior que \,h_{util}).
(c) Perda distribuída admissível: h_{perd,dist,max}=2{,}425\\ \mathrm{m} ao longo de 85\\ \mathrm{m} \approx 0{,}0285\\ \mathrm{m/m}; fator de atrito máximo f_{max}\approx 0{,}0237; para regime laminar exigiria \mathrm{Re}\gtrsim 2700 (impraticável com as viscosidades atuais). Conclusão: a linha de \,85\\ \mathrm{m} e \,2'' não é compatível com operação robusta.
(d) Efeito de temperatura/viscosidade: \mu_{50}/\mu_{70}=2{,}75 (viscosidade aumenta \times 2{,}75 ao cair de \,70^\circ\mathrm{C} para \,50^\circ\mathrm{C}), levando a aumento similar em perda por atrito e redução forte da vazão; risco elevado de deposição de borra e instabilidade.
(e) Diagnóstico: queda intermitente de vazão — aumento de perdas por resfriamento/obstrução ou bolsões de ar; acúmulo de borra — baixas velocidades e resfriamento; bolsões de ar — pontos altos sem ventilação e exsolução de frações leves; alimentação agressiva — ausência de difusor/baffle; piora da separação — entrada turbulenta, ressuspensão, emulsificação.
(f) Viabilidade sem bomba: NÃO viável nas condições atuais. Quando perdas \to ou \ge \Delta z, a vazão cai até equilíbrio, gerando intermitência, bolsões e bloqueios; portanto ou se aumenta a carga disponível ou (preferível) se reduzem perdas.
(g) Redesenho (mínimo recomendado): 1) aumentar diâmetro da linha para \sim 3'' (interno \approx 73\\ \mathrm{mm}) — para 70°C; 2) eliminar/substituir válvula parcialmente aberta; 3) isolamento e aquecimento de linha (trace heating) para manter \ge 70^\circ\mathrm{C}; 4) instalar venting/degassador em pontos altos e difusor/baffle na entrada do decantador; adicionar instrumentação de vazão/temperatura.
(h) Integração com decantador: melhorar hidráulica não garante separação — é preciso controlar energia de entrada (difusores), evitar turbulência/ressuspensão, garantir tempo de residência e tratar finos/emulsões; sem zona calma adequada e controle de energia, separação será prejudicada.
(i) Parecer técnico final: o sistema atual não é robusto; queda de temperatura pode inviabilizar a transferência; a válvula parcialmente aberta é inadequada; solução deve priorizar redução de perdas (aumento de diâmetro, remoção de restrições) e controle térmico; três intervenções mais urgentes: (1) abrir/substituir a válvula restritiva, (2) aumentar o diâmetro para pelo menos \sim 3'', (3) isolamento + aquecimento da linha e instalação de vents e difusor de entrada.

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