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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
FONTE: Macintyre (2010)
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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
FONTE: Macintyre (2010)
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
Pipeline Transportation. So Francisco: Trans Tech Publications.