Sétima aula de mecânica dos fluidos para engenharia química (ME5330) 30/03/2010

Transcrição

1 Sétia aula de ecâica do fluido para egeharia quíica (ME50) 0/0/010

2 Boba Objetivo: traforar eergia hidráulica e eergia ciética e potecial, ou eja, traforar ua eergia ecâica e ovieto e preão o fluido. Eergia elétrica Cobutão Maual Motor eergia ecâica Boba eergia hidráulica Fluido eergia ciética e potecial

3 Tipo dipoívei de boba Boba Diâica ou Turbo-boba Axial Cetrífuga Fluxo Mito Boba Voluétrica ou Delocaeto Poitivo Alterativa (Pitão, Êbolo, Diafraga) Rotativa (Egreage, Lóbulo, Parafuo, Palheta Delizate)

4 BOMBAS DINÂMICAS BOMBAS VOLUMÉTRICAS

5 Boba Vatage e Devatage Boba diâica ou turbo-boba A vazão bobeada depede da caracterítica de projeto da boba, da rotação e da caracterítica do itea e que etá operado A eergia é traitida ao fluido pelo órgão ecâico, ob fora ciética, que poteriorete é covertida e eergia de preão O iício de fucioaeto deve er co a boba cheia de fluido (ecorvada). Meor cuto de aquiição e auteção Boba Voluétrica ou boba de delocaeto poitivo Relação cotate etre vazão de decarga e a velocidade da boba A vazão bobeada praticaete idepede da altura e/ou preão a ere vecida O órgão ecâico traite eergia ao fluido ob fora excluivaete de preão Pode iiciar eu fucioaeto co a preeça de ar e eu iterior Coegue bobear líquido uito vicoo Aplicaçõe que deada alta preõe

6 Pode-e ter ua ecolha preliiar da boba baeada a vazão de projeto e a carga aoétrica de projeto.

7 Coiderado o livro: Máquia de Fluido ecrito por Érico Lope He e editado pela Editorauf Bata arcar a vazão de projeto e a carga aoétrica de projeto que e te a ecolha preliiar da boba.

8 FEITA ESSA ESCOLHA DEVE-SE OPTAR PELO SEU FABRICANTE E AÍ, PODE-SE POR EXEMPLO, SE RECORRER AO DIAGRAMA DE TIJOLOS, COMO COMENTADO NO ENCONTRO ANTERIOR. E A FORMA GEOMÉTRICA (O TIPO DO ROTOR) NÃO INFLUENCIA EM SEU FUNCIONAMENTO?

9 Ifluecia já que exite uito tipo de boba e cada u dele co ua caracterítica geoétrica, atededo ua faixa de vazõe e de carga, portato a ecolha da boba, alé dela ateder o par H B e Q, deve operar co o elhor redieto poível e para ito, deve-e ecolher a geoetria coveiete para ua dada italação.

10 Para a ecolha da geoetria coveiete da boba pode-e recorrer a rotação (ou velocidade) epecífica.

11 A ROTAÇÃO ESPECÍFICA SÓ SERVE PARA SELECIONAR A PARTE GEOMÉTRICA? OU SERVER TAMBÉM

12 TENTANTO RESPONDER O QUESTIONAMENTO ANTERIOR A rotação epecífica te ido aplaete uada pelo fabricate e uuário de boba e fução da iportâcia prática de ua trê aplicaçõe báica: a prieira perite deteriar o tipo de rotor e a eficiêcia áxia de acordo co a codiçõe operacioai; a eguda perite, e fução do reultado exitete para boba iilare, deteriar: a geoetria báica do rotor, cohecida a caracterítica de deepeho deejada (Q e H), e a rotação (); o deepeho aproxiado da boba, cohecida a caracterítica geoétrica do rotor; a terceira perite deteriar a rotação áxia que ua boba pode operar e codiçõe atifatória e fução do tipo de boba e de caracterítica do itea.

13 Vao etudar oete a prieira aplicação, vito que é a de aior iteree para uuário de boba cetrífuga: cofore ecioado, o cohecieto da codiçõe operacioai (Q, H, ), perite o cálculo da velocidade epecífica e, e fução deta, deteriar o tipo de rotor e a eficiêcia áxia eperada.

14 é a rotação de u rotor odificado e geoétricaete equivalete para ua vazão de 1 ³/ e ua carga aoétrica de 1 o poto de elhor redieto, coiderado-e a ea uidade da rotação da boba.

15 III Q Q H H (II) (I) (II) D D Q Q (I) D D H H 4 p p B B r r p p p r r p B B p p p p p Pela codiçõe de eelhaça e te:

16 Oberve-e que a equação (III) utiliza a vazão, a carga e a rotação de dua boba pertecete a ua ea faília, a codição epecial de eelhaça copleta. Para geeralizar a ituação aterior, optou-e e coiderar coo odelo a boba uidade, que paa a er u odelo que vale para qualquer faília, ode tato a vazão coo a carga aoétrica ão defiida para o poto de projeto, ou eja, o poto ode e te o redieto áxio, o qual pode coicidir, ou ão, co o poto de trabalho.

17 Coiderado a boba uidade coo odelo, pode-e reecrever a equação (III) que dará orige a expreão para o cálculo da rotação epecífica: 1 H 1 Q p terá a B p Q erá e ea 4 e H uidade B e H 4 B de já Q que

18 Algua coideraçõe obre a uidade da rotação epecífica. N e rad/ ou Hz úero adieioal Q e ³/... H e ²/²... Rotaçõe epecífica 0/0/010 - v uidade icoitete N e rp ³/ Q e gp ft³/ HB e ft

19 Para e trabalhar co a rotação epecífica ( S ) coo edo u úero adieioal deve-e trabalhar co a rotação e rad/, ou eja, ao ivé de e coiderar e coidera w p, ou aida, e coidera e rp (Hz). Alé da rotação, devee trabalhar co eergia forecida por uidade de aa, portato H erá ²/² cqd H Q

20 Já para a uidade icoitete da rotação epecífica ( Sd ) volta-e a trabalhar co a carga aoétrica (eergia por uidade de peo que é ua uidade de coprieto ou ft ), a vazão e ³/, ou gp, ou ft³/ e ode a uidade da rotação epecífica erá a uidade adotada para a rotação () da boba.

21 Exeplo Coiderado que ua boba e eu poto de elhor redieto apreete a carga aoétrica igual a 1,9 ft, a vazão de 00 gp e a rotação de 1170 rp, pde-e calcular a rotação epecífica correpodete: 1.Na uidade uuai do USA.No SI.Na uidade uuai européia.

22 Reolução do prieiro ite, ode e trabalha co uidade icoitete: d d 1170rp 000rp 00 1 gp 1 1,9 1 4 ft 4

23 Reolução do egudo ite: 0,76 65,5 1 0, ,5 6,68 9,8 gh 6,68 1,9ft H 0, gp Q 1 rad B B p p w

24 Reolução do terceiro ite: H B ,9ft 19,5 19,5 1 6,68 0, Q gh 00gp B 1 65,5 9,8 6,68 4 0,117 0, ,5 A FIGURA 1.18 NÃO VALE PARA ESSE CASO! USA USA SI EUROPEU

25 A CLASSIFICAÇÃO ANTERIOR FOI EXTRAÍDA DO LIVRO: FUNDAMENTALS OF FLUID MECHANICS THIRD EDITION - ESCRITO POR: MUNSON, YOUNG AND OKIISHI

26 IMPORTANTE OBSERVAR QUE EXISTEM OUTRAS CLASSIFICAÇÕES OBTIDAS ATRAVÉS DAS ROTAÇÕES ESPECÍFICAS, COMO MOSTRAMOS A SEGUIR:

27 (rp) Tipo de boba (rotor) < 10 Delocaeto poitivo - êbolo, egreage, lóbulo, parafuo, palheta, etc. 10 a 80 Cetrífuga pura 80 a 00 Fluxo ito ou ei-axial Acia de 00 Axial

28 Coo exeplo para e aplicar a tabela aterior coiderae o exercício da aula aterior D D N N AB DB 10" 8" D D it it 54,5; A 509,1c² 0,7; A,6c² OBTENÇÃO DA CCI H H S S 6 f 6 f AB AB Q , ,4 Q 19,6 0,05091 f DB f DB 711,4 Q 0,07 Q 19,6 0,06

29 Deteriado a vazão e a carga aoétrica de projeto 4 4,8 H ,4 0, ,4 0, H 0,0161 f ;Re 1,9 v boba : da Depoi 0,0161 f 1817 ;Re 1, v boba : da Ate h ³ ,1 Q Q fator Q projeto projeto eguraça B B AB AB profeto deejada de profeto

30 Cálculo da rotação epecífica upodo rotação de 1750 rp 6rp H Q Q 1 H B 4 p B p

31 Cálculo da rotação epecífica upodo a rotação de 500 rp 5rp H Q Q 1 H B 4 p B p

32 Te-e para ee exeplo que a rotação epecífica etá a faixa de 6 rp a 5 rp, portato pela últia tabela, pode-e cocluir que trata-e de ua boba cetrífuga pura e io perite ecolher o fabricate, por exeplo a KSB, ode e ecolhe a MEGACHEM

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35 TEM-SE DUAS POSSIBIBILIDADES: PARA A ROTAÇÃO DE 500 RPM TEM-SE A BOMBA , JÁ PARA A ROTAÇÃO DE 1750 RPM, TEM-SE A Supodo que a boba ecolhida eja a MEGACHEM de 500 rp

36 DETERMINANDO-SE O PONTO DE TRABALHO 4 0

37 Supodo que o poto de trabalho eja: Q H B B ³ 5 h 45 79,5% DEVE-SE COMPLETAR O PONTO DE TRABALHO COM O NPSH (NET POSITIVE SUCCION HEAD) REQUERIDO

38 6,5 NPSH req = 6,5

39 O NPSH é uado para e verificar o feôeo de cavitação (étia etapa do projeto), ode a codição eceária e uficiete para ão e ter o feôeo de cavitação é: NPSH ideal NPSH dipoível NPSH dipoível NPSH dipoível H iicial requerido NPSH ab H p 0 requerido AB p vapor 1,0 NPSH dipoível Z iicial PHReixo da boba p iicial ab p vapor y i i g A Q i H p AB

40 Para o exercício upodo que a preão baroétrica é 700 Hg propriedade do fluido traportado tep (ºC) (kg/) r (kg/³) pv (Pa) (²/) 0, ,61 9,60E-07 propriedade do local g = 9,8 /² pat = 95,66 Pa at. tubo aço Dit epeura () A (c²) 40 54,5 509,1 ³ Q 5 v 1, h f 0,0161 H p AB AB 0, ,4 e Re ,57 K() DH/k 4,80E Q ³/h 5,0

41 7 a Etapa: Verificação do feôeo de cavitação Coiderado a preão de vapor igual a 64,7 0 C NPSH dip 95,66 64,7 997,619,8 0,57 6,71 NPSH dip NPSH req 6,71 6,5 0,46 NÃO É O IDEAL, PORÉM COMO DEU POSITIVO NÃO ESTÁ CAVITANDO.

42 8 a Etapa: cálculo do cuto de operação upodo ê de 0 dia e abedo que a italação opera 4 hora por dia. Deteriação do otor elétrico para io, iicialete e adite que eu redieto é igual a 90%. N N B 997,619,8 0,795 0, w 5,CV

43 Coiderado o otore coerciai Coiderado ua rede elétrica de 0 v, que é recoedada para otore de até 00 CV, te-e: Motore e CV 1/; /4; 1; 1,5; ; ; 5; 7,5; 10; 15; 0;5; 0; 40; 50; 75; 100; 15; 150 e 00. Coiderado a rede elétrica de 80 V, que é recoedada para otore até 1000 CV, te-e: Motore e CV 1/... 00; 50; 00; 50; 45; 475; 50; 600; 675; 750; 850; 950; 1000.

44 Supodo a rede de 0 V, ecolhe-e o otor de 50 CV, ito porque o eu redieto real é eor que 95%, portato: Cuto operação $R 500,76 40 Cuto operação $R 6496 $ ê Couo 6496 kwh e

45 OUTRAS REFERÊNCIAS

46 A fabrica de boba KSB, e fução da codiçõe operacioai (, Q e HB) e da rotação epecífica, otra atravé do gráfico a eguir a deteriação do tipo de rotor e do redieto áxio eperado. Deve-e otar que o referido gráfico apreeta valore édio do redieto obtido por u grade úero de boba coerciai e fução da rotação epecífica (velocidade epecífica) e da vazão.

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48 Coiderado o livro: Máquia de Fluido ecrito por Érico Lope He e editado pela Editorauf q qa

49 Outra coulta pode er feita o ítio: