MÁQUINAS DE FLUXO BOMBAS PARTE 2

Transcrição

1 MÁQUINAS DE FLUXO BOMBAS PARTE 2 PROF.: KAIO DUTRA

2 Teoria de Rotores Diagrama das Velocidades Forças de superfície + Forças de campo + Torque = variação da quantidade de movimento no volume de controle + Quantidade de movimento na superfície de controle.

3 Teoria de Rotores Diagrama das Velocidades Para uma turbomáquina com entrada de trabalho, o toque requerido causa uma variação na quantidade de movimento angular do fluido;

4 Teoria de Rotores Diagrama das Velocidades Para uma turbomáquina com saída de trabalho, o torque produzido deve-se a uma variação na quantidade de movimento angular do fluido.

5 Teoria de Rotores Diagrama das Velocidades

6 Teoria de Rotores Diagrama das Velocidades Para obter o maior valor de Hu é necessário fazer o líquido entrar radialmente no rotor, o que torna V u1 =0. A equação se transforma em

7 Teoria de Rotores Diagrama das Velocidades Desta forma entende-se que componente Vm é responsável por produzir vazão: Q = V m A Q = V m (2πrb)

8 Teoria de Rotores Influência da Inclinação das Pás

9 Equação de Euler para Turbomáquinas Exemplo 1. Uma bomba centrífuga é utilizada para bombear 0,009 m³/s de água. A água entra no rotor axialmente através de um orifício de 32 mm de diâmetro. A velocidade de entrada é axial e uniforme. O diâmetro de saída do rotor é 100 mm. O escoamento sai do rotor a 3m/s em relação às pás, que são radiais na saída. A velocidade do rotor é 3450rpm. Determine a largura de saída do rotor, b2, o torque de entrada, a potência requerida prevista pela equação de Euler.

10 Trabalho proposto Uma bomba centrífuga, girando a 3500 rpm, bombeia água a uma taxa de 0,01 m³/s. A água entra axialmente, e deixa o rotor a 5m/s relativo às pás, que são radiais na saída. Se a bomba requer 5KW e tem eficiência de 0,67%, estime as dimensões básicas (diâmetro e largura de saída do rotor). Estime a altura de carga e a potência de entrada ideais se o ângulo de saída da pá estiver na faixa de 10 a 180, plote um gráfico para representar seus resultados.

11 Características de Funcionamento de Turbobombas Variações de Grandezas com a Rotação Parâmetros adimensionais: Vazão: Pressão: Potência:

12 Características de Funcionamento de Turbobombas Variações de Grandezas com a Descarga Sabendo-se da relação abaixo, obtida a partir da energia cedida ao líquido na bomba, pode-se avaliação a relação entre H e Q.

13 Características de Funcionamento de Turbobombas Variações de Grandezas com a Descarga

14 Características de Funcionamento de Turbobombas Congruência das Curvas Com a curva real H-Q para uma determinada rotação é possível encontrar outras curvas para diversas rotações possíveis da bomba.

15 Características de Funcionamento de Turbobombas Curvas de Igual Rendimento Ensaiando-se uma bomba e determinando-se os valores do rendimento para um número bastante grande de Q e H para uma dada rotação, pode-se traçar curvas que representem valores constantes do rendimento.

16 Características de Funcionamento de Turbobombas Curvas Reais Para uma rápida escolha de uma bomba, em geral, os fabricantes apresentam gráficos ou tabelas nos quais, entrando-se com valores de Q e H, se pode achar o tipo de bomba indicando na quadrícula que corresponde a esses valores (para os gráficos).

17 Características de Funcionamento de Turbobombas Curvas Reais Para Tabelas:

18 Características de Funcionamento de Turbobombas Curvas Reais É sempre importante observar o diâmetro dos engates da bomba, não necessariamente devem ser iguais ao diâmetro da tubulação. Sucção: Redução excêntrica; Recalque: Redução concêntrica.

19 Características de Funcionamento de Turbobombas Curvas Reais A bomba deve funcionar em plataforma plana e caso necessário, com atenuadores de vibração; Acessórios da sucção: Redução excêntrica, manômetro (se necessário, cavitação), válvula de pé com crivo (se necessário) Acessórios do recalque: Redução concêntrica, registro, manômetro (se necessário), válvula de retenção. Antes do primeiro uso, é necessário a escorva da bomba, que consiste em encher a tubulação de sucção do líquido a ser bombeado; Apenas bombas autoaspirantes podem dá partida a seco.

20 Características de Funcionamento de Turbobombas Cortes nos Rotores Quando, dentro do campo de valores correspondentes a rendimentos aceitáveis, não se consegue esses valores para uma dada bomba, pode-se recorrer ao corte no rotor, que vem a ser a redução em seu diâmetro, com apenas uma operação mecânica de usinagem.

21 Características de Funcionamento de Turbobombas Exemplo Suponhamos que uma bomba use um rotor de 6,5 e que desejamos fazer um ajuste em seu rotor para que a bomba opere com Q=150m³/h e H=33m. Sabe-se que a bomba opera inicialmente com uma vazão de Q=180m³/h. Determine o novo diâmetro do rotor.

22 Condições de Funcionamento Curva Característica de um Encanamento Sabe-se que a altura útil de elevação pode ser calculada pela formulação abaixo:

23 Condições de Funcionamento Curva Característica de um Encanamento Sabe-se que a altura útil de elevação pode ser calculada pela formulação abaixo:

24 Condições de Funcionamento Curva Característica de um Encanamento

25 Condições de Funcionamento Regulagem com Registro O regulagem de abertura de um registro pode deslocar o ponto de funcionamento de uma bomba de P para M, conforme apresenta no gráfico.

26 Condições de Funcionamento Associação de Bombas O regulagem de abertura de um registro pode deslocar o ponto de funcionamento de uma bomba de P para M, conforme apresenta no gráfico.

27 Condições de Funcionamento Associação de Bombas Bombas em série: Mesma vazão; Soma-se as alturas de carga;

28 Condições de Funcionamento Associação de Bombas Bombas em série: Mesma altura de carga; Vazão aumentada; Para uma bomba H=f(Q); Para duas bombas: H=f(Q/2); Para três bombas: H=f(Q/3); Q3 = Vazão total de descarga; Q3<3*Q1 (pela perda de carga); Q3/3 = Vazão de cada bomba.

29 Condições de Funcionamento Associação de Bombas Bombas em série:

30 Condições de Funcionamento Associação de Bombas Instalação série paralelo:

31 Escolha do Tipo de Turbobomba Velocidade Específica A velocidade específica representa a rotação por minuto de uma bomba geometricamente semelhante à uma bomba dada que eleva 75L de água à altura de 1 m em 1s. Esta é dada por:

32 Escolha do Tipo de Turbobomba Velocidade Específica Assim, segundo esse critério, podemos classificar as turbobombas em: Lentas: n s < 90 Normais: 90 < n s < 130 Rápidas: 130 < n s < 220 Extra rápidas: 220 < n s < 440 Helicoidais: 440 < n s < 500 Axiais: n s > 500

33 Escolha do Tipo de Turbobomba Velocidade Específica Chama-se de número característico de rotações por minuto o número de rpm da bomba geometricamente semelhante à bomba considerada, capaz de elevar 1m³ de água por segundo à altura de 1 metro.

34 Escolha do Tipo de Turbobomba Bombas de Múltiplos Estágios A velocidade específica se relaciona ao formato de um rotor, de modo que, se tivermos uma bomba de múltiplis estágios, deveremos considerar a altura referente a um estágio apenas e, portanto, deveremos dividir a altura H pelo número i de estágios.

35 Escolha do Tipo de Turbobomba Bombas de Múltiplos Estágios Bombas com mais de um rotor, associados em série; Estas bombas desempenham elevada alturas de carga, porém com baixas vazões

36 Escolha do Tipo de Turbobomba Bombas de Múltiplos Estágios

37 Cavitação A cavitação é um fenômeno causado pela queda de pressão na entrada da bomba, quando esta queda é grande o suficiente para que pressão absoluta torne-se menor que a pressão de vapor da água.

38 Cavitação A cavitação é um fenômeno causado pela queda de pressão na entrada da bomba, quando esta queda é grande o suficiente para que pressão absoluta torne-se menor que a pressão de vapor da água.

39 Cavitação

40 Cavitação Quando isto acontece, cavidades ou bolhas de ar formam-se no escoamento.

41 Cavitação Quando as cavidades vaporizadas encontram-se com o rotor, as reduções e redirecionamentos de velocidades provocam um aumento na pressão absoluta e uma liquefação destas cavidades vaporizadas, isto ocorre instantaneamente de maneira violenta, gerando pequenas implosões no rotor da bomba.

42 Cavitação Além de provocar corrosão, desgastando, removendo partículas e destruindo pedaços dos rotores e dos tubos de aspiração junto à entrada da bomba, a cavitação também produz: Queda de rendimento; Trepidação e vibração da bomba e tubulações; Ruídos causados pelas implosões.

43 NPSH O NPSH (Net Positive Suction Head) refere-se a quantidade de energia disponível com que o líquido penetra na boca de entrada da bomba. O NPSH pode é um parâmetro utilizado para verificar as condições de operação da bomba com a finalidade de evitar a cavitação. Para isto são definidor dois parâmetros de NPSH: disponível e requerido.

44 NPSH NPSH disponível: trata-se da energia em pressão disponível máxima até o fluido atingir sua pressão de vapor, é dado por: NPSH disp = P atm P v h a J a Onde: P atm = Pressão atmosférica local; P v = Pressão de vapor do fluido para uma dada temperatura; h a = Altura de elevação da sucção; J a = Perda de carga na sucção.

45 NPSH NPSH disponível: trata-se da energia em pressão disponível máxima até o fluido atingir sua pressão de vapor, é dado por: NPSH disp = P atm P v h a J a

46 NPSH NPSH requerido: trata-se que será consumida na bomba para impulsionamento e redirecionamento do fluido, este parâmetro é fornecido pelos fabricantes através de curvas ou tabelas:

47 NPSH Para que não ocorra cavitação a seguinte condição deverá ser atendida: NPSH disp > NPSH Req É possível transforar a desigualdade acima em um igualdade incluindo do fator, segue abaixo: NPSH disp = NPSH Req + Reserva

48 NPSH Exemplo Para uma instalação de bombeamento, verifique a possibilidade de cavitação, sabendo-se que o desnível e perda de carga de sucção valem respectivamente 3 e 1 mca. Considere que a instalação encontra-se 300 metros do nível do mar e a temperatura ambiente seja de 25 C, a bomba de modelo rpm opera com uma vazão de 15m³/h. Caso não ocorra cavitação, informe o valor da reserva.

49 Bombas Injetoras As bombas injetoras são utilizadas normalmente em poços, onde a altura de sucção é elevada, pois diferente das bombas centrífugas tradicionais, as bombas injetoras possuem mais facilidade para trabalhos com uma altura manométrica de aspiração acima de 8mca. Sua forma de trabalho e dimensionamento não é semelhante ao das bombas centrífugas convencionais.

50 Bombas Injetoras As bombas injetoras possuem duas saídas de fluído, uma que direciona o fluido ao reservatório final (recalque) e outra que injeta o fluido novamente no poço (injetora).

51 Bombas Injetoras Para dimensionar uma bomba injetora é necessário: Altura de elevação do injetor: Esta altura é dada pela soma da altura do nível médio do poço mais a profundidade submersa no injetor (não deve ser menor que 10m). Vazão requerida.

52 Bombas Injetoras A altura manométrica de recalque deve ser calculada, porém apenas para verificação se esta será superior a profundidade do injetor ou seu valor crítico (nos casos do fabricante fornecer). A escolha do diâmetro deve ser acompanhada pela verificação das bitolas da bomba escolhida.

53 Bombas Injetoras

54 Bombas Injetoras Exemplo Ex. 1: Dimensione uma bomba injetora para os seguintes parâmetros: Altura do nível do poço: 3m Profundidade total do poço: 18m Vazão requerida: 3m³/h Comprimento de recalque: 20 metros; Desnível de recalque: 6 metros.

55 Bomba Centrífuga Projeto com outros fluidos Na grande maioria da aplicações, as bombas centrífugas são projetadas para operar com água. Quando existe a necessidade de operação com outros fluidos é necessário fazer uma correção nos parâmetros de desempenho da bomba, para isto os seguintes fatores são utilizados: Ce Correção para a eficiência; Cq Correção para a vazão; Ch Correção para a altura de carga;

56 Bomba Centrífuga Projeto com outros fluidos As correções são aplicadas nos parâmetros, previamente determinados (n, Q e H), da seguinte forma: n'=n/ce; Q =Q/Cq; H =H/Ch Os fatores de correção podem ser encontrados em tabelas de correção, que podem ser fornecidas pelos fabricantes.

57 Bomba Centrífuga Projeto com outros fluidos

58 Bomba Centrífuga Projeto com outros fluidos Calcule os parâmetros de operação corrigidos para selecionar uma bomba centrífuga para operação com um fluido de viscosidade 220Cst. Parâmetros: H=80 ft; Q=800gpm;

59 Bomba Centrífuga Projeto com outros fluidos Parâmetros: viscosidade =220Cst; H=80 ft; Q=800gpm; Fatores de correção: Ce=0,62; Cq=0,94; Ch=0,92. Fatores corrigidos: Q =Q/Cq H =H/Ch

60 Bomba Centrífuga Projeto com outros fluidos Gráfico de variação da viscosidade de a temperatura; 1Cst = 10 6 m 2 /s

61 Projeto com outros fluidos Exemplo Para uma instalação de bombeamento onde são necessários 45m³/h de vazão projete o sistema de bombeamento para duas configurações diferentes: (a) Uma bomba; (b) mais de uma bomba em paralelo (c) fluido de trabalho com viscosidade de 220Cst operando com uma bomba. Dados: Altura de elevação de sucção: 5 metros; Altura de elevação de recalque: 23 metros; Comprimento virtual de sucção: 35 metros; Comprimento virtual de recalque: 60 metros.

62 TRABALHO PROPOSTO Dado que a equação hipotética de uma bomba centrífuga "A" é H = 70,00-0,00625Q 2 desenhar as curvas (a) característica da bomba A, (b) de duas bombas A em série e (c) de duas bombas A em paralelo, (d) incluir todas em um gráfico.