Segunda aula de teoria de ME5330. Fevereiro de 2011

Transcrição

1 Segunda aula de teoria de ME5330 Fevereiro de 2011

2 As curvas características das bombas são de fundamental imortância ara a correta utilização das mesmas. Portanto, a erfeita comreensão dessas curvas é de extrema imortância ara o estudo das instalações de bombeamento.

3 O UE SÃO AS CURVAS CARACTERÍSTICAS E UMA BOMBA? Curvas características das bombas são reresentações gráficas que traduzem o funcionamento da bomba, obtidas através de exeriências do fabricante, onde a bomba vence diversas alturas manométricas com diversas vazões, verificando também a sua eficiência, o seu NPSH requerido e a otência absorvida (otência da bomba) ara as vazões estiuladas.

4 EXEMPLO E CURVAS CARACTERÍSTICAS E BOMBA, NO CASO, UMA BOMBA CENTRÍFUGA. A BOMBA É PROJETAA PARA FUNCIONAR COM CERTO PAR E VALORES E H B.

5 Para o exemlo anterior o onto que o fabricante denomina de onto de rojeto: h B = 71,5% (máximo rendimento), = 111,429 m³/h e H B = 30 m, são ara o diâmetro do rotor de 266 mm. Mas ode-se desejar trabalhar num onto diferente desse e isto torna mais viável a fabricação da bomba em questão.

6 Imortante: se for necessário trabalhar em outro onto, ara se rocurar evitar dois fenômenos indesejáveis, recirculação e cavitação, devese rocurar trabalhar com a vazão no intervalo: 0,5 1,2 rojeto trabalho fabricante rojeto fabricante

7 uando no camo anterior não se consegue os valores ara uma dada bomba, ode-se recorrer ao corte no rotor, que vem a ser a redução em seu diâmetro, com aenas uma oeração mecânica de usinagem de modo a obter-se um diâmetro R menor que o R (no caso do exemlo 266 mm), sem alterar as demais eças da bomba. Isto é mais viável nas bombas centrífugas radiais.

8 O rendimento caí, mas isso não imede o uso desse recurso, rincialmente elos fabricantes de bombas, que almejam amliar a utilização da bomba em relação ao ar e H B definido no rendimento máximo.

9 VEJAMOS COMO ESCOLHER UM NOVO IÂMETRO! Segundo Karassik em Centrifugal Pums e Consultor de Bombas Centrífugas, com exceção das centrífugas lentas, ou seja, ara as centrífugas normais com reduções até 20%, na rática a vazão varia diretamente com o diâmetro do rotor.

10 Conhece-se a curva característica da bomba H B =f() ara um diâmetro de rotor Rm e uma certa rotação n. eseja-se determinar, ara os valores novos H B e o diâmetro R. Marcamos o onto A or suas coordenadas H B e. Adota-se uma vazão 2 maior que e ara achar a carga corresondente a essa vazão, recorre-se: 2 H 2 B2 H B o que nos ermite marcar o onto B. Ligamos A a B a origem do eixo cartesiano e determinamos o onto C sobre a curva da bomba e isso, além de ossibilitar a obtenção da vazão C nos ermite determinar R : C R Rm

11 Steanoff afirma que a relação dos diâmetro dos rotores é a mesma que a das vazões, mas introduz uma correção como mostra a tabela a seguir: iâmetro calculado em % do diâmetro original iâmetro necessário em % do diâmetro original ,5 95,5 Aesar das considerações anteriores serem bastante usadas é também ossível se usar que a relação das vazões variam com os quadrados dos diâmetros dos rotores, ou seja: C 2 R 2 Rm

12 Vamos conhecer como o fabricante traça as curvas de uma bomba. Inicialmente, vamos ver a obtenção de H B = f()

13 e uma maneira simlificada, as curvas são traçadas da seguinte forma, conforme esquema abaixo. Considerando-se que: - seja a ressão de sucção no flange de sucção da bomba; - seja a ressão de descarga no flange de descarga da bomba; - a bomba em questão esteja com um diâmetro de rotor conhecido; - exista uma válvula situada logo aós a boca de recalque da bomba, com a finalidade de controle de vazão; - exista um medidor de vazão, seja ele qual for, ara obtermos os valores da vazão em cada ensaio.

14 Comare a bancada esquematizada anteriormente com a nossa.

15 1 o - Coloca-se a bomba em funcionamento, com a válvula de controladora da vazão totalmente fechada ( = 0); determina-se a carga manométrica da bomba, que será igual a ressão de descarga menos a ressão de sucção. H B d s Essa carga manométrica é normalmente conhecida como carga no "shut-off", ou seja, carga desenvolvida ela bomba corresondente a vazão zero, a qual reresentaremos or H B0. Neste onto é imortante evocar alguns conceitos relacionados aos motores elétricos.

16 São máquinas que transformam energia elétrica em energia mecânica. rimeira classificação motores de corrente contínua motores de corrente alternada síncronos assíncronos Motores elétricos 20/02/ v13 síncronos funcionam com a velocidade fixa são de alto custo e utilizados ara altas otências assíncronos a velocidade embora ermaneça róxima a um determinado valor, aresenta equena variação em função da carga a que o motor é submetido são simles e robustos e de baixo custo

17 Como nas bancadas do laboratório os motores são assíncronos, nós estaremos determinando a sua rotação através do tacômetro. Velocidade de rotação síncrona (ns) n s 120f f número de ólos 2 ólos 3600 rm 4 ólos 1800 rm 6 ólos 1200 rm 8 ólos 900 rm Hz Nos motores assíncronos a velocidade de rotação não coincide exatamente com a velocidade de sincronismo. Ela é menor? Sim e ela é denominada de escorregamento (s), que geralmente é da ordem de 3 a 5% aí a necessidade de se registrar a rotação, a qual reresentaremos or n 0

18 2 0 - Abre-se arcialmente a válvula, obtendo-se assim uma nova vazão, determinada elo medidor de vazão, a qual chamaremos de 1 e rocede-se de maneira análoga a anterior, ara determinarmos a nova carga desenvolvida ela bomba nesta nova condição onde se registra a rotação, obtendo-se assim H B1 e n Continuando o rocesso algumas vezes, obtemos outros ontos de vazão, carga e rotação, com os quais lotaremos um gráfico, onde no eixo das abcissas ou eixo horizontal teremos os valores das vazões e no eixo das ordenadas ou eixo vertical, os valores das cargas manométricas, isto ara uma dada rotação, que se tratando de um motor de 2 ólos geralmente é igual a 3500 rm.

19 Imortante observar que a curva foi obtida quando todos os ares foram corrigidos ara uma única rotação, que no caso foi de 3500 rm n 60 H B exeriência exeriência H B nexeriência 3500 n ex eriência 3500 H B n exeriência exeriência H B ex eriência exeriência

20 VAMOS APLICAR O UE FOI MENCIONAO ATÉ AUI. Mas antes, vamos amliar nossas reflexões.

21 Ao observar as curvas abaixo surge um roblema Será que os fabricantes ensaiam todos esses rotores?

22 NÃO! Os fabricantes artem do diâmetro do rotor máximo e o cortam em função da necessidade. Nas curvas do exemlo, artiu-se de 266 mm e se reduziu ara 247, 234 e 220 mm.

23 Se reduzirmos o diâmetro de um rotor radial de uma bomba, mantendo a mesma rotação, a curva característica da bomba se altera aroximadamente de acordo com as seguintes equações: 3 B B B B m R R 3 R R B B 2 R R B B R R m m m m m m m m m N N H H N N ; H H ;

24 Imortante salientar que existem autores que roõem que o exoente da relação de diâmetros na exressão de deva ser entre 0,9 e 1,1 e outros autores afirmam que este exoente deve ser 2. MUITOS EVEM ESTAR PENSANO: MAS NÃO FOI ISSO UE EU APRENI EM MECFLU 1 O PRÓXIMA SLIE EVE TIRAR ESSA ÚVIA

25 Influência do iâmetro do Rotor Nesta análise é imortante se distinguir duas situações diferentes. A rimeira delas é quando se trata de bombas geometricamente semelhantes, isto é, bombas cujas dimensões físicas têm um fator de roorcionalidade constante. Neste caso, a análise dos arâmetros adimensionais fornece as relações: m R Rm 3 ; H H B Bm R Rm 2 e N N B Bm R Rm 5 Vou isto que eu arendi em mecflu 1!

26 A outra situação é aquela na qual existe uma redução no diâmetro externo do rotor, ermanecendo as outras características físicas constantes. Esta alternativa é utilizada elos fabricantes de bombas ara amliar a faixa de oeração de suas máquinas. esta forma, são montadas bombas com volutas idênticas, orém com rotores de diâmetro diferentes. eve-se ter em mente que esta redução é limitada, ois a redução grande do diâmetro do rotor faz com que a eficiência da bomba seja bastante reduzida. Na rática esta redução está limitada a cerca de 20% do maior rotor. Neste caso, a análise não ode ser feita diretamente elos arâmetros adimensionais. Pela recomendação de Karassik e Steanoff, temos : R2 HB2 R2 NB2 R2 1 R1 ; H B1 R1 e N E aí existe outra ossibilidade B1 R1

27 Se evocarmos que as vazões variam com os quadrados dos diâmetros dos rotores, resectivamente: C 2 R 2 Rm odemos ficar em dúvida com a relação dada anteriormente (Karassik e Steanoff) e ara eliminá-la, considerando a curva dada no slide a seguir, verifique qual relação que você recomendaria usar? Justifique.

28 Exercício ara a róxima aula