Primeiro semestre de 2012 Mecânica dos Fluidos para a engenharia química Aula 3 de teoria
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- Natália Fernandes
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1 Primeiro semestre de 2012 Mecânica dos Fluidos para a engenharia química Aula 3 de teoria
2 Nesta aula iremos refletir sobre a CCB (Curva Característica da Bomba) e seu ponto de trabalho para uma dada instalação.
3 Vamos considerar as CCB das bombas utilizadas nas bancadas do laboratório e procurar estabelecer a sua vazão máxima de funcionamento.
4 Nas bancadas 1, 3, 4 e 5 nós temos a utilização de bombas INAPE 5 BC
5 Estas bancadas apresentam o venturi como medidor de vazão
6 Esta apresenta a placa de orifício como medidor de vazão
7 Q (m³/h) H B (m) Rendimento (%) NPSH (m) ,8 25, ,9 47 0,8 4,8 25,5 52 0,9 5, , ,1 7, , ,5 56 1,3 9,5 18,7 55 1,4 10,3 16,5 54 1,45 10, ,5
8 H B (m), h B (%) e NPSH(m) CCB_n = 3500 rpm h B = -0,4391Q 2 + 7,0395Q + 27,76 R² = 0, H B = -0,1618Q 2 + 0,7361Q + 26 R² = 0, NPSH = -0,001Q 2 + 0,1177Q + 0,3517 R² = 0, Q(m³/h) Hb (m) rendimento NPSH Polinômio (Hb (m)) Polinômio (rendimento) Polinômio (NPSH)
9 A vazão máxima será 10,8 m³/h = 3 L/s Será?!
10 Na bancada 2 nós temos a utilização da bomba RUDC RH-5
11 Esta apresenta a placa de orifício como medidor de vazão
12 Esta apresenta a placa de orifício como medidor de vazão
13
14 Q (m³/h) H B (m) h B (%) 0 28,3 2 28,3 28 NPSH (m) ,2 8 25,7 65 2, ,3 70 3, ,7 66 5
15 H B (m); Rendimento (%); NPSH (m) Bomba RUDC RH h B = -0,4822Q ,901Q + 8,3012 R² = H B = -0,0776Q 2 + 0,299Q + 28,3 R² = 0, NPSH = 0,0312Q 2-0,2725Q + 2,64 R² = 0, Q (m³/h) Série1 Série2 Série3 Polinômio (Série3)
16 A vazão máxima será 14 m³/h = 3,89 L/s Será?!
17 Na bancada 6 nós temos a utilização da bomba RUDC RF-6
18 Esta apresenta a placa de orifício como medidor de vazão
19
20 Q (m³/h) H B (m) h B (%) NPSH (m) 0 38, ,5 49 2, , , ,5 51 4,4
21 H B (m); Rendimento (%); NPSH (m) Bomba RUDC RF h B = -0,5927Q ,97Q + 4,92 R² = H B = -0,1172Q 2 + 0,0781Q + 38,5 R² = 0, NPSH = 0,0464Q 2-0,4629Q + 3,18 R² = 0, Q (m³/h) Rendimento fabricante CCB fabricante NPSH fabricante
22 A vazão máxima será 12,83 m³/h = 3,56L/s Será?!
23 Na bancada 7 nós temos a utilização da bomba MARK GRUNDFOS
24 Q (m³/h) Hb (m) h B (%) 0 39,5 2 39, , , , , , , ,7 49
25 Hb (m); Rendimento (%); NPSH (m) Bomba Mark NDF-6 80,0 60,0 h B = -0,4851Q ,863Q- 1,0357 R² = 0, ,0 H B = -0,0767Q 2 + 0,1174Q + 39,5 R² = 1 20,0 0, Q (m³/h) CCB fabricante Rendimento fabricante Polinômio (Rendimento fabricante)
26 A vazão máxima será 16 m³/h = 4,44 L/s Será?!
27 Sintetizando: Bancada Q max_ccb (L/s) Q max_exp (L/s) 1 3 2,57 2 3,89 2, , , ,61 6 3,56 3,56 7 4,44 3,06
28 Para que possamos entender as diferenças, evocamos a equação da CCI para uma instalação com apenas dois diâmetros diferentes, antes e depois da bomba.
29 H H f H S p db total z estática f z f L Leq 1 L Leq L Leq 1 L Leq db D z i H f db z p i f db D 2g A p H p i db f yf 2g A p db i 2g A 2 db f f 2 f ab yi 2g A 2 db f i 2 i ab D H Q ab 2 ab H D H p ab total ab 1 2g A 2 ab 1 2g A 0 Para traçar a CCI, basta atribuir valores para a Q e temos três possibilidades: 2 ab Q 2
30 Q (m³/h) Hs (m) Hs (m) Hs (m) ,4-3,6 0, ,5-2,5 1,5 Vamos considerar as três possibilidades de CCI: 6 7,5-0,531 3,5 8 10,2 2,2 6, ,6 5,6 9, ,9 9,9 13,9
31 Hs(m) Possibilidades para a CCI H S = 0,0964Q 2 + 5E-15Q + 4 R² = 1 10 H s = 0,0964Q 2 + 4E-15Q R² = H s = 0,0964Q 2 + 4E-15Q - 4 R² = Q(m³/h) Hs (m) CCI_queda CCI_cest_nula Polinômio (Hs (m)) Polinômio (CCI_queda) Polinômio (CCI_cest_nula)
32 Observando as CCI anteriores, qual delas pode operar sem bomba? Justifique
33 Q (m³/h) Hs (m) Hs (m) Hs (m) ,4-3,6 0, ,5-2,5 1,5 Somente a que tem a carga estática negativa. 6 7,5-0,531 3,5 8 10,2 2,2 6, ,6 5,6 9, ,9 9,9 13,9 Operar sem bomba é considerar H estática = H B = o e neste exemplo Q queda_livre = 6,4 m³/h
34 Teremos ponto de trabalho diferentes! Vamos imaginar agora o funcionamento de uma mesma bomba hidráulica para as possibilidades anteriores
35 Fica demonstrado que a instalação influencia no ponto de trabalho da bomba! Q (m³/h) Hs (m) Hs (m) Hs (m) H B (m) ,4-3,6 0, ,5-2,5 1, ,5-0,531 3, ,2 2,2 6, ,6 5,6 9, ,9 9,9 13,9 7
36 Hs(m) H B = -0,1046Q 2-0,332Q + 26 R² = 0,9992 Possibilidades para a CCI H S = 0,0964Q 2 + 5E-15Q + 4 R² = 1 H s = 0,0964Q 2 + 4E-15Q R² = H s = 0,0964Q 2 + 4E-15Q - 4 R² = Q(m³/h) Hs (m) CCI_queda CCI_cest_nula CCB Polinômio (Hs (m)) Polinômio (CCI_queda) Polinômio (CCI_cest_nula) Polinômio (CCB)
37 Situação ideal: localizamos o rendimento máximo e a vazão deste rendimento máximo, o ideal é a bomba trabalhar entre 0,5 x Q rend_máx e 1,2 x Q rend_max
38 Neste ponto, vamos falar da vazão de projeto, que é uma forma de se prever tanto o envelhecimento da instalação como da bomba.
39 Q projeto = fator_segurança x Q desejada fator_segurança no mínimo 1,1 e se possível não superior a 1,2
40 1 a Questão: As instalações representadas a seguir são constituídas por um único diâmetro nominal de 3 de aço com espessura 80 e correspondem a duas situações de bombeamento com a mesma bomba hidráulica. Sabendo que para ambas situações as perdas em metro são obtidas pelas expressões: H p 01 H p 0' 1' 5 v 2 situação 2g H p S1 H p S1' 3 v 2 situação 2g e que a bomba utilizada tem a curva da carga manométrica em função da vazão representada pela equação: H B 30 0, Q 2 H m Q B L s, pede-se calcular a vazão de escoamento para ambas situações sem utilizar o Excel e se elas forem diferentes justificar a diferença pelo Excel através das equações das linhas de tendências especificando o R² e a tabela utilizada para obtê-las.
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