Aula: BOMBAS / SISTEMA ELEVATÓRIO

Transcrição

1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO ESCOLA DE MINAS Aula: BOMBAS / SISTEMA ELEVATÓRIO Glaucia Alves dos Santos Ouro Preto/MG

2 Hidráulica/Bombas

3 INSTALAÇÕES ELEVATÓRIAS Estuda as instalações destinadas a realizar a movimentação de líquidos de um ponto de MENOR energia para outro de MAIOR energia IDÉIA GLOBAL A especificação de uma bomba depende basicamente de: Vazão recalcada Altura manométrica da instalação O esquema abaixo mostra as diversas fases que precede a escolha da bomba:

4 Fases da Escolha da Bomba O esquema mostra as diversas fases que precede a escolha da bomba: VAZÃO MATERIAL DAS TUBULAÇÕES DESNÍVEL DIÂMETRO DAS TUBULAÇÕES PERDA DE CARGA NOS TUBOS E ACCESSÓRIOS DIFERENÇA DE PRESSÃO ENTRE RESERVATÓRIOS A L T U R A M A N O M É T R I C A ESCOLHA DA BOMBA NOS GRÁFICOS DE SELEÇÃO (Fornecidos pelos Fabricantes)

5 O diagrama anterior mostra que, conhecidos Q e H man a escolha primária da bomba: através da consultada aos gráficos de seleção do fabricante. Esses gráficos definem, dentro da linha de produção de cada fábrica, o tipo de bomba capaz de atender ao ponto de funcionamento. A escolha primária também pode ser feita através de tabelas fornecidas pelos fabricantes. Gráfico de seleção: consiste de diagramas cartesianos, de H man versus Q, dentro dos quais estão delineados o campo específico de aplicação de cada uma das bombas de uma série de bombas do mesmo tipo. Dentro da linha de produção de um fabricante, é possível encontrar mais de um tipo de bomba capaz de recalcar a vazão Q na altura manométrica H man.

6 Gráfico de Seleção Gráfico de seleção de bombas da ABS Indústria de Bombas Centrífugas Ltda.

7 Gráfico de Seleção BOMBAS KSB, Tipo: MEGANORM, MEGABLOC, MEGACHEM, MEGACHEM V - Campo de Aplicação: 60 Hz e rpm

8 Gráfico de Seleção Tipo: KSB MEGANORM, MEGABLOC, MEGACHEM, MEGACHEM V Campo de AplIcação: 60 Hz e rpm

9 Gráfico de Seleção

10 Isométrico da Instalação de Recalque

11 Sistema Elevatório Água Fria Diâmetro Econômico da Tubulação de Recalque: onde : D rec 1,3.X 0,25. Q D rec =diâmetro econômico da tubulação de recalque, (m); X = n. de horas trabalhadas/24; Q =vazão (m 3 /s). (Forcheimmer) Diâmetro da Tubulação de Sucção: Para o diâmetro de sucção, adota-se diâmetro comercial acima do diâmetro de recalque. Verificar a velocidade para os diâmetros encontrados na tubulação de recalque e de sucção. Variação de velocidade segundo NBR ,6<V<3,0m/s

12 Sistema Elevatório Água Fria Em todas as instalações de bombeamento onde o dimensionamento dos diâmetros de sucção e recalque obedeceu ao critério econômico, constatou-se velocidades dentro dos seguintes limites: V sucção < 1,5 m/s (no máximo 2,0 m/s) V rec < 2,5 m/s (no máximo 3 m/s) Vamos considerar, para efeitos do curso: Médias: 1,0 m/s Sucção 2,0 m/s Recalque É recomendável, após o cálculo do diâmetro econômico, verificar se tais critérios estão sendo atendidos, tanto para a sucção quanto para o recalque. Caso contrário reavaliar os diâmetros de recalque e de sucção.

13 Sistema Elevatório Água Fria Escolha do Conjunto Motobomba Além da vazão de recalque, Q, deve-se determinar a altura manométrica ou total de elevação da bomba, H, dada como: sendo: H = H G + DH T H G desnível geométrico a ser vencido (m); DH T = DH S + DH R perda de carga total na instalação = (perda de carga total na sucção e no recalque); DH S = DH CS + DH LS (perdas de carga contínua e localizada na sucção); DH R = DH CR + DH LR (perdas de carga contínua e localizada no recalque).

14 Sistema Elevatório Água Fria Fórmulas para Perda de Carga Contínua Fórmula universal ou de Darcy-Weisbach; Fórmulas empíricas: Hazen-Williams, Fair-Whipple- Hsiao, Flamant... Darcy-Weisbach (Universal): 8 f = 2 g Q D 2 J 5 f = f(re;e/d) Hazen-Williams: (p/ D>50 mm) 10,643Q = 1,85 C D 1,85 J 4,87 Fair-Whipple-Hsiao (cobre/ latão ou plástico e água fria): 1,75 Q J = K s 4,75 D Ks = 0,00085 Fair-Whipple-Hsiao (aço galv. e água fria): 1, Q J = K 4, D 88 s 88 Ks = 0, Flamant: Q = 6,1045b D 1, 75 J 4, 75 Sendo J = DH/L a perda de carga unitária no conduto (m/m).

15 Sistema Elevatório Água Fria Fórmulas para Perda de Carga Localizada Em função dos coeficientes de perda localizada das peças K Tabelado; ΔH L 2 K V 2g Em função dos comprimentos equivalentes das peças Le Tabelado. ΔH L 8f 2 π g Q D 2 5.Le ou ΔH L J.Le

16 Coeficiente de Perda de Carga Localizada Acessório K Acessório K Cotovelo 90 0 raio curto 0,9 Cotovelo 90 0 raio longo 0,6 Cotovelo de ,4 Curva 90 0, r/d=1 0,4 Curva de ,2 Tê, passagem direta 0,9 Tê, saída lateral 2,0 Válvula de gaveta 0,2 Válvula de ângulo 5 Válvula de globo 10 Válvula de pé de crivo 10 Válvula de retenção 3 Curva de retorno, a= ,2 Válvula de bóia 6

17 Comprimentos equivalentes - Perda de Carga Localizada

18 Comprimentos equivalentes - Perda de Carga Localizada

19 Comprimentos equivalentes - Perda de Carga Localizada de aço galvanizado

20 Escolha do Conjunto Motobomba Potência do Conjunto Motobomba: P ot γqh η Q(m³/s); H(m); P ot (kw) η Coef. De rendimento global da bomba P ot γqh 75η Q(m³/s); H(m); P ot (cv) η Coef. De rendimento global da bomba

21 Escolha do Conjunto Motobomba Verificação da possibilidade de cavitação da bomba: NPSH requerido NPSH disponível sendo: NPSH req energia requerida pela bomba para não cavitar; fornecida pelos fabricantes; NPSH disp energia disponível à entrada da bomba; depende das condições da instalação e é dada por:

22 Escolha do Conjunto Motobomba Verificação da possibilidade de cavitação da bomba (Cont.): em que: NPSH disponível H b (h s ΔH S h H b altura representativa da pressão atmosférica local (ao nível do mar H b = p atm /g 10,33 mca); h s altura estática de sucção (do eixo da bomba ao NA RI ); DH S perda de carga total na tubulação de sucção; h v altura representativa da pressão de vapor do líquido na temperatura do escoamento. Na condição limite, a altura estática de aspiração máxima será: ) h H (NPSH ΔH s, máx b req S h v v )

23 Escolha do Conjunto Motobomba Representação do NPSH disp H b altura representativa da pressão atmosférica local h s altura estática de sucção DH S perda de carga total na tubulação de sucção; h v altura representativa da pressão de vapor do líquido na temperatura do escoamento.

24 Escolha do Conjunto Motobomba Valor da pressão atmosférica local: H b p γ a 10,33 0,0011.h (m.c.a) h altitude do local (m). Valor da pressão de vapor da água: T( 0 C) p v /g 0,09 0,13 0,17 0,24 0,32 0,43 0,57 0,75 0,98 1,25

25 Escolha do Conjunto Motobomba Exemplo Macintyre, 1990: Para o consumo diário de um prédio de apartamentos igual a L, determinar: - A vazão de bombeamento considerando três períodos de 1 h e 30 min cada. R.: Q = L/h; Q = 0,00651m³/s Q = CONSUMO/TEMPO - Os diâmetros de recalque e sucção para a tubulação em Aco Galvanizado,empregando a fórmula de Forcheimmer. 0,25 R.: Dr = 2½ => Dr,i = 60 mm; (?) Drec 1,3.X. Q Ds = 3 => Ds,i = 75 mm; (?) Verificar a velocidade para os diâmetros encontrados na tubulação de recalque e de sucção.

26 Escolha do Conjunto Motobomba Exemplo - Macintyre: - A altura manométrica da bomba (Figura isométrico): Tubulação de sucção:. Comprimento real da tubulação L s = 5,50 m; Ls = 2,50+0,80+1,40+0,80= 5,5m. Altura estática de sucção h s = 2,40 m;. Comprimentos equivalentes L s,e = 33,50 m;. Comprimento virtual da sucção Ls,v = 39,00 m;. Perda de carga unitária js = 0,048 m/m; 1,88 P/ aço galvanizado Q J = 0, ,88 D. Perda de carga total DHs,t = 1,87 m; - Js= DHs,t x Ls,v

27 Escolha do Conjunto Motobomba Comprimentos equivalentes na tubulação de sucção (3 ): Peças Le (m) Válv. de pé com crivo 20,00 1 Joelho 90º raio médio 2,10 2 registros de gaveta (2 x 0,50 m) 1,00 2 tês saída lateral (2 x 5,20 m) 10,40 Comprimento equivalente na sucção 33,50 Comprimento real 5,50 Comprimento virtual na sucção 39,00 TABELA

28 Escolha do Conjunto Motobomba Exemplo - Macintyre: Tubulação de recalque:. Comprimento real da tubulação L r = 69,60 m;. Altura estática de recalque h r = 46,50 m;. Comprimentos equivalentes L r,e = 25,9 m;. Comprimento virtual do recalque L r,v = 95,50 m;. Perda de carga unitária j r = 0,14 m/m;. Perda de carga total DH r,t = 13,37 m;

29 Escolha do Conjunto Motobomba Comprimentos equivalentes na tubulação de recalque (2½ ): Peças Le (m) 1 registro de gaveta 0,40 1 válvula retenção vertical 8,10 6 joelhos 90º raio médio (6 x 1,70 m) 10,20 1 Joelho 45º 1,00 1 tê saída lateral 4,30 Saída da tubulação 1,90 Comprimento equivalente no recalque 25,90 Comprimento real 69,60 Comprimento virtual no recalque 95,50

30 Escolha do Conjunto Motobomba Exemplo - Macintyre: Altura manométrica da bomba: H = H G + DH s,t + DH r,t = = (2, ,50) + 1, ,37= 64,14 m;

31 Escolha do Conjunto Motobomba Exemplo - Macintyre:. Catálogos de fabricantes: Com H = 64,14 m e Q = 23 m 3 /h Gráfico de seleção Bomba Etanorm KSB n = 3500 rpm Das curvas características da bomba: D rotor = 203 mm; h 47,0 %; P 12 cv; P m = 15 cv; NPSH req = 2,85 m.

32 Escolha do Conjunto Motobomba Exemplo Macintyre (Cont.): Possibilidade de ocorrer cavitação: NPSH disp = H b (h s + DH s,t + h v ) = 5,824 m Hb altura representativa da pressão atmosférica local (ao nível do mar Hb = patm/g 10,33 mca); 10,33m hs altura estática de sucção; 2,4m DHs,t perda de carga total na tubulação de sucção; 1,87m hv altura representativa da pressão de vapor do líquido na temperatura do escoamento. 0,236m Como: NPSH disp (5,824m)> NPSH req (2,85m) Não há risco de cavitação.

33 Escolha do Conjunto Motobomba BOMBAS KSB, Tipo: MEGANORM, MEGABLOC, MEGACHEM, MEGACHEM V - Campo de Aplicação: 60 Hz e rpm Q = 23 m 3 /h H = 64 m Bomba Etanorm KSB 3500 rpm Mod D r = 32 mm D rotor = 200 mm 1 rotor

34 Escolha do Conjunto Motobomba Curvas características: H=H(Q); P=P(Q); h=h(q); NPSH=f(Q). Q = 23 m 3 /h H = 64 m D rotor = 203 mm h 47 % NPSH req = 2,85 m P 12 cv