Aula 11 de ME5330. Associação em série de bombas hidráulicas

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Mariana Neto Caetano
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1 Aula 11 de ME5330 Associação em série de bombas hidráulicas

2 A instalação da figura deve atender um tanque de processo que exige em sua entrada uma pressão p 1 = 3,5 kgf/cm. Neste sentido foi selecionada a bomba H 50 - C com diâmetro de rotor igual a 14 mm. Pede- se: a) a equação da CCI; b) o ponto de trabalho da bomba. Considere a água a 0 C e a rugosidade do aço igual a 4,6 e-5 m Nota: = 3 Sch 40 = Sch 40 alteração

4 H (m) e h (%) H = f() e h = f() h = -0, ,4833 -,399 R² = 0, H = -0, , , R² = 0, (m³/h) CC_14 rend_14 Polinômio (CC_14) Polinômio (rend_14)

5 H estática p final p z z inicial final inicial INICIAMOS A SOLUÇÃO CALCULANDO A CARGA ESTÁTICA DA INSTALAÇÃO

6 H H estática estática ,1m 4 3,5 10 9,8 997,8 9,8 0 Como a carga estática (7,1 m) é maior que a carga no shut off (17, m), podemos afirmar que não existe o ponto de trabalho para a bomba escolhida, mas vamos visualizar isto graficamente e para tal vamos obter a equação da CCI

7 Mas para obtê-la devemos refletir sobre a instalação das bombas e as eventuais alterações na CCI.

8 É dado o detalhe da casa de máquina, onde as ligações possíveis das bombas encontram-se representadas na figura a seguir, em uma vista de cima. Pelo que eu percebi nós devemos alterar tanto no L, como na Sleq da instalação.

9 Vamos lá! Isso mesmo e para tal nós sabemos que a instalação na casa de máquina trabalha com um único diâmetro e que os tubos são de aço 40 com diâmetro nominal de 3.

10 PRIMEIRA POSSIILIDADE DE FUNCIONAMENTO: REGISTROS GAVETAS FECHADOS: 4, 5, 6 E 7 E REGISTROS GAVETAS AERTOS: 1, E 3. Nesse caso opera-se com uma só bomba. LEGENDA a = tê de saída de lado (Tupy) b = joelho (fêmea) de 90 0 (Tupy) c, d, h = registros ou válvulas gaveta (Mipel) e = válvula de retenção com portinhola (Mipel) f = curva (fêmea) de 90 0 (Tupy) g, i = tê de passagem direta (Tupy) Singularidades Diâmetro nominal Leq (m) a 3 4,11 b 3,8 c, d, h 3 1,03 L CM = 5,5 m e a Sleq =16,61 m e 3 3,95 f 3 1,64 g, i 3 0,50

11 SEGUNDA POSSIILIDADE DE FUNCIONAMENTO: REGISTROS GAVETAS FECHADOS: 1,, 3 E 7 E REGISTROS GAVETAS AERTOS: 4, 5 E 6. Nesse caso opera-se com uma só bomba. LEGENDA t, k = tê de passagem direta (Tupy) p = joelho (fêmea) de 90 0 (Tupy) j, m, n = registros ou válvulas gaveta (Mipel) o = válvula de retenção com portinhola (Mipel) L = curva (fêmea) de 90 0 (Tupy) q = tê de passagem de lado (Tupy) Singularidades Diâmetro nominal Leq (m) q 3 4,11 p 3,8 j, m, n 3 1,03 L CM =5,5 m e a Sleq =16,61 m o 3 3,95 L 3 1,64 t, k 3 0,50

12 EM RELAÇÃO A CASA DE MÁUINA AS DUAS POSSIILIDADES SÃO IDÊNTICAS, POIS EM AMAS SE TEM O MESMO COMPRIMENTO TOTAL DE TUULAÇÃO E A MESMA SOMATÓRIA DE COMPRIMENTOS EUIVALENTES. Primeira possibilidade Segunda possibilidade

13 Sem a casa de máquina H S 7,1 f " 19,6 6 18,4 0,055 1, ,6 f 3" 1, ,6 0, ,6 47, H S 7, ,9 f 3" ,3 f " ,6 Portanto existem alterações a serem feitas na primeira solução apresentada.

14 " 3" S 4 " 4 3" 4 S ,6 f ,7 f 10834,9 7,1 H 10 1,7 19,6 0,055 18,4 6 f 10 47,7 19,6 0, ,1 47,5 f 10 1,7 19,6 7,1 H Com a casa de máquina Agora é só traçá-la junto da CC.

15 (m³/h) H 14 (m) h14 (%) f 3" f " H s (m) 0 17, 0 0 7,1 5 17, 0,063 0,05 7, ,031 0,08 8, ,5 46 0,017 0,018 30, ,009 0,01 3, ,5 0,004 0,009 35, ,5 60 0,000 0,006 38, ,5 0,0197 0,004 43, ,0195 0,003 47,7 45 5,5 0,0193 0,00 53, ,0191 0,001 59,0

16 H(m) e h (%) CC x CCI Não existe ponto de trabalho! h = -0, ,4833 -,399 R² = 0,9783 H S = 0,01 + 0,08+ 7,1 R² = H= -0, , , R² = 0, (m³/h) H14 (m) rendimento CCI Polinômio (H14 (m)) Polinômio (rendimento) Polinômio (CCI)

17 Como não existe o ponto de trabalho, ou seja, a bomba escolhida não consegue recalcar a água para a situação onde a pressão na seção final é 3,5 kgf/cm² e como já existe uma bomba igual como reserva, vamos verificar se a associação em série das bombas resolve o problema. Essa pode ser a solução mais econômica, vamos verificar!

18 uando se deve pensar em associar bombas hidráulicas em série?

19 No caso do exercício o novo processo exigiu um aumento da pressão em sua entrada, ou seja, uma carga manométrica maior do que a do shut off. Além do caso do exercício, por condições topográficas, quando o sistema exige grandes cargas manométricas, que pode exceder às faixas de operação de bombas de simples estágio. Nestes casos, uma das soluções é a associação de bombas em série.

20 Considerando o esquema a seguir é fácil observar que: 1. O líquido passará pela primeira bomba e receberá uma certa carga manométrica e ao entrar na segunda bomba, haverá um novo acréscimo de carga a fim de que o mesmo atinja as condições solicitadas.. A vazão que sai da primeira bomba é a mesma que entra na segunda, sendo portanto a vazão em uma associação de bombas em série constante.

21 Conclusão: quando associamos duas ou mais bombas em série, para uma mesma vazão, a carga manométrica será a soma da carga manométrica fornecida por cada bomba. Portanto, para se obter a curva característica resultante de duas bombas em série, iguais ou diferentes, basta somar as alturas manométricas totais, correspondentes aos mesmos valores de vazão,em cada bomba.

22 Associação de duas bombas iguais associadas em série:

23 Duas bombas diferentes associadas em série:

24 Cuidado: verificar a pressão máxima suportada no flange das bombas subsequentes.

25 1 1 as as 1 1 as as 1 1 as as 1 assoc H H H H H H H H H N N N h h h h h h h h h Cálculo do rendimento da associação em série de bombas.

26 Operação de bombas iguais em série H 1 H e h 1 h h as h 1 h

27 Operação de bombas diferentes em série has H as H 1 H h h 1 H 1 H h 1 h Ponto de operação de cada bomba em separado

28 Voltando ao exercício

29 VIAILIZANDO A ASSOCIAÇÃO EM SÉRIE: REGISTROS GAVETAS FECHADOS: 3 E 4 E REGISTROS GAVETAS AERTOS: 1,, 5, 6 E 7. Nesse caso opera-se com uma associação em série de bombas. LEGENDA a, r, x, q = tê de passagem de lado (Tupy) b, u, z, p = joelhos (fêmeas) de 90 0 (Tupy) c, d, w, m, n = válvulas gaveta (Mipel) e, o = válvula de retenção com portinhola (Mipel) f, L = curvas (fêmeas) de 90 0 (Tupy) Singularidade Diâmetro nominal Leq (m) a, r, x, q 3 4,11 b, u, z, p 3,8 Devemos acrescentar: L CM =10,5 m e a Sleq =44,05 m c, d, w, m, n 3 1,03 e, o 3 3,95 f, L 3 1,64

30 Com a casa de máquina H S 7,1 19,6 f " 6 18,4 0,055 1, ,6 f 3" 1,7 10 5,5 76,65 0, ,6 47, H S 7, ,9 f 3" ,6 f " ,6 Agora é só traçá-la junto da CC das bombas associadas em série.

31 (m³/h) H 14 (m) h14 (%) H 14as (m) f 3" f " H s (m) 0 17, 34, ,1 5 17, 34,4 0,063 0,05 7, ,031 0,08 8, , ,017 0,018 30, ,009 0,01 33, ,5 30 0,004 0,009 36, , ,000 0,006 40, ,5 4 0,0197 0,004 44, ,0195 0,003 50,0 45 5,5 11 0,0193 0,00 55, ,0191 0,001 6,4

32 H(m); H as (m) e h (%) 70,0 60,0 h = -0, ,4833 -,399 R² = 0,9783 Associação em série H S = 0,01 + 0,08 + 7,1 R² = 1 50,0 40,0 30,0 0,0 10,0 H = -0, , , R² = 0,994 H as = -0, , ,4 R² = 0,994 0,0 0,0 10,0 0,0 30,0 40,0 50,0 60,0 H14 (m) rendimento associação série CCI Polinômio (H14 (m)) Polinômio (rendimento) Polinômio (associação série) Polinômio (CCI) (m³/h)

33 Determinem o ponto de trabalho da associação em série, verifiquem o custo de operação mensal, sabendo que a instalação opera 8 horas/dia, calculem o NPSH disponível e verifiquem o fenômeno de recirculação.

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