CONSIDERAÇÕES GERAIS PARA A CORRETA SELEÇÃO E INSTALAÇÃO DE MOTOBOMBAS CENTRÍFUGAS 1. ESCOLHA DA TUBULAÇÃO APROPRIADA, EM FUNÇÃO DA VAZÃO DESEJADA A velocidade máxima de escoamento recomendada dentro de uma tubulação de recalque é de 2 a 3m/s. Sabendo que a vazão(q) é função da área(s) da secção do tubo e da velocidade(v), teremos: Q = S. V Onde, Q - em m³/s. Exemplo: Para uma vazão de 50m³/h, teremos: Q = = 0, 01389m3 /s, sendo D = Ø tubo em metros - Considerando a velocidade de 3m/s. Teremos a seguinte expressão matemática: 0,01389 = 3.. ou,. D = D = 0,005898, onde temos: D = 0,0768m = 76,8mm ou 3. Para tubulação de sucção a velocidade de escoamento recomendada é menor, 1,5 a 2,5 m/s. Portanto devemos utilizar para este exemplo uma tubulação imediatamente superior, ou seja, 4. 2. CÁLCULO DA ALTURA MANOMÉTRICA TOTAL EM UMA INSTALAÇÃO Suponhamos que uma indústria necessite de 50m³/h de água e as instalações para alimentação apresenta os seguintes dados, conforme figura ao lado: - Altura geométrica de sucção (h) = 2,0m. - Altura geométrica de recalque (H) = 15,0m. - Comprimento da tubulação de sucção (2+4) = 6,0m. - Comprimento da tubulação recalque (15+195) = 210,0m. - Bitola da tubulação de sucção (conf. cálculo ant.) = 4. - Bitola da tubulação de recalque (conf. cálculo ant.) = 3. - Acessórios de sucção: 01 válvula de pé 4 (A). 01 curva de 90 4 (B). - Acessórios de recalque: 01registro gaveta 3 (D). 01 válvula de retenção 3 (C). 04 curvas de 90 3 (E). SHD Bombas www.shdbombas.com.br 9
a) ALTURA MANOMÉTRICA DE SUCÇÃO Altura geométrica...2,00m Comp. da tubulação 4...6,00m Comp. equival. válvula de pé 4 (tab.2)...79,00m Comp. equivalente curva 90 4 (tab.2)...2,00m Comprimento equivalente total...87,00m Perda de carga tub.4 ( tab.1) (87,00 3,8%)...3,30m a) ALTURA MANOMÉTRICA DE RECALQUE Altura geométrica...15,00m Comp. da tubulação 3...210,00m Comp. equival. reg. gaveta 3 ( tab.2)...0,46m Comp. equival. válvula de ret.3 (tab.2)...5,50m Comp. equival. curva 90 3 4x1,5 (tab.2)...6,00m Comprimento equivalente total...221,96m Perda de carga tub.3 ( tab.1) (221,96 11%)...24,41m Altura manométrica total de sucção...5,30mca Altura manométrica total de recalque...39,41mca ALTURA MANOMÉTRICA TOTAL DA INSTALAÇÃO: 5,3mca + 39,4mca = 44,7mca 3. CÁLCULO DA POTÊNCIA ABSORVIDA EM UMA BOMBA A potência absorvida (BHP) em uma motobomba é a energia que ela consome para determinado trabalho, ou seja, transportar o líquido na vazão desejada a uma altura manométrica estabelecida. Esta potência pode ser calculada através da expressão matemática:.. BHP ou P =.,. Onde, BHP ou P = Potência motriz absorvida γ = Peso específico do líquido (água ou esgoto = 1.000kgf/m³) Q = Vazão em m³/h η = Rendimento global pretendido = ±75% Portanto, conforme exemplo da página anterior, teremos:.., P =.,. = 11,03cv 12,5cv* Simplificando: P = ".#.$,%& &' Observação: Utilizando a fórmula simplificada para líquidos cujo peso específico é diferente de 1.000kgf/m³, devemos aplicar a diferença percentual sobre a resultante. Ex.: Líquidos com peso específico de 1.200kgf/m³, acrescentar 20% sobre a potência calculada. Para o caso anterior teríamos 11,03 + 20% = 13,23 15,0cv* (*) Potência comercial mais próxima 10 SHD Bombas www.shdbombas.com.br
4. NPSH - DEFINIÇÃO E CÁLCULO As bombas para operarem satisfatoriamente requerem líquidos livres de vapor na linha de sucção à entrada do rotor. Se a pressão dentro da bomba cai abaixo da pressão de vapor do líquido, haverá formação de bolhas de vapor neste local. Devido ao rápido aumento da pressão dentro da bomba, as bolhas se fundem e tendem a se condensar, retornando ao estado líquido. Por estarem sob alta velocidade na entrada das pás do rotor, provocam ondas de alta pressão com intensidade tal que excedem a resistência mecânica nestas áreas. Este fenômeno é chamado cavitação e pode reduzir a eficiência da bomba causando ruído, vibrações danificando as paredes do rotor e da carcaça. Para evitar este fenômeno as bombas necessitam de certa quantidade de energia na sucção, conhecido como NPSH, sigla da expressão inglesa NET POSITIVE SUCTION HEAD, ou seja, Carga Líquida Positiva de Sucção. Define-se a NPSH como altura total de sucção referida a pressão absoluta local, existente no centro da conexão de sucção, menos a pressão de vapor do líquido. Expressão: NPSH = (Ho- h - hs - R) Hv Sendo, Ho = Pressão atmosférica local (tab.3) h = Altura de sucção (condições da instalação) hs = Perdas por atrito na tubulação de sucção (cálculo de perdas) R = Perdas internas da bomba (curvas NPSH fabricante) Hv = Pressão de vapor líquido (tab.4) Para uma sucção adequada à bomba, a pressão em qualquer ponto da linha nunca deverá reduzir-se a pressão de vapor do líquido. Para que isto não ocorra é necessário observar que Ho - Hv, que é a pressão realmente útil para a movimentação do líquido, seja sempre maior que a soma de (hs + h + R). Portanto, Ho - Hv > hs + h + R A NPSH pode ser requerida (NPSHr) ou disponível (NPSHd). Para obtermos valores de NPSHr e NPSHd, desmembramos a fórmula, sendo: R = NPSHr (requerido) É característica do projeto da bomba e, varia de acordo com a vazão, porque a velocidade do líquido vai aumentando e consequentemente a pressão ou carga diminui: são geralmente representadas nas curvas de rendimento das bombas. Ho + Hv + hs = NPSHd (disponível) É função do projeto do sistema o qual a bomba opera. É o excesso de pressão do líquido que chega à sucção da bomba expressa em metros, acima de sua pressão de vapor, assegurando que a bomba não terá problemas de cavitação. Portanto, a NPSHd deve ser sempre maior que NPSHr para obtermos o melhor rendimento, ficando: NPSHd > NPSHr SHD Bombas www.shdbombas.com.br 11
CÁLCULO DE NPSHr Exemplo: Uma bomba SHD modelo RH-500 instalada para trabalhar com AMT de 25mca e vazão de 380m³/h, em um local a aproximadamente 340m em relação ao nível do mar, temperatura da água 30 C, com altura de sucção de 2,0m e perda calculada na tubulação de sucção de 2,3mca. Sabemos que o NPSHr conforme curva característica ao lado é de 3,0 mca e que NPSHd = Ho - Hv - hs. 40 35 30 25 Modelo: RH (300 / 400 / 500 / 600 / 750 ) Recalque: 8" Sucção: 10" Potência máx: 100cv / 1150 RPM / 60Hz Rotor fechado de Ø320 - mm 75% 80% 84% 86% η% 80% 75% Então: Ho = 9,92 (pressão atmosférica - tab.3). Hv = 0,433 (pressão de vapor d água a 30 C - tab.4). h = 2,0m (altura de sucção). hs = 2,3mca (sendo calculada por atrito). Portanto, NPSHd = 9,92 0,433 2,0 2,3 NPSHd = 5,18mca Sendo NPSHd > NPSHr, a bomba poderá operar normalmente livre de cavitação. 20 15 Pressão (mca) Ø360 Ø340 Ø400 Ø380 10 Ø320 Vazão (m³/h) 6 5 4 3 2 1 NPSH (m) 0 80 70 Ø400 VALORES DA PRESSÃO ATMOSFÉRICA (tab.3) ALTITUDE (m) 0 150 340 600 750 1000 1500 2000 2680 3140 PRESSÃO ATMOSFÉRICA (mca) 10,33 10,16 9,92 9,58 9,35 9,1 2 8,64 8,08 7,48 7,07 VALORES DE TENSÃO DE VAPOR DA ÁGUA (tab.4) 60 Ø380 50 Ø360 40 Ø340 30 Ø320 20 TEMPERATURA ( C) 0 4 1 0 20 30 40 50 60 80 100 TENSÃO VAP. DA ÁGUA (mca) 0,062 0,083 0,125 0,239 0,433 0,753 1,258 2,033 4,831 10,33 Potência (cv) 12 SHD Bombas www.shdbombas.com.br
5. ALTERAÇÕES NAS CARACTERÍSTICAS DE UMA BOMBA EM FUNÇÃO DA VELOCIDADE EMPREGADA As leis de afinidade são expressões matemáticas que definem mudanças na capacidade (Q), carga ou pressão (H) e potência motriz absorvida (P) em uma bomba, quando ocorrem alterações na velocidade empregadas a esta. Sendo assim define-se que: a) A capacidade (Q) varia na proporção direta da relação da velocidade (N). Onde: Q2 = (.) *+ *, - b) A pressão (H) varia na proporção direta do quadrado da relação da velocidade (N). Onde: H 2 =..) *+ *, -/ c) A potência (P) varia na proporção direta do cubo da relação da velocidade (N). Onde: P 2 = 0.) *+ *, - Nota: o subscrito 1 se refere à condição inicial e 2 à nova condição FATOR DE CORREÇÃO EM FUNÇÃO DA VELOCIDADE EMPREGADA AUMENTANDO A VELOCIDADE REDUZINDO A VELOCIDADE RPM(N) CAPACIDADE.(Q) PRESSÃO (H) POTÊNCIA (P) RPM(N) CAPACIDADE.(Q) PRESSÃO (H) POTÊNCIA (P) +100% 2,00 4,00 8,00-5% 0,95 0,90 0,86 +80% 1,80 3,24 5,83-10% 0,90 0,81 0,73 +60% 1,60 2,56 4,10-17% 0,83 0,69 0,57 +50% 1,50 2,25 3,38-20% 0,80 0,64 0,51 +40% 1,40 1,96 2,74-25% 0,75 0,56 0,42 +30% 1,30 1,69 2,20-30% 0,70 0,49 0,34 +25% 1,25 1,56 1,95-35% 0,65 0,42 0,27 +20% 1,20 1,44 1,73-40% 0,60 0,36 0,22 +10% 1,10 1,21 1,33-45% 0,55 0,30 0,17 +7% 1,07 1,14 1,22-50% 0,50 0,25 0,125 SHD Bombas www.shdbombas.com.br 13