Instalação de Recalque - Página Inicial · 2012-12-11 · Hidráulica: Instalação de Recalque Prof. Fernando França da Cunha 11/12/2012 1 Hidráulica Instalação de Recalque

Hidráulica: Instalação de RecalqueProf. Fernando França da Cunha

11/12/2012

1

Hidráulica

Instalação de Recalque

Prof. Fernando França da Cunha

Máquinas

É um transformador de energia (absorve energia

em uma forma e restitui em outra).

máquina hidráulica motora: transforma a energia

hidráulica em energia mecânica (ex.: turbinas

hidráulicas e rodas d’água);

máquina hidráulica geradora: transforma a energia

mecânica em energia hidráulica.

Hidráulica



11/12/2012

2

- Bombas Volumétricas: São as bombas de êmbulo ou

pistão e as bombas diafragma. O intercâmbio de energia

é estático e o movimento é alternativo. A quantidade do

liquido é definida pela dimensão da bomba.

- TurboBombas ou Bombas Hidrodinâmicas: o órgão (rotor)

fornece energia ao fluido em forma de energia cinética.

O rotor se move sempre com movimento rotativo.

Quanto maior a rotação, maior é a vazão.

Hidráulica


Bombas Volumétricas

Bombas de Pistão: Utilizadas em roda d’água

Hidráulica



11/12/2012

3


Bombas de Diafragma:

Hidráulica


Ilustração de Bombas Volumétricas

Hidráulica



11/12/2012

4

Ilustração de Bombas Volumétricas

a. Bomba de pistão que comprime e expele fluído.

b. Bomba de diafragma comprimindo e expelindo fluído, devido ao

movimento do eixo fora de centro.

Hidráulica



Carneiro hidráulico:

Hidráulica



11/12/2012

5

Principais componentes de uma Bomba

Rotor: móvel que fornece energia ao fluido

Hidráulica


Difusor: canal de seção crescente que recebe o fluido

vindo do rotor e o encaminha à tubulação de recalque

Hidráulica



11/12/2012

6

Classificação das Bombas

Quanto à trajetória do fluido dentro do rotor:

Bombas radiais

ou centrífugas

Bombas Axiais

Bombas diagonais

ou de fluxo misto

Hidráulica


Quanto ao número de entradas para sucção:

Bombas de sucção simples

ou de entrada unilateral Bombas de dupla sucção

Hidráulica



11/12/2012

7

Quanto ao número de rotores dentro da carcaça:

Bombas de simples estágio

Bombas de múltiplo estágio

Hidráulica


Quanto ao posicionamento do eixo:

Bomba de eixo horizontal Bomba de eixo vertical

Hidráulica



11/12/2012

8

Quanto à pressão desenvolvida:

Bomba de baixa pressão: Hm ≤ 15m

Bomba de média pressão: 15m < Hm < 50m

Bomba de alta pressão: Hm ≥ 50m

Hidráulica


Quanto ao tipo de rotor:

Aberto Semi-fechado Fechado

Hidráulica



11/12/2012

9

Quanto a posição do eixo da bomba em relação ao nível da água:

Bomba de sucção

positiva

Bomba de sucção negativa

ou afogada

Hidráulica


Potência necessária ao funcionamento da bomba:

)(cvPot

75

HmQ )(

735,0kwPot

75

HmQ

Hidráulica


Tabela – Folga para motores elétricos

Potência exigida pela bomba

Folga

< 2 cv 30% 2 a 5 cv 25%

5 a 10 cv 20% 10 a 20 cv 15%

> 20 cv 10% Fonte: Bernardo et al. (2008).


11/12/2012

10

Válvula de pé

Crivo

Curva de 90ºMotor Bomba

Redução excêntrica

Redução excêntrica

Válvula de retenção

Registro de gaveta

INSTALAÇÃO TÍPICA DE RECALQUE

Ampliação concêntrica

Hidráulica


EXEMPLO

Dimensionar uma instalação de bombeamento de água

sabendo que a vazão a ser recalcada é de 15 L s-1, as

tubulações de sucção e recalque são de PVC e apresentam

comprimentos de 11 e 130 metros, respectivamente. A cota da

água é de 7 metros; a cota do conjunto motobomba é de 10

metros e a cota do reservatório é de 29 metros. Desconsiderar

as perdas de carga localizada.

Hidráulica



11/12/2012

11

Dimensionamento das tubulações de recalque e sucção:

“critério de velocidade”

Hidráulica


mmmV

QD 113113,0

5,1

015,044



Hidráulica



11/12/2012

12

mmmV

QD 113113,0

5,1

015,044



Recalque Sucção

4” (101,6 mm) 5” (127,0 mm)

Hidráulica


Cálculo da perda de carga na sucção (hfS):

EQUAÇÃO DE HAZEN-WILLIAMS

hf = perda de carga contínua, m;

Q = vazão, m3 s-1;

C = coeficiente que depende da natureza da parede do tubo

(material e estado);

87,4

852,1

646,10D

L

C

Qhf

Hidráulica



11/12/2012

13

Tabela - Valores do Coeficiente de Hazen-Williams (C)*

Tipos de conduto C

Alumínio 130 Aço corrugado 60 Aço com juntas “loc-bar”, novas 130 Aço com juntas “loc-bar”, usadas 90 a 100 Aço galvanizado 125 Aço rebitado, novo 110 Aço rebitado, velho 85 a 90 Aço soldado, novo 130 Aço soldado, usado 90 a 100 Aço soldado com revestimento especial 130 Aço zincado 120 Cimento-amianto 130 a 140 Concreto, bom acabamento 130 Concreto, acabamento comum 120 Ferro fundido, novo 130 Ferro fundido, usado 90 a 100 Plásticos 140 a 145 PVC rígido 145 a 150

* Citados por E. T. Neves.

Hidráulica



EQUAÇÃO DE HAZEN-WILLIAMS

hf = perda de carga contínua, m;

Q = vazão, m3 s-1;

C = coeficiente que depende da natureza da parede do tubo

(material e estado);

L = comprimento da tubulação, m; e

D = diâmetro da tubulação, m.

87,4

852,1

646,10D

L

C

Qhf

Hidráulica



11/12/2012

14


87,4

852,1

646,10D

L

C

Qhf

mhf 1128,0127,0

11

145

015,0646,10

87,4

852,1

Hidráulica


Cálculo da perda de carga no recalque (hfR): :

87,4

852,1

646,10D

L

C

Qhf

Hidráulica



11/12/2012

15

Cálculo da perda de carga no recalque (hfR): :

87,4

852,1

646,10D

L

C

Qhf

mhf 9521,31016,0

130

145

015,0646,10

87,4

852,1

Hidráulica


Cálculo da altura manométrica (Hm):

RSGRGS hfhfHHHm

mHm 0649,269521,31128,0193

Hidráulica



11/12/2012

16

SELEÇÃO DA BOMBA

Hm = 26,0649 m

Q = 0,015 m3 s-1

Hidráulica


SELEÇÃO DA BOMBA

Hidráulica



11/12/2012

17

SELEÇÃO DA BOMBA

Hm = 26,0649 m

Q = 0,015 m3 s-1

Hidráulica


SELEÇÃO DA BOMBA

Hm = 26,0649 m

Q = 0,015 m3 s-1 x 3.600 = 54 m3 h-1

Hidráulica



11/12/2012

18

SELEÇÃO DA BOMBA

54 m3 h-1

26,0649 m

Hidráulica


SELEÇÃO DA BOMBA

54 m3 h-1

26,0649 m

Hidráulica



11/12/2012

19

SELEÇÃO DA BOMBA

54 m3 h-1

26,0649 m

Modelo 50-160

Hidráulica


SELEÇÃO DA BOMBA

Modelo 50-160

Hidráulica



11/12/2012

20

SELEÇÃO DA BOMBA

54 m3 h-1

26,0649 m

Modelo 50-160

Hidráulica


SELEÇÃO DA BOMBA

54 m3 h-1

26,0649 m

Modelo 50-160

Hidráulica



11/12/2012

21

SELEÇÃO DA BOMBA

54 m3 h-1

26,0649 m

Modelo 50-160

PP

Hidráulica


SELEÇÃO DA BOMBA

54 m3 h-1

26,0649 m

Modelo 50-160

PP

Hidráulica



11/12/2012

22

POTÊNCIA DO MOTOR DA BOMBA

em que:

Pot = potência necessária ao sistema, cv;

Q = vazão bombeada, L s-1;

Hm = altura manométrica, m;

η = rendimento da bomba, decimal.

75

HmQPot

Hidráulica


POTÊNCIA DO MOTOR DA BOMBA

75

HmQPot

cvPot 9,676,075

0649,2615

cvcvPot 3,8%209,6

Hidráulica



11/12/2012

23

A Hm e a Q será como inicialmente projetada?

54 m3 h-1

26,0649 m

Modelo 50-160

PP

Hidráulica


Curva característica da tubulação

Hidráulica



11/12/2012

24


852,1QKHHm GT

852,1015,0220649,26 K

5,703.9015,0

220649,26852,1

KK

Hidráulica



Equação:

852,1QKHHm GT

852,1015,0220649,26 K

5,703.9015,0

220649,26852,1

KK

852,15,703.922 QHm

Hidráulica



11/12/2012

25

Traçar a curva característica da tubulação

852,15,703.922 QHm

Hidráulica


Q (m3 h-1) Q (m3 s-1) Hm (m)

0 0 22,0

10 2,7778E-03 22,2

20 5,5556E-03 22,6

30 8,3333E-03 23,4

40 1,1111E-02 24,3

50 1,3889E-02 25,5

60 1,6667E-02 26,9

70 1,9444E-02 28,6

80 2,2222E-02 30,4


Hidráulica



11/12/2012

26


Hidráulica



PT

Hidráulica



11/12/2012

27


PT

27,1 m

62 m3/h

Hidráulica


Formas para obtenção da vazão de projeto

- Fechamento do registro;

- Redução da rotação;

- Usinagem do rotor.

Hidráulica



11/12/2012

28

Fechamento do registro

PT

27,1 m

62 m3/h

Hidráulica



27,1 m

62 m3/h

Hidráulica



11/12/2012

29


27,1 m

62 m3/h

Hidráulica



27,1 m

62 m3/h

Hidráulica



11/12/2012

30


27,1 m

62 m3/h

Hidráulica



27,1 m

62 m3/h

Hidráulica



11/12/2012

31


27,1 m

62 m3/h

Hidráulica



27,1 m

62 m3/h

Hidráulica



11/12/2012

32


27,1 m

62 m3/h

Hidráulica



27,1 m

62 m3/h

29 m

54 m3/h

Hidráulica



11/12/2012

33


27,1 m

62 m3/h

29 m

54 m3/h

Hidráulica


Adição de perda

de carga de 1,9 m

Cálculo da Potência

Q = 54 m3 h-1 = 15 L s-1

Hm = 29 m

75

HmQPot

Hidráulica



11/12/2012

34


Q = 54 m3 h-1 = 15 L s-1

Hm = 29 m

75

HmQPot

cvPot 6,776,075

2915

Hidráulica


Redução da Rotação e Usinagem do Rotor

PT

27,1 m

62 m3/h

Hidráulica



11/12/2012

35


27,1 m

62 m3/h

Hidráulica



27,1 m

62 m3/h

Hidráulica



11/12/2012

36


Hidráulica



Hidráulica



11/12/2012

37


Hidráulica



Hidráulica



11/12/2012

38


Hidráulica



54 m3 h-1

26,0649 m

Hidráulica



11/12/2012

39

Usinagem do Rotor

Hidráulica


Usinagem do Rotor

62 m3/h50 m3/h

Hidráulica



11/12/2012

40

Usinagem do Rotor

mmDehmQ 160/62 1

3

1

?/54 2

3

2 DehmQ

mmDehmQ 150/50 3

3

3

Hidráulica


Usinagem do Rotor

mmDehmQ 160/62 1

3

1

?/54 2

3

2 DehmQ

mmDehmQ 150/50 3

3

3

mmDD

3,153150160

160

5062

54622

2

Hidráulica



11/12/2012

41

Redução da Rotação

rpmnehmQ 900.2/62 1

3

1

?/54 2

3

2 nehmQ

Hidráulica


Redução da Rotação

rpmnehmQ 900.2/62 1

3

1

?/54 2

3

2 nehmQ

2

1

2

1

n

n

Q

Q

rpmnn

526.2900.2

54

622

2

Hidráulica



11/12/2012

42


Usinagem do Rotor e Redução da Rotação:

75

HmQPot

cvPot 9,676,075

0649,2615

Hidráulica


Potência da bomba

Fechamento do registro: Usinagem do rotor e

Redução da rotação:

7,6 cv

Hidráulica



11/12/2012

43

Potência da bomba

Fechamento do registro: Usinagem do rotor e

Redução da rotação:

7,6 cv 6,9 cv

Hidráulica


CAVITAÇÃO

A água “ferve” quando aumenta a temperatura ou diminui-se a

pressão. Na pressão de 1 atm (10,33 mca) a água ferve a temperatura

de 100 C, na pressão de 0,24 atm, a água ferve a 20 C.

Cavitação é a ebulição da água na tubulação de sucção quando

a pressão atinge a de vapor. Esse fenômeno é capaz de interromper o

escoamento. Quando acontece em partes localizadas da tubulação de

sucção, a água chega ao rotor, onde sua pressão é aumentada,

ocasionando a implosão das bolhas de vapor, provocando corrosão

química (íons livres de O2) e golpes físicos na parede do rotor.

Hidráulica



11/12/2012

44

CAVITAÇÃO

NPSH = Net Positive Suction Head (altura positiva líquida de sucção)

Hidráulica


)()( bombapelarequeridoRinstalaçãonadisponívelD NPSHNPSH

SmáxSatmD hfPvHPNPSH rotorR hfg

vNPSH

2

2

SRatmmáxSRSmáxSatmRD hfPvNPSHPHNPSHhfPvHPNPSHNPSH

CSLSRatmmáxs hfhfPvNPSHPH

CAVITAÇÃO

Calcule a altura máxima de sucção para que a bomba não cavite

considerando que a temperatura máxima da água é de 25 ºC e o

sistema de bombeamento está instalado à 820 m de altura.

Hidráulica


CSLSRatmmáxs hfhfPvNPSHPH


11/12/2012

45

Hidráulica


NPSHR

Hidráulica


27,1

62

NPSHR


11/12/2012

46

Hidráulica


NPSHR

Hidráulica


NPSHR


11/12/2012

47

Hidráulica


NPSHR

4,5

CAVITAÇÃO

Tabela - Pressão atmosférica, em função da altitude

Altitude (m) Pressão (mca) Altitude (m) Pressão (mca)

0 10,33 1.000 9,16

100 10,21 1.200 8,88

200 10,09 1.500 8,54

300 9,96 1.800 8,20

400 9,84 2.100 7,89

500 9,73 2.400 7,58

600 9,59 2.700 7,31

900 9,22 3.000 7,03

Hidráulica



11/12/2012

48

CAVITAÇÃO

Pressão atmosférica, em função da altitude:

em que:

P = pressão atmosférica local, mca; e

Z = altitude do local, m.

Hidráulica


2568,5

288

0065,013287,10

zP

CAVITAÇÃO

Pressão atmosférica, em função da altitude:

Hidráulica


mcaP

P

3626,9

288

8200065,013287,10

2568,5

2568,5

288

0065,013287,10

zP


11/12/2012

49

CAVITAÇÃO

Tabela - Pressão de vapor da água, em função da temperatura

Temperatura

(ºC)

Pressão

(mca)

Temperatura

(ºC)

Pressão

(mca)

15 0,17 35 0,57

20 0,24 40 0,75

25 0,32 45 0,97

30 0,43 50 1,26

Hidráulica


CAVITAÇÃO

Tabela - Pressão de vapor da água, em função da temperatura

Temperatura

(ºC)

Pressão

(mca)

Temperatura

(ºC)

Pressão

(mca)

15 0,17 35 0,57

20 0,24 40 0,75

25 0,32 45 0,97

30 0,43 50 1,26

Hidráulica



11/12/2012

50

Hidráulica


CAVITAÇÃO

Cálculo da perda de carga localizada na sucção (hfLS):

g

vKhfLS

2

2

1

2

2

1841,1

127,0

015,04

4

smv

v

D

Qv

Valores do coeficiente de perda de carga localizada K, segundo J. M. Azevedo Netto

Peça K

Ampliação gradual 0,30*

Bocais 2,75

Comporta, aberta 1,00

Controlador de vazão 2,50

Cotovelo de 90º 0,90

Cotovelo de 45º 0,40

Crivo 0,75

Curva de 90º 0,40

Curva de 45º 0,20

Curva de 22½º 0,10

Entrada em canalização 0,50

Entrada de borda 1,00

Pequena derivação 0,03

Peça K

Junção 0,40

Medidor Venturi 2,50** Redução gradual 0,15*

Registro de ângulo 5,00

Registro de gaveta 0,20

Registro de globo 10,00

Saída de canalização 1,00

Tê, passagem direta 0,60

Tê, saída de lado 1,30

Tê, saída bilateral 1,80

Válvula de pé 1,75

Válvula de retenção 2,50

Velocidade 1,00

(*) Com base na velocidade maior (seção menor); (**) Relativa à velocidade na canalização.

2180,081,92

1841,105,3

2

22

LSLSLS hfhfg

vKhf

CAVITAÇÃO

Hidráulica


87,4

852,1

646,10D

L

C

QhfCS

mhfCS 1128,0127,0

11

145

015,0646,10

87,4

852,1

Cálculo da perda de carga contínua na sucção (hfCS):


11/12/2012

51

Hidráulica


mH

H

hfhfPvNPSHPH

máxs

máxs

CSLSRatmmáxs

2118,4

1128,02180,032,05,43626,9

CAVITAÇÃO

Custos mensais da energia elétrica

Em que:

C = custo mensal de energia elétrica;

CC = custo do consumo energético;

TA = taxa adicional a ser paga; e

CD = custo de demanda.

DAC CTCC

Hidráulica



11/12/2012

52

Custo do consumo energético (CC):

Em que:

CC = custo do consumo energético; e

E = energia mensal, kW.

kWhdopreçoECC

Hidráulica


Potência Nominal (Hp)

Rendimento (%)

Cos Ф Corrente com

plena carga 220 v

1/4 0,58 0,72 1,15 1/3 0,64 0,73 1,35 1/2 0,69 0,75 1,85 3/4 0,73 0,75 2,65 1 0,75 0,78 3,30

1 ½ 0,79 0,78 4,70 2 0,80 0,80 6,00

2 ½ 0,81 0,80 7,40 3 0,81 0,80 8,80 4 0,81 0,83 11,5 5 0,81 0,83 14,5

7 ½ 0,86 0,85 20,0 10 0,86 0,85 26,0 15 0,86 0,87 39,0 20 0,86 0,87 50,0 25 0,86 0,87 65,0 30 0,86 0,87 78,0

Taxa adicional a ser paga (TA):

1

cos

cos 1CA CT

Hidráulica


Em que:

cos Φ1 = fator de

potência da instalação;

cos Φ = fator de

potência do motor;


11/12/2012

53

Custo de demanda (CD):

Em que:

PD = pico de demanda; kW

V = voltagem da linha; W

cos Φ = fator de potência; e

IP = corrente de partida, amperes.

kWdopreçoPC DD

)(000.1

3coskW

IVP P

D

Hidráulica



Em que:

IP = corrente de partida, ampres;

N = potência instalada em cv ou Hp;

V = voltagem da linha; e

kVA/Hp = potência aparente com o rotor bloqueado, por unidade de

potência nominal do motor, em função da letra de código do motor,

dada pela tabela seguinte.

V

HPkVANIP

3

/000.1

Hidráulica



11/12/2012

54


Potência aparente em função da letra de código do motor

Hidráulica


Hidráulica Aplicada UFMS Fernando França da Cunha

Letra código do motor

kVA/Hp Letra código

do motor kVA/Hp

Letra código do motor

kVA/Hp

A 0,00 - 3,14 L 9,00 - 9,99 B 3,15 - 3,54 M 10,00 - 11,19 C 3,55 - 3,99 N 11,20 - 12,49 D 4,00 - 4,49 P 12,50 - 13,99 E 4,50 - 4,99 R 14,00 - 15,99 F 5,00 - 5,59 S 16,00 - 17,99 G 5,60 - 6,29 T 18,00 - 19,99 H 6,30 - 7,09 U 20,00 - 22,39 J 7,10 - 7,99 V 22,40 - 20,00 K 8,00 - 8,99

Hidráulica



Calcular o custo mensal de energia elétrica considerando que a

motobomba irá operar por 12 horas diárias.

Dados do motor: Potência do motor a ser considerada é a exigida pelo

ponto de projeto; e Código do motor letra “F”.

Dados da instalação elétrica: Fator de potência da companhia elétrica

(cos Φ1) de 0,88; Voltagem da rede (V) de 220W; Custo kWh de R$ 0,18.

28,476$18,0646.2

646.2)30/12()735,010(

RCC

kWEdiasdiahEhoraskWE

kWhdopreçoEC

CC

C


11/12/2012

55

Hidráulica



81,16$185,0

88,028,4761

cos

cos 1 RTTCT AACA

11,8$18,005,45

05,45000.1

385,00889,139220

000.1

3cos

0889,1392203

30,510000.1

3

/000.1

RCCkWdopreçoPC

kWPPIV

P

AIIV

HPkVANI

DDDD

DDP

D

PPP

20,501$11,881,1628,476 RCCCTCC DAC

Hidráulica


Sistemas de partida de motores elétricos

Importante para diminuir o pico de demanda por meio da

diminuição da corrente de partida. Tipos de partida:

Partida direta

Partida estrela-triângulo

Partida compensadora

Partida série-paralelo

Conversor de frequência

Soft-starter


11/12/2012

56

FIM

[email protected]

Hidráulica


Documents

Instalação de Recalque - Página Inicial · 2012-12-11 · Hidráulica: Instalação de Recalque Prof. Fernando França da Cunha 11/12/2012 1 Hidráulica Instalação de Recalque