Projeto de bombas industriais

1

EETI: Departamento de Engenharia e TI Curso: Engenharia Qumica

Perodo: 2014.1Disciplina: Operaes Unitrias I

Professor: George de Souza MustafaProjeto da bomba B-12 de transferncia de hidrocarbonetos do vaso de refluxo V-11 para o prato de carga da coluna de destilao T-11 e para o vaso pulmo V-12 da rea 30Raisa Riccio Teixeira ReisSalvador, 7 de maio de 2014.

Projeto da bomba B-12 de transferncia de hidrocarbonetos do vaso de refluxo V-11 para o prato de carga da coluna de destilao T-11 e para o vaso pulmo V-12 da rea 30Raisa Riccio Teixeira ReisProjeto de sistema de bombeamento, referente nota da primeira unidade da disciplina Operaes Unitrias I, da Universidade Salvador - UNIFACS, sobre o assunto referente a projeto de bombas, realizado no ms de abril e incio de maio de 2014.

Salvador, 7 de maio de 2014.

RESUMO EXECUTIVO

Dimensionar uma bomba de refluxo (B-12) de uma coluna estabilizadora de hidrocarbonetos para transferir a corrente do lquido proveniente do vaso V-11 para a torre de destilao T-11 e para o vaso pulmo da rea 30, representados no fluxograma de processo (figura 01).Selecionar os dimetros das tubulaes da suco e descarga da bomba, determinando o tipo de bomba e o fabricante mais adequado ao processo a partir das vazes mssicas, presses e perdas de cargas, relacionando com os critrios de projetos e tambm calculando o HEAD, rotao, dimetro do rotor, eficincia, NPSH disponvel e requerido, o NSS e a potncia da bomba.A bomba B-12 selecionada foi da marca KSB modelo RPHb 80-315/2 com rotao de 3500 rpm, dimetro de suco de 10 sch 20 e dimetro de descarga de 6 sch 40. A bomba possui um head de 228,9 m e vazo de 157,89 m3/h com eficincia de 63%. O emprego de bombas centrfugas para esse tipo de aproveitamento deve ser considerado como uma alternativa atrativa, visto que esses equipamentos, tambm, apresentam bom desempenho e exigem poucas modificaes para funcionamento reverso.

Os critrios de projetos como: NPSH, vazo tima de operao (Qbep) e o NSS foram verificados. A bomba selecionada, KSB RPHb 80-315/2, atendeu todos os critrios de projetos.

SUMRIO

1. OBJETIVO_________________________________________________________05

2. DESCRIO DO PROCESSO _________________________________________053. BASES DE ESTUDO_________________________________________________064. PREMISSAS _______________________________________________________07

5. SUCO DA BOMBA (B-12) _________________________________________09

5.1 Dimensionamento da tubulao de suco da bomba (B-12)_______________09

5.2 Ramais de descarga da bomba (B-12)__________________________________13

5.2.1 Dimensionamento ramal 1 ________________________________________________________14

5.2.2 Dimensionamento do ramal 2 _____________________________________________________16

5.2.3 Clculo da presso do n _________________________________________________________195.3 Descarga da bomba ________________________________________________19

5.3.1 Clculo do P total da descarga ____________________________________________________22

5.4 Head da bomba ___________________________________________________22

5.5 Escolha da bomba (B-12) ___________________________________________23

5.6 Potncia da bomba _________________________________________________26

6.CONCLUSES______________________________________________________285.REFERNCIAS _____________________________________________________296.ANEXOS___________________________________________________________301. OBJETIVOS Dimensionar uma bomba de refluxo (B-12) de uma coluna estabilizadora de hidrocarbonetos para transferir a corrente do lquido proveniente do vaso V-11 para a torre de destilao T-11 e para o vaso pulmo da rea 30, representados no fluxograma de processo (figura 01). Selecionar os dimetros das tubulaes da suco e descarga da bomba, determinando o tipo de bomba e o fabricante mais adequado ao processo a partir das vazes mssicas, presses e perdas de cargas, relacionando com os critrios de projetos e tambm calculando o HEAD, rotao, dimetro do rotor, eficincia, NPSH disponvel e requerido, o NSS e a potncia da bomba.2. DESCRIO DO PROCESSO:Foi solicitado um projeto de dimensionamento da bomba B-12 para transferncia de uma corrente de hidrocarbonetos do vaso V-11 para a torre de destilao T-11 e para o vaso pulmo V-12.Figura 1: Fluxograma de processo.A bomba B-12 responsvel por enviar parte de sua carga para a torre T-11, e outra parte para o vaso V-12 da rea 30. A coluna de destilao, T-11, composta por pratos no seu interior, nos quais circulam fraes vapor e lquido em contracorrente, permitindo a separao dos componentes dos hidrocarbonetos pela diferena de densidade. Os componentes com maior presso de vapor, ou seja, mais volteis, saem na corrente de topo, passam por um trocador de calor TC-13 onde sero condensados e posteriormente transferidos para o vaso V-13. O produto de fundo, ou seja, as fraes mais pesadas, ento succionado para uma bomba B- 14, onde parte dessa carga armazenada e a outra parte serve de refluxo.3. BASES DE ESTUDO: TAG: B-12;

Servio: Bomba de Refluxo da coluna estabilizadora de hidrocarboneto, B-12;

Tipo: Bomba Centrfuga;

Condies de Operao:Tabela 1: Presses e vazes mssicas de operao.Presso do Vaso (V-11)2,45 kgf/(cm2g)

Presso do Vaso (V-12)13,35kgf/(cm2g)

Presso do Vaso (V-13)9,25kgf/(cm2g)

Vazo Bomba (B-12)85750kg/h



Tabela 2: Composio mssica da corrente do fundo do vaso de flash V-11.ComponenteB-12

Penteno-11,99

Penteno-23,31

2-metil-buteno-14,88

3-metil-buteno-26,23

Isopreno9,01

n-pentano40,67

1,3 -ciclopentadieno 3,11

Cis- 1,3- pentadieno4,42

Trans-1,3- pentadieno4,09

Ciclopentano9,41

n-Hexano10,90

Hexeno-11,98

Total100,00

4. PREMISSAS:Critrios iniciais e normas do projeto:

1) Tipo de bomba estimada: Centrifuga;

2) Lquido saturado no vaso de refluxo (V-11);

3) Considerao: temperatura na entrada da bomba igual temperatura do vaso V-11;

4) A vazo foi acrescida de 10%, considerando esta a mais crtica para a bomba e utilizou- se a presso fornecida de suco diminuda de 10% e a da descarga aumentada em 10%, obtendo a situao mais crtica;

5) A velocidade inicial estimada para a suco e descarga para a B-12 foi de 0,8 m/s e de 2,0 m/s respectivamente;

6) Faixa de velocidade recomendada da suco: 0,5-1,0 m/s;

7) Faixa de velocidade recomendada da descarga: 1,5-3,0 m/s;

8) Perda de carga recomendada na suco da bomba: 0,05 kgf/cm P100m 0,09 kgf/cm;

9) Perda de carga recomendada na descarga da bomba: 0,35 kgf/cm P100m 0,50 kgf/cm;

10) Foram adotadas as propriedades obtidas pelo simulador ASPEN Hysys Process 2.2 Build 3797 verso 7.1, licenciado para FACS SERVIOS EDUCACIONAIS (Licence Server: 172.22.31.100), utilizando como modelo termodinmico a equao de Peng-Robinson;11) Na simulao, o 3-metil-Buteno-2 foi considerado como 3-metil-buteno-1 e o penteno-2 foi considerado o cis-2-penteno;

12) Para as tubulaes indicadas, o schedule utilizado foi atravs da norma da PETROBRAS N-76 F, padronizao Ca, que indica que o schedule 40 deve ser utilizado para tubulaes de dimetros entre 2 in 6 in, e de schedule 20 entre 8 in 12 in, em linhas que transportem hidrocarbonetos;

13) Os isomtricos, em anexo, fornecidos pelo solicitante disponibilizaram os comprimentos das tubulaes, as elevaes dos equipamentos (bomba, vaso, torre estabilizadora). Tambm foram admitidos os valores de expanso e redutores de 200 mm, as vlvulas 350 mm, filtros 300 mm e entradas e sadas 200 mm;

14) A perda de carga nos medidores de vazo, presso e temperatura no foram consideradas;

15) Para o clculo do comprimento reto foram considerados trechos de tubulao retos, e para isso foi necessrio desconsiderar os comprimentos dos acidentes como vlvulas, filtros, joelhos e outros, de acordo com os tamanhos padres ditos anteriormente;

16) Tambm segundo a norma da PETROBRAS N-76 F, o material da tubulao deve ser de ao carbono comercial que possui rugosidade igual a 0,046 mm;

17) Utilizao da equao de Colebrook para clculo do fator de frico e determinao das perdas de carga da bomba;

18) Valores dos L equivalentes so tabelados e encontrados no livro: Operaes unitrias da indstria qumica (George de Souza Mustafa/2014);

19) O comprimento equivalente do filtro foi considerado igual ao comprimento equivalente do T reto;

20) Os joelhos foram considerados de raio curto e as entradas na tubulao foram consideradas (K=0,5);21) A considerao feita para a perda de carga para o trocador (TC-13) foi igual a 0,1 kgf/cm, pois ocorreu mudana de fase do fluido;

22) Para o dimensionamento da tubulao de descarga, foram consideradas inicialmente as mesmas propriedades obtidas na suco e aps a seleo do modelo da bomba e do clculo da nova temperatura de descarga atravs do processo iterativo, essas propriedades foram corrigidas por uma nova simulao;

23) A perda de carga da placa de orifcio 0,25 kgf/cm2 e a perda de carga da vlvula de controle foram assumidas como 30% do P dinmico;

24) A perda de carga de cada prato da coluna de 0,01 kgf/cm2;25) P dinmico = P linha + P trocador de calor + P placa de orifcio;

26) P Total = P dinmico + P vlvula de controle;

27) P linha de T-11 a V-13 considerado desprezvel;

28) A eficincia da bomba e o dimetro do rotor so obtidos a partir do modelo da bomba;

29) Os valores referentes altura de suco e descarga (Zs e Zd), comprimentos retos da tubulao e nmero de acidentes, foram determinados atravs dos isomtricos fornecidos;30) O Low Level Liquid (LLL) do V-11 de 250 mm, somado a altura geomtrica da suco (Zs); Para a escolha da bomba foram adotados 3 critrios:

Ponto de melhor operao: 90% QBEP Q 105% QBEP; Critrio de projeto: NPSHd NPSHr + 1,5 m; Para o parmetro NSS (velocidade especfica de suco), que tem que estar nas faixas abaixo:NSS > 11000, Q mn = 80% Q BEP;8000 NSS 11000, Q mn = 65% Q BEP; NSS 8000, Q mn = 50% Q BEP31) O tipo de bomba foi selecionado analisando o head, a vazo e a viscosidade, atendendo s necessidades para o modelo selecionado.5. SUCO DA BOMBA (B-12):As presses e vazes de projeto so adequadas a situaes mais criticas e de segurana visando s variaes ambientais que podero ocorrer no ambiente que a planta se encontra.Tabela 3: Dados de entrada da tubulao de suco da B-12.

V-11: Dados de entrada

Vazo normal (m)23,82kg/s

Vazo crtica (m)26,20kg/s

Presso normal (P)3,6kgf/(cm2g)

Presso crtica (P)3,24kgf/(cm2g)

5.1. Dimensionamento da tubulao de suco da bomba (B-12): As propriedades termodinmicas encontradas na simulao pelo programa HYSYS para as condies de vazo e presso da suco esto expressas abaixo:

Tabela 4: Dados obtidos por simulao HYSYS. Dados obtidos por simulao HYSYS

Temperatura(T)76,65C

Massa Especfica ()597,4kg/m3

Viscosidade ()0,1522cP

Calor especfico (cP)2,450KJ/(kg C)

Adotou-se como estimativa inicial a velocidade de 0,8 m/s na suco. A partir desses dados foi calculado o dimetro da tubulao pela equao abaixo:

Tabela 5: Clculo do dimetro da tubulao de suco da B-12.

Clculo do Dimetro da suco

Velocidade Recomendada 0,8m/s

Dimetro inicial 0,2642m

Dimetro inicial 264,20mm

Dimetro inicial10,402in

O dimetro encontrado est entre o dimetro 10 e 12 , ento foram realizados os clculos para os dois dimetros com o intuito de verificar os critrios de velocidade e perda de carga (P), qual dimetro est mais adequado para a suco. Como j justificado anteriormente, o valor de dimetro selecionado foi de schedule 20, de acordo com a norma N-76 da PETROBRAS.

Tabela 6: Clculo da velocidade da tubulao de suco da B-12. Clculo das velocidades de suco

Velocidade para 10 sch 200,82m/s

Velocidade para 12 sch 200,58m/s

Por critrio de velocidade recomendada, os dois dimetros esto dentro da faixa de velocidade 0,5 a 1 m/s. O segundo critrio a ser analisado a perda de carga (P). O nmero de Reynolds e o fator de frico foram calculados atravs de um processo iterativo pela equao de Colebrook. Seguem as equaes abaixo:

Nmero de Reynolds:

Estimativa Inicial do fator de frico por Colebrook:

Processo iterativo do fator de frico:

Tabela 7: Valores de Reynolds e fator de frico.

D = 10 sch 20

Re8,42 x 105

Fator de frico0,01715

D = 12 sch 20

Re7,04 x 105

Fator de frico0,01298

Para calcular o comprimento total (Ltotal), utilizou-se o isomtrico do projeto fornecido pelo solicitante. O Ltotal foi calculado como sendo a soma dos L equivalentes ao L reto do trecho da suco. Levando-se em considerao o trecho com maior perda de carga, foi realizada a escolha do Ltotal utilizando a bomba reserva, sendo o L reto e L equivalentes para 10 e 12 sch 20 indicados nas tabelas abaixo:

Tabela 8: Comprimento do L reto para os dimetros 10e 12.Lreto17148Mm

Lreto 17,148M

Tabela 9: Clculo do Leq da tubulao de dimetro 10 sch 20 da suco da B-12.AcidentesLeq (ft)Quantidade Leq(ft)Leq (m)

Entrada 10''311319,4488

Vlvula gaveta 10''122247,3152

Filtro em Y 10''161164,8768

T em L5015015,24

Joelho2437221,9456

Redutor de 10 x 86161,8288

Sada 84814814,6304

Total24775,2856

Tabela 10: Clculo do Leq da tubulao de dimetro 12 sch 20 da suco da B-12.AcidentesLeq (ft)Quantidade Leq(ft)Leq (m)

Entrada 12''3913911,8872

Vlvula gaveta 12''142288,5344

Filtro em Y 12''211216,4008

T em L6016018,2880

Joelho3239629,2608

Redutor de 12 x 106,516,51,9812

Sada 106216218,8976

Total312,51025,2625

Foi possvel ento calcular a perda de carga na linha de suco atravs da equao abaixo:

Tabela 11: Clculo de P100 da suco Clculo de P100 da suco

P100 para 10 sch 200,012kgf/cm2


Analisando os valores encontrados, observa-se que os valores de P100 de suco para os dois dimetros esto fora da faixa de suco 0,05 a 0,09 kgf/cm2, sendo a mais prxima da perda de carga recomendada o dimetro 10 sch 20.Pelos dois critrios, perda de carga e velocidade, a escolha feita pelo dimetro 10 sch 20, que alm deste estar dentro da faixa de velocidade recomendada, possui a perda de carga mais prxima da recomendada.

Tabela 12: Comparao das velocidades e perdas de carga.D (in)v(m/s)P100 (kgf/cm2)

10 sch 200,860,012

12 sch 200,610,005

5.2. Ramais da descarga da bomba (B-12):A mesma vazo que entra na suco da bomba sai na descarga da bomba, mas logo em seguida essa vazo modificada pela presena de duas ramificaes. A primeira ramificao considerada do n at o T-11 e a segunda ramificao considerada do n at o V-12.Ento, primeiramente necessrio calcular as vazes dos ramais atravs de um balano material do sistema de acordo com a figura abaixo:

Figura 2: Fluxograma do processo indicando o balano material.Tabela 13: Vazes dadas pelo solicitante no projeto. Balano material

m1Vazo B-12 85750 kg/h

m2Vazo T-1170455 kg/h

m3Vazo V-1215295 kg/h

m4Vazo B-1644155 kg/h



Posteriormente, foi calculada a presso de entrada do tanque T-11, considerando que a tubulao do ramal 1 entra no prato 60 e que sua sada no topo no prato 1, ento:

P prato 60 = P prato 1 + (59 * P prato)P prato 1 = P V-13 + P TC-13 + P linha (T-11 a V-13)Como ocorre mudana de fase no trocador de calor TC-13, P TC-13= 0,1 kgf/cm2. O Pprato varia entre 0,005 a 0,01 kgf/cm2, sendo considerada nesse processo a maior perda de carga. Desconsiderou a perda de carga do V-13 at o prato 1.Tendo ento a presso do prato 60 e a vazo do ramal 1, foi realizada a simulao das propriedades fsicas no HYSYS para o ramal 1.

Tabela 14: Propriedades do fluido no prato de carga da torre T-11.Simulao do prato de carga da torre T-11

Temperatura99,59 C

Massa especfica 573,6 kg/m

Viscosidade0,1301 cP

Em seguida, atravs da presso do vaso V-12 e vazo do ramal 2 foi feita a simulao dos dados no HYSYS que possibilitou encontrar as propriedades fsicas referentes ao ramal 2. Tabela 15: Propriedades do fluido no vaso V-12.

Simulao do vaso V-12

Temperatura141,4 C

Massa especfica 510,2 kg/m

Viscosidade0,0922 cP

Depois de feito o balano e simulaes, todos os procedimentos realizados na suco da bomba B-12 para clculo de perda de carga, como a escolha do dimetro comercial, velocidade, nmero de Reynolds, fator de frico por Colebrook e clculo de Ltotal sero realizados tambm para cada ramal. 5.2.1 Dimensionamento do ramal 1:

Calcula-se o dimetro, considerando a velocidade recomendada 2 m/s. Tabela 16: Calculo do dimetro da descarga da B-12 do ramal 1.





Dimetro inicial6,0856In

O dimetro encontrado a partir da estimativa inicial est entre o dimetro de 6 sch 40 e 8 de sch 20, ento foi calculada a velocidade para esses dois dimetros.

Tabela 17: Calculo das velocidades do ramal 1.

D = 6 sch 40

V2,01 m/s

D = 8 sch 20

V1,12 m/s

Para atender os critrios da velocidade recomendada para a descarga, os valores devem est entre 1,1 e 3,0 m/s. Assim, os dois dimetros esto dentro da faixa. Ento foi analisado o outro critrio, a perda de carga.

O nmero de Reynolds e o fator de frico foram calculados atravs de um processo iterativo pela equao de Colebrook utilizando as mesmas frmulas apresentadas no clculo da suco. Tabela 18: Valores de Reynolds e fator de frico para 6.D = 6 sch 40

Re1,37 x 106

Fator de Frico0,014941

Tabela 19: Valores de Reynolds e fator de frico para 8.D = 8 sch 20

Re1,02 x 106


Para calcular o Ltotal, foi necessrio utilizar os isomtricos da descarga fornecido. Sabe-se que o comprimento total da linha a soma dos trechos retos e de todos os acidentes presentes na tubulao, considerando seus comprimentos equivalentes. As tabelas a seguir apresentam o clculo do L equivalente para o trecho da bomba titular, pois essa possui o maior L reto, tornando a condio mais crtica por possuir uma maior perda de carga.Tabela 20: Clculo do L equivalente para 6 do ramal 1.

AcidentesLeq (ft)Quantidade Leq(ft)Leq (m)

Vlvula gaveta 66,516,51,9812

Joelho 90 6151154,572

Sada 63613610,9728

T em L 6301309,144

Total87,526,67

Tabela 21: Clculo do L equivalente para 8 do ramal 1.


Vlvula gaveta 89192,7432

Joelho 90 8211216,4008

Sada 84814814,6304

T em L 84014012,192

Total11835,9664

Tabela 22: Comprimento do L reto para os dimetros 6e 8 do ramal 1.Lreto37623mm

Lreto 37,623m

Visando atender aos critrios estabelecidos, foram calculados a perda de carga para o dimetro de 6 Sch 40 e 8 Sch 20.Tabela 23: Perda de carga do ramal 1.

Clculo de P100 da suco



A perda de carga recomendada na descarga est entre 0,35 e 0,50 kgf/cm2, no estando nenhuma das duas perdas de carga dentro do intervalo. Como os dois dimetros esto dentro da faixa de velocidade, foi escolhido o dimetro de 6, pois possui uma perda de carga mais prxima do intervalo recomendado. 5.2.2 Dimensionamento do ramal 2:

Utiliza-se as propriedades fsicas j calculadas anteriormente, levando em considerando a velocidade recomendada 2 m/s. Tabela 24: Calculo do dimetro da descarga da B-12 do ramal 2.






O dimetro encontrado a partir da estimativa inicial est entre o dimetro de 2 sch40 e 4 de sch 40, ento foi calculada a velocidade para esses dois dimetros.

Tabela 25: Calculo das velocidades do ramal 1.

D = 2 sch 40

V4,82 m/s

D = 4 sch 40

V1,11 m/s

Para atender os critrios da velocidade recomendada para a descarga, os valores tem que est entre 1,1 e 3,0 m/s. Assim, o dimetro de 4 est dentro da faixa. Ento foi analisado o outro critrio, a perda de carga.

O nmero de Reynolds e o fator de frico foram calculados atravs de um processo iterativo pela equao de Colebrook utilizando as mesmas frmulas apresentadas no clculo da suco.Tabela 26: Valores de Reynolds e fator de frico para 2.D = 2 sch 40

Re1,31 x 106


Tabela 27: Valores de Reynolds e fator de frico para 4.D = 4 sch 40

Re1,04 x 105


As tabelas a seguir apresentam o clculo do L equivalente para o trecho da bomba titular. Os valores de descarga foram calculados para bomba titular, pois essa possui o maior L reto, tornando a condio mais crtica por possuir uma maior perda de carga:Visando atender aos critrios estabelecidos, foram calculados a perda de carga para o dimetro de 2 Sch 40 e 4 Sch 40.




Joelho 90 25,2515,251,6002

Sada 29192,7432

T reto 23,513,51,0668

Total206,096




Joelho 90 410,5110,53,2004

Sada 4201206,096

T reto 47172,1336

Total4212,8016

Tabela 30: Comprimento do L reto para os dimetros 2e 4.Lreto21555mm

Lreto 21,555m

Ento, com o L total, foi possvel o clculo da perda de carga para os dimetros 2e 4. Tabela 31 Comprimento do L reto para os dimetros 2e 4. Clculo de P100 da suco

P100 da linha para 2 sch 402,372kgf/cm2

P100 da linha para 4 sch 400,052kgf/cm2

A perda de carga recomendada na descarga est entre 0,35 e 0,50 kgf/cm2, no estando nenhuma das duas perdas de carga dentro do intervalo. Como o dimetro de 4 est dentro da faixa de velocidade e possui perda de carga mais prxima do intervalo, foi escolhido este dimetro.5.2.3 Clculo da presso do n:A presso do n, ponto de encontro entre a tubulao da descarga e dos dois ramais pode ser calculado de duas formas:

(P n/ ) = (P prato 60 / ) + Z + P ramal 1

(P n/ ) = (P v-12/ ) + Z + P ramal 2

O clculo da presso de n para o ramal 1 foi menor que a calculada para o ramal 2, por isso se estabeleceu a necessidade de utilizar uma vlvula de controle no ramal 1 para aumentar a perda de carga para que o fluido possa ser transferido neste ramal de acordo com suas vazes respectivas.

Tabela 32: Presses calculadas no n atravs dos ramais do processo.

Presso no n atravs dos ramais

Presso atravs do ramal 111,6039kgf/cm g

Presso atravs do ramal 213,4131kgf/cm g

Tabela 33: perda de carga provocada pela vlvula de controle no ramal 2.Vlvula de controle

Perda de carga provocada pela vlvula1,8092kgf/cm

5.3 Descarga da bomba:Para o clculo do dimensionamento da descarga da bomba at o n foi utilizado a mesma vazo e presso da suco, utilizando as mesma propriedades fsicas da suco. Foi utilizado como velocidade recomendada 2 m/s. Tabela 34: Calculo do dimetro da descarga da B-12.






O dimetro encontrado a partir da estimativa inicial est entre o dimetro de 6 sch 40 e 8 de sch 20, ento foi calculada a velocidade para esses dois dimetros.

Tabela 35: Calculo das velocidades da descarga.

D = 6 sch 40

V2,35 m/s

D = 8 sch 20

V1,31 m/s

Para atender os critrios da velocidade recomendada para a descarga, os valores tem que est entre 1,1 e 3,0 m/s. Assim, os dois dimetros esto dentro da faixa. Ento foi analisado o outro critrio, a perda de carga.

O nmero de Reynolds e o fator de frico foram calculados atravs de um processo iterativo pela equao de Colebrook utilizando as mesmas frmulas apresentadas no clculo da suco.Tabela 36: Valores de Reynolds e fator de frico para 6.

D = 6 sch 40

Re1,42 x 106


Tabela 37: Valores de Reynolds e fator de frico para 8.

D = 8 sch 20

Re1,06 x 106


Para calcular o Ltotal, foi necessrio o isomtrico da descarga fornecido. Sabe-se que o comprimento total da linha a soma dos trechos retos e de todos os acidentes presentes na tubulao, considerando seus comprimentos equivalentes. As tabelas a seguir apresentam o clculo do L equivalente para o trecho da bomba titular. Os valores de descarga foram calculados para bomba titular, pois essa possui o maior L reto, tornando a condio mais crtica por possuir uma maior perda de carga:Visando atender aos critrios estabelecidos, foram calculados a perda de carga para o dimetro de 6 Sch 40 e 8 Sch 20.

Tabela 38: Clculo do L equivalente para 6.


Entrada 6181185,4864

Expanso 6x 87172,1336

Vlvula de reteno 6175117553,34

T em L 6301309,144


Joelho 61546018,288

T reto 652103,048

Reduo 6 x 44141,2192

Total349106,3752

Tabela 39: Clculo do L equivalente para 8.


Entrada 8241247,3152

Vlvula de reteno 8230123070,104

T em L 84014012,192


Expanso 8x 106161,8288

Joelho 82148425,6032

T reto 8142288,5344

Reduo 8 x 67172,1336

Total446135,9408

Tabela 40: Comprimento do L reto para os dimetros 6e 8.Lreto35793mm

Lreto 35,973m

Ento, com o L total, foi possvel o clculo da perda de carga para os dimetros 4e 6. Tabela 41: Comprimento do L reto para os dimetros 6e 8. Clculo de P100 da suco



A perda de carga recomendada na descarga est entre 0,35 e 0,50 kgf/cm2, no estando nenhuma das duas perdas de carga dentro do intervalo. Como os dois dimetros esto dentro da faixa de velocidade, foi escolhido o dimetro de 6, pois possui uma perda de carga mais prxima do intervalo recomendado.5.3.1 Clculo do P total da descargaClculo da perda de carga da placa de orifcio:A perda de carga da placa de orifcio equivale a 0,25 kgf/cm.

Clculo da perda de carga da vlvula de controle:

Considerando que a vlvula absorve 30% da perda de carga dinmica, que equivale a 70% da perda de carga total, pode-se calcular:

P total da descarga

P dinmico0,9864

P vlvula de controle0,4227

P total1,4091

Tabela 42: Comprimento do L reto para os dimetros 6e 8.Logo, a perda de carga total ser a soma da perda de carga da tubulao, perda de carga da placa de orifcio, perda de carga do trocador de calor e perda de carga da vlvula de controle.5.4 Head da bomba:O head da bomba ou altura manomtrica total uma caracterstica do sistema e representa a energia, em unidade de peso, que o sistema solicita da bomba. Essa energia que a bomba fornece ao lquido (energia hidrulica) conhecida como a carga ou Head da bomba. Logo, para o deslocamento de uma determinada vazo de lquido, temos que ter a carga (Head) que a altura manomtrica total do sistema. Para determinao do modelo da bomba, necessrio calcular a vazo volumtrica do sistema, o Head da bomba e outras condies de operao.A equao para o clculo do Head total descrita abaixo:

Para calcular as velocidades no flange de suco e de descarga, deve ser considerados as redues da tubulao para bomba, desse modo a velocidade foi calculada para um dimetro comercial menor que o escolhido para cada caso, sendo os dimetros do flange de suco 8 sch 20 e de descarga 4 sch 40. Clculo do Head de suco: Tabela 43: Head de suco.

FLANGE DE SUCO

Zs11,618m

Vfs1,36m/s

Zfs99,807m

Pvs2,205kgf/cmg

HEAD SUCO

HEAD SUCO:158,57M

Clculo do Head de descarga: Tabela 44: Head de descarga:

FLANGE DE DESCARGA

Zd:29,963m

Vfd:5,34m/s

Zfd:100,425M

Pfd:13,7832Kgf/cmg

HEAD DESCARGA

HEAD DESCARGA:387,38M

O Head total determinado pela da subtrao entre o Head de descarga e o Head de suco: 387,38 m 158,57 m = 228,81 m.

5.5 Escolha da bomba B-12:A seleo da bomba deve ser feito de maneira criteriosa para que a mesma atenda as especificaes do projeto. Em catlogos de bombas da empresa KSB foi encontrada a bomba RPHb 80-315/2 com rotao de 3500 rpm. A bomba atende aos pr-requisitos de vazo de 157,89 m3/h e head de 228,8 m.

Esta escolha foi feita de forma bastante criteriosa, visando atender aos seguintes critrios listados abaixo:1 Critrio: 90% QBEP QPROJETO 105% QBEPA vazo de projeto deve estar na faixa da vazo do ponto de melhor eficincia (BEP) da bomba selecionada. Se a vazo ficar fora da faixa estabelecida, alguns prejuzos podem ser causados, como recirculao interna, cavitao, aquecimento excessivo, diminuio de vida til do impelidor e da prpria bomba. No grfico que relaciona a vazo volumtrica e o Head para o modelo de bomba selecionado verifica-se um QBEP de aproximadamente 157,89 m3/h.148,5 m3/h QPROJETO 173,25 m3/hO critrio foi atendido, pois a vazo do projeto est dentro do limite estabelecido. A partir do mesmo grfico, outras importantes informaes como eficincia da bomba e o dimetro do rotor foram encontradas. A eficincia da bomba escolhida de 63%, dimetro do rotor de 280 mm, calculados pelo procedimento de interpolao atravs das curvas mostrado abaixo e a frequncia de rotao do impelidor de 3500 rpm.

Figura 3: Curva caracterstica da bomba e ponto de operao.

2 Critrio: NPSHdisponvel NPSHrequerido +1,5

Clculo do NPSHdisponvel: O controle preventivo do fenmeno da cavitao feito atravs do clculo do NPSH disponvel do sistema. O NPSH disponvel (NPSHd , do termo ingls Net Positive Suction Head) uma medida do afastamento que a presso do fluido se encontra da sua presso de vaporizao, no flange de suco da bomba. Esta medida calculada atravs da equao abaixo:

Tabela 16: Clculo do NPSH da B-12.

Clculo do NPSH da Bomba

Pfs2,86 kgf/(cm2g)

Pv2,205 kgf/(cm2g)

NPSHd10,9641

O NPSH requerido a quantidade mnima de energia em termos absolutos que deve existir no flange de suco da bomba, acima da presso de vapor do lquido na temperatura de bombeamento, para que no haja problemas na operao da bomba. uma caracterstica prpria de cada bomba, e fornecido pelo fabricante em curvas do tipo NPSHreq x Vazo. Na prtica, o fabricante da bomba informa um valor requerido de NPSH no flange de suco, para que no ocorra cavitao no olho do impelidor, ponto de mais baixa presso da bomba. conveniente que o NPSHd seja to elevado quanto possvel, assim como critrio de projeto, o NPSHdisp deve ser pelo menos 1,5 m acima do NPSHreq para garantir que no haver cavitao.

De acordo com a grfico fornecido, verifica-se um NPSHreq de 3,5 m. Somando ao 1,5m do critrio de projeto, tem-se um NPSHreq = 5,0 m, assim constata-se que o NSPHdisp ainda superior ao requerido.

Figura 4: Grfico do NPSHr da B-12.3 Critrio: NSS (Velocidade especfica de suco)

O NSS a velocidade especfica de suco e deve ser calculado para estabelecer a vazo mnima contnua para que a bomba possa operar sem riscos da cavitao. A equao para clculo est descrita abaixo:

Tabela 17: Valores do NSS e Q mnimo.

NSS17186,77-

Qmin132m3/h

5.6 Potncia da bomba: Pelo grfico disponibilizado pela empresa KSB possvel verificar a potncia da bomba, que para o modelo escolhido foi de 75 kW.(1- Com o valor da potncia, vazo, capacidade calorifica, eficincia e temperatura da suco, pode-se calcular a temperatura da descarga pela frmula apresentada abaixo:

(2- ) x Pot = m Cp T A temperatura da descarga obtida foi de 77,9 C, muito prxima do valor de temperatura da suco.

Ao analisar P/1 10%, percebe-se que esta nova temperatura est dentro do critrio, no precisando recalcular as propriedades fsicas.

Figura 5: Curva de Potncia da bomba KSB CPK 100-400.6. CONCLUSESA bomba B-12 selecionada foi da marca KSB modelo RPHb 80-315/2 com rotao de 3500 rpm, dimetro de suco de 10 sch 20 e dimetro de descarga de 6 sch 40. A bomba possui um head de 228,9 m e vazo de 157,89 m3/h com eficincia de 63%.O emprego de bombas centrfugas para esse tipo de aproveitamento deve ser considerado como uma alternativa atrativa, visto que esses equipamentos, tambm, apresentam bom desempenho e exigem poucas modificaes para funcionamento reverso.

Todos os clculos visaram condies criticas de processos, como nvel dos tanques. A utilizao da vlvula de controle no ramal 1 se estabeleceu pela necessidade de utilizar esta vlvula de controle para igualar a perda de carga para que o fluido possa ser transferido para os dois ramais com suas vazes respectivas.

Os critrios de projetos como: NPSH, vazo tima de operao (Qbep) e o NSS foram verificados. A bomba selecionada, KSB RPHb 80-315/2, atendeu todos os critrios de projetos.

A nova temperatura de descarga encontrada foi to prxima da temperatura de suco, no havendo necessidade de simular novamente as propriedades fsicas, sendo coerente utilizar as mesmas propriedades da suco na descarga at o n. 7. REFERNCIAS

FOX, ROBERT W.; MCDONALD, ALAN T; Pritchard, Philip J. Introduo Mecnica dos Fluidos . 6. Ed. Rio de Janeiro: LTC, 2001;CTALOGO DE BOMBAS DA KSB

DE SOUSA, George Mustafa. Mdulo de Operaes Unitrias da Indstria Qumica, Volume 1, Salvador: 2014;8. ANEXOSAnexo A Modelos Termodinmicos

Anexo B Isomtrico suco

Anexo C- Isomtrico descarga

Anexo D- Norma da PETROBRAS N-76F

Anexo E Comprimentos equivalentes para acessrios

Anexo E Dimetros para tubulaes

Anexo F- Curva da bomba B-12

6

Documents

Projeto de bombas industriais