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Projeto: Dimensionamento de uma estação de Bombeamento para um Bairro

Projeto de Bombeamento

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Page 1: Projeto de Bombeamento

Projeto: Dimensionamento de uma estação de Bombeamento para um Bairro

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Dimensionamento de uma estação de Bombeamento para um Bairro

Componentes:Paulo LuzardoAirton MedeirosFlauber CarlosJames SilvestreAntonioni TardelliThiago Amsterdam

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Este projeto tem como intuito ensinar ao aluno os passos à serem tomados para o dimensionamento de uma estação de bombeamento desde da demanda até a bomba ,tomando como exemplo o abastecimento de água de um pequeno bairro e também ,mostrar alguns tipos de bombas existentes.

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Definição:

Máquinas Hidráulicas são máquinas que trabalham fornecendo, retirando ou modificando a energia do líquido em escoamento.

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1. MÁQUINAS OPERATRIZES:

Introduzem no líquido em escoamento energia de uma fonte externa.Transformam energia mecânica fornecida por uma fonte (um motor elétrico, por exemplo) em energia hidráulica.

Características adicionadas ao líquido:pressão e velocidade

(exemplo: bombas hidráulicas)

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2. MÁQUINAS MOTRIZES:

Transformam a energia hidráulica que o líquido possui em outra forma de energia e a transferem para o exterior.Exemplos: turbinas, motores hidráulicos, rodas d’água;

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ESQUEMA DE INSTALAÇÃO HIDRELÉTRICA

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3. MÁQUINAS MISTAS:

Máquinas que modificam o estado da energia que o líquido possui.

Exemplos: ejetores (bombas injetoras) e carneiros hidráulicos.

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BOMBAS HIDRÁULICAS são máquinas motrizes que recebem energia potencial de um motor ou de uma turbina e transformam parte dessa potência em:

Energia cinética (movimento) – bombas cinéticas Energia de pressão (força) – bombas de deslocamento

diretoAs bombas cedem estas duas formas de energia ao fluído bombeado, para fazê-lo recircular ou para transportá-lo de um ponto a outro.

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São bombas hidráulicas em que é importante o fornecimento de energia à água sob forma de energia de velocidade.

Essa energia converte-se dentro da bomba em energia de pressão, permitindo que a água atinja posições mais elevadas dentro de uma tubulação.

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TIPOS DE BOMBAS CINÉTICAS:

Bombas Centrífugas: Fluxo radialFluxo mistoFluxo axial

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Com a facilidade de acesso à eletricidade e ao motor elétrico, as bombas cinéticas do tipo centrífugas passaram a ser preferidas devido ás seguintes razões:• maior rendimento;• menor custo de instalação, operação e manutenção;• pequeno espaço exigido para a sua montagem, comparativamente com as de pistão.

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Tem-se principalmente uma ação de propulsão que incrementa a energia de pressão, alcançando os mesmos objetivos das bombas cinéticas.

Tipos:a) Movimento alternado (pistão)b) Rotativas

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As primeiras bombas utilizadas em abastecimento de água, eram do tipo de deslocamento direto, de movimento alternado a pistão, movimentadas por máquinas a vapor.

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•Bombas centrífugas: irrigação, drenagem e abastecimento.•Bombas a injeção de gás: abastecimento a partir de poços profundos.•Carneiro hidráulico e bombas a pistão: abastecimento em propriedades rurais.•Bombas rotativas: combate a incêndios e abastecimento doméstico.

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“As BOMBAS CENTRÍFUGAS tem de um propulsor rotativo (rotor) que gira com grande velocidade dentro de uma caixa de metal, de forma espiral ou cilíndrica, denominada “corpo da bomba”.

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O Fluxo da água no interior da bomba centrífuga pode tomar diferentes direções, o que faz com que sejam classificadas da seguinte forma: bombas de fluxo radial; bombas de fluxo axial; bombas de fluxo helicoidal ou misto.

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A água entra pela parte central do rotor onde é lançada pelas pás deste e pela ação da força centrífuga, para a periferia da bomba e, daí, para o tubo de elevação.

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Quando o líquido é forçado do centro para a periferia, há formação de vácuo, que é imediatamente preenchido pela água existente na canalização de sucção.

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BH

h

A

MIN.

30 C

M

1

2

2

3

4

1

2

3

4

- VAlVULA DE PE- CURVA LONGA 90░- REGISTRO DE GAVETA- VALVULA DE RETENCAO

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A pressão atmosférica local “empurra” a água para dentro da canalização de sucção, já que em seu interior a pressão é menor, devido ao vácuo causado pela ação do rotor.

Conclusão:Embora o termo “canalização de

sucção” seja bastante empregado, é a pressão atmosférica que empurra a água para dentro da bomba.

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ROTOR:Elemento rotativo das bombas centrífugas; pode

ser de ferro fundido, bronze ou inox, dependendo das condições de emprego.

As bombas de fluxo radial podem ter rotores do tipo aberto, semi-aberto e fechado.

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O rotor fechado tem as pás compreendidas entre dois discos paralelos, podendo ter entrada de um só lado (sucção simples) ou de ambos os lados.

É mais eficiente que os outros tipos, porém é recomendado para água limpa.

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O rotor aberto tem pás livres na parte frontal e quase livres na parte posterior. No rotor semi-aberto, as pás são fixadas de um lado num mesmo disco, ficando o outro lado livre.

Estes dois tipos de rotores destinam-se a bombear líquidos viscosos ou sujos (com partículas sólidas em suspensão), pois dificilmente são obstruídos.

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Feita geralmente em ferro fundido abriga o rotor em seu interior.

As carcaças das bombas de escoamento radial podem se apresentar como CARACOL (voluta ou espiral) ou turbina (circular) e para as bombas de escoamento axial e misto, o formato é geralmente cilíndrico.

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As carcaças em forma de CARACOL são projetadas para que a vazão de escoamento em torno da periferia do rotor seja constante e para reduzir a velocidade da água ao entrar na canalização de recalque.

Nas bombas do tipo turbina os rotores são rodeados por palhetas guia que reduzem a velocidade da água e transformam a altura cinética (velocidade) em altura piezométrica (pressão).

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Eixo; Mancais ou rolamentos; Selo mecânico: função de vedação. Gaxetas: anéis de amianto com a função de impedir vazamentos ou entrada de ar. Deve gotejar 2 a 6 gotas por minuto;

SELO MECÂNICO

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H0= 50m (Altura estática);Ls= 15m (comprimento das partes retas da sucção);LR = 4,5km = 4500m (comprimento das partes retas do recalque);Tubo de ferro fundido novo.

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População: 4000 habitantes; 1 Creche com 120 pessoas 1 Hospital: 20 leitos; 1 Mercado: 2000m²; 3 Escolas: 500alunos /escola; 2 Restaurantes: 3 refeição/dia x restaurantes;

1 lavanderia: 30 l /kg 10 estabelecimentos comerciais com 6 pessoas cada

Outras Atividades: 15.000 l/ dia;

Demanda

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CALCULO DA VAZÃO: Consumo dos habitantes: -População: 4000 habitantes

Admitindo:Q1= 250 l/ dia x habitantesQ1= 250 x 4000 →Q1= 1000000 l/ dia Creche:1Creche : 50 l /dia x capitaQ2= 50 l/dia x per capita→Q2= 50 x 120→Q2=

6000 l/dia Consumo do hospital:1 Hospital: 20 leitos Q3= 250 l/dia x leito→Q3= 250 x 20→Q3=5000 l/

dia

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Consumo dos restaurantes:Restaurantes: 3 refeição/dia x restaurantesQ4= 250 l/ dia x refeição→Q4= 250 x 3 x 2→Q8=

1500 l/dia Lavanderia1 lavanderia: 30 l / kgQ5= 30 l/kg x kg de roupa→Q5= 30 x 150

→Q4=4500 l/ dia Consumo dos Mercados1 Mercado: 5 l / m²Q6= 2000 m² x 5 →Q6= 10000 l/dia Consumo das Escolas: 3 Escolas: 500alunos / escola;Q6= 500 x 3 x 50→Q6= 75000 l/dia

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Estabelecimentos comerciais10 Estabelecimentos comerciais com 6

pessoas / estabelecimento:Q7= 10 x 6 pessoas x 50→Q7= 3000 l/dia Outras atividadesQ8= 15000 l/dia Consumo TotalQ= Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8

→Q=1120000 l/dia

Q=1120000 /( 1000 x 24) = 46,67 m3 / h / (3600)=0,012963 m3 / s

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DR = k x √ Q

Adotando k =1, tem-se: DR = 1 x √0,0,012963→ DR = 0,114

m Para tubos de ferro fundido:

θS = 125 mm θr = 100 mm

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Comprimento virtual da sucção: PEÇAS DA SUCÇÃO:01 válvula de pé e crivo ------- 39,0 m 01 curva longa de 90° R/D = 5 --------

1,6m Comprimento de tubulação reta na

sucção ------- 15,0m

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Comprimento virtual da sucção:Lvs = 55,6m = 0.0556km

Perda de Carga unitária da sucçãoUtilizando o ábaco de Hazen – Williams, tem-se:

Para Q = 12.963 l/s; θS = 125mm → j/k (c=100)s x k(c=120)

j/k (c=120)s = 19 x 0,713 = 13,547m / km

Perda da carga na sucção:ΔHS = 13,547 x 0.0556 =

0,753 m

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Comprimento Vertical do Recalque:PEÇAS DO RECALQUE:04 curva 90° R/D = 1“ ------ 4 x 1.6 = 6,4m 01 válvula de retenção tipo leve ------ 8,4m01 registro de gaveta aberto ------ 0,7m03 curva de 45º ------ 3 x 0,7 = 2,1mSaída de Canalização ------ 3,2mComprimento de tubulação reta no recalque

------ 4500mComprimento virtual do recalque

Lvr = 4520,8m =4,5208km

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Perda de Carga unitária no recalque: Para Q=12,963 l/s: θr = 100mm → j/k(c=100)r = 45 m/km

vr= 1,57 m/s → c=120→ k=0,713 logo:j/k(c=120)r = j/k(c=100)r x k(c=120)→

j/k(c=120)r = 40 x 0,713 → j/k(c=120)r=28,52m / kmPerda da carga no recalque:

ΔHr =28,52 x4,520→ ΔHr = 128,93m

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ΔH= 0,753+ 128,93→ΔH= 129,68mAdicionando uma margem de segurança

de 10% tem-se:ΔH= 1,1 x 129,68→ΔH= 142,65m

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Para pressão na secção igual a pressão do recalque temos logo:

HMan= H0+ ΔH→HMan = 50 + 142,65→HMan = 192,65m

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Escolha primária da bomba:Q= 46,67 m3 / h =0,012963 m3 / s =

12,963 l/s= e HMan= 192,65mPara o fabricante Bombas IMBIL:Bomba centrifuga série BEW 80/10,

rendimento ή= 64%.

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Pot = γ x HMan / 75ή Para temperatura de 35 ºC,o peso especifico da

água é γ= 994 kgf /m3 Pot = 994 x 0,012963 x 192,65/ (75 x 0.64) = 51,71

CV Usando uma margem de segurança para potência

de 20CV de 10% tem-se:Pot = 1,1 x 51,71 = 56,88 CV

Logo a potência a ser instalada de acordo com os motores elétricos fabricados no Brasil será: Pot instalada= 60 CV

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Uma bomba centrífuga com bocais flangeados, de eixo horizontal, Marca IMBIL, modelo BEW 80/10, de monoestágio com rotores fechados, para recalque de água fria neutra a uma temperatura de 35°C.

Diâmetro de sucção = 125 mm;Diâmetro de recalque =100 mm;Diâmetro do rotor = 202,5mm;Rendimento = 64%;

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Motor elétrico de 60CV, com quatro pólos 60 hz, 1750rpm,.

Vazão = 46,67m3 / h;Altura manométrica total = 192,65m;

NPSH requerido = 2,36m.

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Para A = 50mPa / γ = 10- 0,0012 x A → Pa / γ = 10-

0,0012 x 50 = 9,94m

Para T = 35ºC:γ = 994 kgf/ m2 e Pv = 0,0572 kgf/ cm2 Pa / γ = 572 / 994 = 0,575m

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Perda da carga da sucção: ΔHS =0,753 m

O NPSH requerido é obtido através da curva da bomba selecionada para Q=72,62m3 / h. Assim:

ΔH* = NPSHrequerido = 2,36m Desprezando a variação da energia cinética, tem-se:Ha <= 9.94- 0,575- 0,753 – 2,36Ha<= 6,252m. Deve-se colocar a bomba abaixo de 6,252m

Para trabalhar com segurança deve-se afogar a bomba (ou colocar abaixo do nível da água) em 1,5m.assim

Ha= -1,5m

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Verificação da condição de não-cavitação:

NPSH disponível > NPSH requerido NPSH é a altura total da sucção,

referida à pressão absoluta, tomada no centro do bocal de sucção, menos a pressão do vapor do líquido a ser bombeado. A importância do cálculo do NPSH é conseqüência da necessidade de ser evitada a ocorrência de cavitação.

NPSH requerido é especificado nas curvas características das bombas;

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NPSH disponível é característico do local da instalação da bomba (altura).

Verificação: NPSH disponível = Pa / γ – Ha – Pv / γ -

ΔHs = 9,94-(-1,5)-0,575-0,753 = 10,11m

NPSH disponível = 10,11m NPSH requerido = 2,36m Como NPSH disponível > NPSH

requerido, a condição de não cavitação está satisfeita.

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O trabalho apresentado serviu para o aprendizado sobre o dimensionamento de uma bomba e conhecer alguns tipos de bombas também permitindo ao aluno de automação vislumbrar uma possível atividade a ser desempenhada em sua profissão.