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Universidade Federal de Goiás Escola de Agronomia e Engenharia de Alimentos Aluna: Laryssa Moreira Bernardes Professor :Adão Wagner Trabalho de Hidráulica ESCOLHA DE BOMBA PARA PROJETO Determinar: 1. Calcular o diâmetro das tubulações de sucção e recalque para conduzir água do reservatório R1 para o R2. Escolher em catálogos de fabricantes de tubos, o diâmetro nominal de ambas as tubulações. 2. Escolher a bomba (Diâmetro do rotor, Rendimento da Bomba, Potência absorvida pela bomba e Potência nominal do motor elétrico). 3. Traçar a curva do sistema (tubulação) na curva da bomba. 4. Caso o ponto de operação da bomba não coincidir com os dados de projeto, variar a curva da bomba, com base nos conhecimentos adquiridos em sala de aula. 5. Traçar a curva que relaciona o NPSHd com a vazão na curva que relaciona o NPSHr fornecido pelo fabricante da bomba. 6. Verificar os riscos de cavitação. Caso a bomba venha a cavitar, escolher outra bomba. DADOS DO PROJETO:

Trabalho Hidraulica

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Universidade Federal de Goiás Escola de Agronomia e Engenharia de AlimentosAluna: Laryssa Moreira Bernardes Professor :Adão WagnerTrabalho de Hidráulica

ESCOLHA DE BOMBA PARA PROJETO

Determinar:1. Calcular o diâmetro das tubulações de sucção e recalque para conduzir

água do reservatório R1 para o R2. Escolher em catálogos de fabricantes de tubos, o diâmetro nominal de ambas as tubulações.

2. Escolher a bomba (Diâmetro do rotor, Rendimento da Bomba, Potência absorvida pela bomba e Potência nominal do motor elétrico).

3. Traçar a curva do sistema (tubulação) na curva da bomba.

4. Caso o ponto de operação da bomba não coincidir com os dados de projeto, variar a curva da bomba, com base nos conhecimentos adquiridos em sala de aula.

5. Traçar a curva que relaciona o NPSHd com a vazão na curva que relaciona o NPSHr fornecido pelo fabricante da bomba.

6. Verificar os riscos de cavitação. Caso a bomba venha a cavitar, escolher outra bomba.

DADOS DO PROJETO:

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A escolha do tipo da bomba (se centrifuga, ou axial ou rotativa, ou alternativa) para preencher os requisitos operacionais do sistema requer a análise das características de funcionamento de cada uma dessas máquinas geratrizes. Quando mais de um tipo preencher esses requisitos um estudo técnico-economico se faz necessário. Em muitos casos, a prática consagrou certos tipos de bombas para determinadas aplicações. Podemos citar como exemplo: - Dosagem de flúor em água de abastecimento – usa-se bombas dosadoras de deslocamento positivo. - Bombeamento de água de um rio para um reservatório – usa-se bombas centrifugas. - Transporte de óleos viscosos, melaços e tintas – usa-se bombas rotativas. Para se determinar o tamanho da bomba e confirmar a escolha do tipo é necessário entrar com os valores de altura manométrica (H) ou pressão (p) e da vazão (Q) em catálogos fornecidos por fabricantes. As bombas de deslocamento positivo são selecionadas por meio de gráficos que fornecem entre outros dados, a pressão máxima e as vazões máximas alcançadas pelo modelo.A escolha de turbobombas é feita em catálogos que fornecem as principais características das bombas. Os catálogos apresentam em geral, um gráfico de altura manométrica (H) em função da vazão (Q), que permite “enquadrar” a bomba em um modelo padronizado. Termos técnicos:

As bombas se caracterizam por seus parâmetros de desempenho: capacidade, pressão desenvolvida, potência e rendimento. A capacidade é a vazão volumétrica que a bomba consegue propiciar, que é melhor quantificada em termos de vazão mássica ( m& ) em kg/s ou vazão volumétrica (Q) em m3/s ou m3/h. A diferença de pressão propiciada pela bomba entre seus bocais de entrada e saída é tradicionalmente expressa em metros de coluna de líquido que corresponde a esta pressão (mCL). Essa coluna de liquido é a altura representada por H

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Dados ValoresVazão (m3/h) 90

Comprimento Recalque (m)

325

Comprimento Sucção (m)

6

X Altura geométrica R (m)

56

Y Altura geométrica S (m)

3

Altitude local (m) 800 Acessórios

SucçãoAcessório Quantidade

Válvula de pé com crivo

1

Curva, r longo, 90° 1Recalque

Acessório QuantidadeVálvula de retenção 1Registro de gaveta 1Curva, r longo, 90° 3

Escolha da tubulação de Recalque

Velocidade adotada: 2,5 m/s Q (m3/s) = 0,025Equação da continuidadeQ=V . A0,025 = 2,5 . AA = 0,01 m2

A=π D2

4

0,01=3,14 . D2

4

D=√ 4 .0,01πDcalc = 0,112 m = 112mm

Tubulação de recalque

Diâmetro (m): 0,11

Diâmetro calc (mm):

113Vel corrigida:

Diâmetro esc (mm):

125 → 2,04

Tubulação de sucção

Diâmetro esc (mm):

150 → 1,41

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Altura Manométrica (Hm): é uma medida de altura de uma coluna de líquido que a bomba poderia criar resultante da energia cinética que a bomba dá ao fluido. A principal razão para usar altura ao invés de pressão para medir a energia de uma bomba centrífuga é que a pressão variará dependendo da densidade do fluido do fluido, mas a altura permanecerá a mesma.

Cálculo da Altura manométrica Total (HmT)

Hm=Hg+Hf ¿Hf=Hfs+HfrHf ( sour )=K (s our ) .Q1,85

Hf=10,64 . L .Q1,85

D4,87 .C1,85 logo, K=10,64 . L

D 4,87 .C1,85

Kt=Ks+Kr

Ks= 10,64 . Lv

D s4,87 .C1,85

Lv = comprimento virtual

Utilizando o método do comprimento virtual, Lv=Ls+ΣLeq

Lv=6+42 = 48 m

Comprimento equivalente (TABELADO)

Acessório Qtde Eqv (x D) Leq (m)

Válvula pé com crivo

1 250 37,5

Curva, r longo, 90°

1 30 4,5

Total 42

RecalqueVálvula retenção 1 100 12,5

Reg. Gaveta 1 8 1Curva 90°, raio longo 3 30 11,25

TOTAL 24,75

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Ks=¿562,71

*C (coeficiente de rugosidade) = 140 (PVC rígido)

Então, Hf=562,71 .Q1,85, quando Q = 0,025m3/s, Hfs=¿ 0,62Repete os cálculos, porém com valores do recalque

Kr=¿9963,47

KT 10526,18

Ks 562,71Kr 9963,47

Hfr=9963,47 .Q1,85=10,82 quando Q=0,025 m³/s

Kt=Kr+Ks=9963,47+562,71=¿10526,18

Hft=Hfs+Hfr=0,62+10,82=11,44m .c .a .

Hm=Hgeo+HfHgeo=H gs+Hgr=3+56=59 m

Hm=59+11 ,44=70 ,44m.c .a .

Altura manométrica Total

HmT: 70,44

Escolha da bomba

KSB, MEGANORM 50-200, 3500rpm, 205mm

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Considerando os dados do projeto (Q=90m³/h e Hm=70,49 m.c.a.) o modelo ideal será 50-200.

Marca: KSB, MEGANORM

Modelo: 50-200

Rotação: 3500

Rotor: 205

Gráficos da bomba

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Para Q=90 m³/h e Hm= 70,44 m.c.a.Rotor = 205 mmRendimento = 65,5%

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Escolha do motor

Pot=Q . H . γ2,7 . η

𝜂 = rendimento (%), 𝛾 = peso especifico (Kgf/dm³)

Pot=36cv (Potencia absorvida pela bomba)

Para motores acima de 20 cv, recomenda-se 10% a mais do calculado, sendo

assim:

Pot=36+10%=39

Escolha do motor (cv)

Rendimento (%): 65,5Motor (cv): 36

Motor + folga: 39

Curva do sistema (Hm x Q)

Hm=Hgeo+Hf

Hg=Hgs+Hgr=59

Hf=K .Q 1,85

K=10526,18

Curva do sistema

Q 50 70 90 110 130

Hman 62,86 66,19 70,44 75,58 81,59

50 70 90 110 13050

60

70

80

90

Curva do sistemaCurva da Bomba

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Curva da bomba

Q 50 70 90 110 130Hman 79 75 70,44 62 50

CURVAS CARACTERÍSTICASA curva característica de desempenho de uma bomba mostra a variação da altura manométrica com a vazão. São também usualmente apresentadas as curvas relativas ao rendimento, a potência de eixo, NPSHN, a velocidade (em rpm), e outras informações como o tamanho da bomba e o tipo, tamanho do impulsor, etc. As curvas são construídas para uma velocidade constante (rpm) e um determinado diâmetro de impulsor (ou série de diâmetros). Toda curva característica é feita para bombear água fria limpa e não se aplica necessariamente ao bombeamento de outros líquidos. No caso de líquidos viscosos a localização da curva característica, assim como a curva de rendimento sofrem alterações. A seleção é feita de modo que o funcionamento esteja próximo à situação de melhor rendimento.

De uma forma geral as curvas características servem para descrever as condições operacionais de uma bomba e permitem relacionar a variação de altura manométrica com a vazão a uma velocidade constante. As bombas cinéticas 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 a formação de bolhas de vapor nesse local. Por causa do rápido aumento da pressão dentro da bomba, as bolhas se fundem em uma dada zona com ausência de líquido. Este fenômeno é chamado cavitação (de cavidades) e pode reduzir a eficiência da bomba causando ruído, vibrações, fratura do rotor, da carcaça, etc. Para evitar a cavitação as bombas necessitam de uma certa quantidade de energia no sistema de sucção, conhecido como NPSH (Net Positive Sucion Head). O NPSH é a carga total no bocal de sucção da bomba, menos a pressão de vapor do líquido à temperatura de bombeamento.A curva característica fornece o valor do (NPSH)N, para cada ponto da operação e que constitui o valor mínimo necessário para não haver problemas na sucção. A bomba a ser selecionada deverá necessitar um valor de (NPSH)Nmenor ou, na pior das hipóteses, igual a este a fim de evitar que a vaporização ocorra, desta forma: NPSH DNPSH N( ) ≥ ( ) A igualdade entre o (NPSH)D e o (NPSH)N, indica uma situação limite, com início de cavitação. É comum adicionar-se, por motivo de segurança 0,5 a 1,0 mCL ao (NPSH)

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Altura Máxima de sucção A altura máxima de sucção (zm) pode ser determinada a partir da análise de um sistema de recalque onde o fluido deve ser captado em um reservatório que está situado abaixo do eixo da bomba. Para que não ocorra o problema da vaporização do fluido podemos determiná-la a partir da equação de cálculo do NPSHD.

NPSHd x NPSHr

Hf=K .Q 1,85

Ks=¿562,71

NPSH disponível

Q 50 70 90 110 130

NPSHd 6,02 5,85 5,62 5,35 5,03

NPSH requerido

Q 50 70 90 110 130NPSHr 2 2,7 3,5 4,4 6

Ñ cavita!

Concluímos que para uma vazão de 70 m³/h não ocorre risco de a bomba

cavitar, fenômeno indesejável em bombeamentos.

Funcionamento ideal de bombas As bombas centrífugas são extremamente simples. Em geral, há duas exigências básicas que sempre têm que ser satisfeitas para se ter uma

50 70 90 110 1302.00

3.00

4.00

5.00

6.00

NPSHdNPSHr

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operação livre de dificuldades e uma vida útil mais longa para bombas centrífugas. 1. A primeira exigência é que nenhuma cavitação ocorra ao longo da grande faixa operacional da bomba 2. A segunda exigência é que um fluxo contínuo mínimo seja sempre mantido, durante a operação. A compreensão clara do conceito de cavitação, seus sintomas, suas causas, e suas conseqüências são essenciais na análise efetiva e prevenção do problema de cavitação. Como há muitas formas de cavitação, cada uma exigindo uma solução diferente, há várias condições desfavoráveis que podem acontecer separadamente ou simultaneamente, quando a bomba é operada a baixas vazões. Entre elas se incluem: • Grandes vazamentos na carcaça, no lacre, e na caixa de recheio • Deflexão e cisalhamento de eixos • Travamento do mecanismo interno da bomba • Cavitação • Degradação da qualidade do produto • Estocadas hidráulicas excessivas • Quebra prematura de mancais Cada condição pode ditar uma exigência de baixo fluxo mínimo diferente. A decisão final sobre o fluxo mínimo recomendado é tomada após cuidadosa análise "tecno-econômica" pelo usuário da bomba e o fabricante. As conseqüências de condições prolongadas de operação com cavitação e baixo fluxo podem ser desastrosos para a bomba e para o processo. Tais falhas, quando se opera com hidrocarbonetos, freqüentemente causam fogos prejudiciais que resultam em perda da máquina, da produção, e pior de tudo, de vidas humanas. Assim, tais situações devem ser evitadas a todo custo, seja envolvendo modificações na bomba e sua tubulação ou alterando as condições operacionais. A seleção e o dimensionamento correto da bomba e da tubulação associada, não só eliminam as chances de cavitação e operação a baixa vazão, mas também diminuem significativamente os seus efeitos prejudiciais. É importante lembrar que o dimensionamento do diâmetro das tubulações deve ser feito considerando valores de velocidade consagrados pela prática, como por exemplo, 1,0 a 2,5 m/s para sucção de água em bombas e de 2,0 a 3,0 m/s em instalações industriais.

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