LOQ4085– OPERAÇÕES UNITÁRIAS I

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

ENGENHARIA QUÍMICA

Profa. Lívia Chaguri

E-mail: lchaguri@usp.br

Bombas – Parte 1

- Introdução

- Classificação

- Bombas sanitárias

- Condições ótimas de utilização

Profa. Lívia Chaguri

E-mail: lchaguri@usp.br

Conteúdo

Bombas – Parte 2

- Cálculo da altura manométrica (projeto)

- Balanço energético

- Cálculo da perda de carga

Profa. Lívia Chaguri

E-mail: lchaguri@usp.br

Conteúdo

Bombas – Parte 3

- Curvas características

- Curvas características das tubulações

- Cavitação

Profa. Lívia Chaguri

E-mail: lchaguri@usp.br

Conteúdo

Descrevem as características operacionais das bombas;

Curva mais importante: altura manométrica x vazão;

Observação da relação entre altura de projeto (Hp) e vazão

volumétrica (Q);

Escolha do tipo de bomba a serem utilizadas.

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Curvas características

Curvas estáveis – para cada

altura manométrica existe um

único valor de vazão e vice-versa.

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Pás do rotor comunicam aceleração á massa líquida,

transformando energia mecânica em cinética;

Energia é transformada parcialmente em energia de

pressão pelo aumento progressivo na seção da carcaça;

Rotação das pás, forma e dimensão das pás, influem na

intensidade de energia fornecida ao fluido;

Curva característica da bomba é modificada por esses

parãmetros;

Curvas características das bombas dos fabricantes:

baseadas em dados experimentais (ensaios com água –

para outros fluidos; gráficos de correção).

Turbobombas

Também chamadas de curvas dos sistemas;

Obtidas da equação de altura manométrica, em que a perda

de carga é calculada para diversos valores de vazão (Q);

Curva caraterística: mostra a variação da altura

manométrica com a vazão;

Variação da energia por unidade de peso que o sistema

solicita em função da vazão.

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Curvas características das tubulações

pp hzg

vvPH

2

2

1

2

2 (1)

Obter os valores de vazão e os correspondentes valores da

altura manométrica, de modo a permitir traçar a curva

característica da tubulação esquematizada. Calcular a perda de

carga pela fórmula universal e comprimento equivalente. São

dados: comprimento total da tubulação 62 m, comprimento

equivalente Leq = 32 m e altura manométrica z = 9 m. Para

simplificar, supor que a tubulação é de aço 2”40S. O fluido em

bombeamento é água a 20 ºC (visco. Cinemát. =1,007*10-6

m2/s).

8

Exemplo 1

9

Exemplo 1 – Considerar aço comercial para obter rugosidade.

10

Exemplo 1 – Curva característica da tubulação – Fórmula Universal e

comprimento equivalente.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 5 10 15 20 25 30

Hp

(m

)

Q (m3/h)

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Cavitação

Origem: quando na entrada do impelidor, a pressão for

inferior à pressão de vapor do líquido circulante (na

temperatura em que este se encontra).

Nestas condições: grande bolha de vapor pode aparecer na

seção de entrada da bomba, interrompendo a circulação do

fluido.

Formação de várias bolhas, colapsando, gerando implosões

audíveis e vibrações.

Colapsos: provocam corrosões, desgastando e destruindo

pedaços do rotor e tubos de aspiração.

Rendimento da bomba diminui com a cavitação.

12

Cavitação

13

NPSH requerido e disponível

NPSH requerido (Net Positive Suction Head

required) ou simplesmente NPSHr:

Fabricantes definem, em função da vazão, qual o

valor da energia que deve existir no flange de

sucção da bomba,

Na entrada do impelidor a pressão seja superior à

da vaporização, evitando a cavitação.

NPSHr - parâmetro fornecido pelos fabricantes

juntamente com a curva das bombas.

NPSHr - carga exigida pela bomba para aspirar o

fluido do poço de sucção

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NPSH requerido e disponível

NPSHd – NPSH disponível;

Definido como o valor da diferença entre a energia

total absoluta na entrada da bomba e a pressão de

vapor do líquido, a temperatura em que está sendo

bombeado:

𝑁𝑃𝑆𝐻𝑑 =𝑃𝑠 − 𝑃𝑣

𝛾+

𝑉𝑠²

2𝑔 (8)

NPSHd = energia disponível no líquido na entrada da bomba (m.c.f.);

Ps = pressão absoluta (Patm+Pman) na entrada da bomba, kgf/m²;

Pv = pressão (ou tensão, segundo alguns autores) de vapor na

temperatura do fluido, kgf/m²

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NPSH requerido e disponível

Tabela 1: Pressão atmosférica em função da Altitude

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NPSH requerido e disponível

Tabela 2: Valores de pressão de vapor e densidade

da água em função da temperatura

17

NPSH requerido e disponível

Curvas características das bombas dadas por

fabricantes que seguem os padrões norte-americanos

(a grande maioria, aqui no Brasil), a altura cinética 𝑉𝑠²

2𝑔

não está incluída.

A equação para o cálculo do NPSHd, nesses casos,

será simplesmente:

𝑁𝑃𝑆𝐻𝑑 =𝑃𝑠 − 𝑃𝑣

𝛾 (9)

Energia disponível, com que o líquido penetra na bomba (NPSHd) deve

ser maior que a energia exigida pela bomba (NPSHr), para que não

haja cavitação.

Início de cavitação: NPSHd = NPSHr

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NPSH requerido e disponível

Adicionar, por motivo de segurança, de 0,5 a 1,0

m.c.f. ao NPSHr

Evitar possíveis oscilações, por exemplo, na

pressão e na temperatura do fluido.

𝑁𝑃𝑆𝐻𝑑 = 𝑁𝑃𝑆𝐻𝑟 + 1,0 𝑚. 𝑐. 𝑓 (10)

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Escolha da bomba – catálogo fabricantes

Supondo a altura manométrica Hp=100m

Vazão de projeto de Q = 80m³/h Rotação (rpm)

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Escolha da bomba – catálogo fabricantes Intervalo de 50-250 rpm;

Curva de performance bomba Mega CPK050-250

4 curvas diferentes – variação do diâmetro do rotor da bomba;

Curva mais indicada: rotor de φ246 – curva superior a de projeto.

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Escolha da bomba – catálogo fabricantes Valores numéricos que acompanham cada curva representam a eficiência

de operação da bomba naquele ponto.

Para a bomba escolhida; eficiência entre 67 e 68,4% (bem próximo ao

ponto de máxima eficiência dessa bomba).

Eficiência da bomba

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Escolha da bomba – catálogo fabricantes Escolhida a bomba, analisar outros dois gráficos fornecidos pelo fabricante;

NPSH requerido e Potência da bomba.

NPSHr = 5 m

P = 40 kW

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Escolha da bomba – catálogo fabricantes Escolhida a bomba, analisar outros dois gráficos fornecidos pelo fabricante;

NPSH requerido e Potência da bomba.

NPSHr = 5 m

P = 40 kW

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Exemplo 2 Calcular a altura máxima (zm), a partir do nível da água no

reservatório até a linha de centro da bomba para que não haja

problemas de cavitação.

São especificados: diâmetro de sucção DN = 12 in 40 S (aço);

vazão necessária Q = 300m3/h; altitude local h= 600 m;

temperatura da água 30ºC; acessórios na sucção: válvula de pé

com crivo, uma curva de 90º de raio longo e duas reduções

graduais; comprimento da tubulação de sucção L= 9 m. A curva

da bomba fornecida pelo fabricante e a instalação são

fornecidas na figura a seguir:

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Exemplo 2

26

Exemplo 2

27

Exemplo 2

28

Exemplo 2

29

Exemplo 2

30

Exemplo 2