·
Agronomia ·
Hidráulica
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UNIVERSIDADE FEDERAL DA GRANDE DOURADOS Faculdade de Ciências Agrárias Curso de Agronomia FCA Samuel Rodrigues Navarro DIMENSIONAMENTO CONJUNTO MOTOBOMBA Dourados MS 2023 DIMENSIONAMENTO CONJUNTO MOTOBOMBA Samuel Rodrigues Navarro Orientador Prof Dr Leonidas Pena de Alencar Trabalho da matéria de hidráulica apresentado à Universidade Federal da Grande Dourados Dourados Mato Grosso do Sul 2023 1 Para o trabalho foi selecionado uma propriedade próxima a cidade de Itamarati MS Figura 1 Local da instalação do conjunto Fonte Google Earth Obtendo Coordenadas 221417S 551636W Latitude 222382012 Longitude 552767441 Comprimento da tubulação 204004 m Cota do terreno 395 m Cota do rio 376 m Tubulação de latão C130 2 Dimensionamento da tubulação de sucção e de recalque Neste projeto foi utilizado a vazão de 333m3h Com essa informação foi realizado o cálculo do diâmetro da tubulação Tendo Q vazão do projeto m3s V velocidadade da tubulação 18ms D 0256m 0250m Com base no cálculo realizado acima concluímos que o diâmetro recalque da tubulação será de 250 mm garantindo que irá aguentar a velocidade na tubulação Já para o de sucção é adotado um diâmetro maior evitando perda de carga e cavitação da bomba sendo adotado para sucção 300 mm É necessário o cálculo da velocidade para garantir que ambos diâmetros estejam menores que 2ms Dr 250 mm Ds 300mm 3 Seleção de peças especiais perda de carga localizada Figura 2 Esquema de sucção Fonte Google imagens Com base na figura 2 localizada acima podemos observar como as tubulações funcionam Para o atual projeto foi considerado um comprimento de sucção de 15 metros Tabela 1 Comprimentos e peças de Sucção Peças Quantidade D equivalente C equivalente Comp Total m Tubos Retos 150 Válvula de pé com crivo 10 2500 500 500 Curva de 90 10 450 90 90 Redução excêntrica 10 60 12 12 Total 752 Fonte Autor Com a utilização da equação de HazenWilliams podese calcular a perda de carga total na tubulação de sucção Tendo C Coeficiente de rugosidade da tubulação C130 D Diâmentro da tubulação m Lv Comprimento equivalente da tubulação Por não obtermos as medidas fisicas reais do terreno a tabela montada a baixo foi montada apenas para conclusão do trabalho sendo baseada nos slides do professor Assim abaixo segue a tabela de comprimento e peças de recalque Tabela 2 Comprimento e peças de recalque Peças Quantidade D equivalente C equivalente Comp Total m Tubos Retos 204021 Ampliação concêntrica 1 12 18 18 Válvula de gaveta 1 8 12 12 Válvula de retenção 1 100 150 150 Cotovelo de 90 2 45 675 135 Cotovelo de 45 2 20 30 60 Total 20777 Fonte Autor Utilizando a equação de HazenWilliams obteve a perda de carga no recalque 4 Calculo da altura manométrica A altura manométrica do sistema é calculada com base nas informações do terreno citadas anteriormente Tendo Hg Altura geométrica 395376 19 m ht Perda de carga total 118104 1284 m Ps Pressão 0 5 Escolha da motobomba Para a escolha da motobomba foi utilizado o site da Imbil com base no seu catálogo Usando a vazão de 3348 m3h e a altura manométrica de 32 m a bomba selecionada presente embaixo Figura 3 Seleção da motobomba Fonte Catálogo eletrônico da Imbil modificado Tendo Modelo da motobomba 150450 Rotação 1175 RPM Figura 4 Escolha do modelo de bomba Fonte Catálogo da Imbil Bombas BP modificado pag 17 Bomba selecionada Fabricante IMBIL Linha Bipartida rotor de dupla sucção Modelo 150450 Vazão 3348 m3h Altura manométrica 32 m Rendimento 8397 Diâmetro comercial do rotor 406 mm Com base nas informações citadas acima é possível realizar a curva característica da tubulação Utilizando a seguinte equação da curva Para se obter o coeficiente k é necessário a seguinte equação Após se obter k é utilizada a equação abaixo realizando a substituição Com base nos dados encontrados acima podese traçar a curva característica da bomba e localizar os pontos 1 2 e 3 Tendo Ponto 1 como Ponto máximo de funcionamento Ponto 2 é o ponto da curva da bomba em que se alcança ao realizar o fechamento parcial da válvula e gaveta Ponto 3 é o ponto em que o projeto foi baseado Tabela 3 Traçado da curva característica da tubulação Q m³h 0 100 200 300 3348 400 Hm m 19 2037 2395 2948 3184 3685 Fonte Autor Figura 5 Curva da tubulação Fonte Catálogo da Imbil Bombas BP modificado pág 17 6 Calculo de potência dos pontos Para realizar o cálculo de potência do motor nos pontos 1 2 e 3 foi utilizada a equação abaixo de potência mecânica Já para o cálculo da potencia do motor é utilizada a formula abaixo Ponto 1 se tem Cálculo da potência mecânica Hm 325 mca Q 340 m3h 0094 m3s 1000 83 083 Cálculo da potência do motor Ponto 2 se tem Cálculo da potência mecânica Hm 33 mca Q 321 m3h 0086 m3s 1000 82 082 4614 cv Cálculo da potência do motor 51 cv Ponto 3 antes de se calcular a potência mecânica da bomba foi necessário realizar cálculos para alterar a rotação da bomba Assim temos Ponto de funcionamento conhecido Ponto homólogo mesmo rendimento H1 32 m H2 326 m Q1 3348 m3h Q2 322 m3h 823 821 D1 406 mm D2 406 mm n1 n2 1175 RPM Sendo necessário calcular a nova rotação da bomba Para isso temos as seguintes equações e informações Além de se calcular uma nova rotação da bomba é necessário alterar o diâmetro do rotor Para a equação de isorendimento é a mesma apresentada anteriormente Ponto 3 se tem Cálculo da potência mecânica Hm 32 mca Q 3348 m3h 0093 m3s 1000 82 082 4839 cv Cálculo da potência do motor 53 cv comercial 7 Cavitação A cavitação é uma verificação na bomba para evitar que a mesma não trabalhe a baixo da condição ideal sendo grande importância seu cálculo Tendo a vazão do projeto Q 3348 m3h a altura manométrica Hm 32 mca Figura 6 NPSH da bomba Fonte Catálogo da Imbil Bombas BP modificado pág 17 Se obteve o NPSHr 12 mca Para se calcular a Pressão se tem Em seguida substituímos os valores para obter o NPSHd Ao se obter uma resposta positiva abaixo a bomba não irá cavitar O cálculo abaixo é para a determinação do limite máximo de altura para a instalação da bomba Tendo Substituindo os valores se tem Sendo 670 m a altura máxima para a instalação da motobomba 8 Orçamentos de canos Para se obter o orçamento dos canos que serão utilizados devese dividir o comprimento por 6 Devido que os canos comumente utilizados serem de 6 m De modo que os preços do orçamento apresentados em seguida são médias encontradas no mercado para tubulação de latão tendo o orçamento total final dos canos Tabela 4 Orçamento de canos DN mm Comprimento m Qtde Barras Preço médio R Orçamento 250 204021 340 R 159980 R 54393200 300 15 3 R 228980 R 686940 Total R 55080140 Fonte Autor
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concluímos que o diâmetro recalque da tubulação será de 250 mm garantindo que irá aguentar a velocidade na tubulação Já para o de sucção é adotado um diâmetro maior evitando perda de carga e cavitação da bomba sendo adotado para sucção 300 mm É necessário o cálculo da velocidade para garantir que ambos diâmetros estejam menores que 2ms Dr 250 mm Ds 300mm 3 Seleção de peças especiais perda de carga localizada Figura 2 Esquema de sucção Fonte Google imagens Com base na figura 2 localizada acima podemos observar como as tubulações funcionam Para o atual projeto foi considerado um comprimento de sucção de 15 metros Tabela 1 Comprimentos e peças de Sucção Peças Quantidade D equivalente C equivalente Comp Total m Tubos Retos 150 Válvula de pé com crivo 10 2500 500 500 Curva de 90 10 450 90 90 Redução excêntrica 10 60 12 12 Total 752 Fonte Autor Com a utilização da equação de HazenWilliams podese calcular a perda de carga total na tubulação de sucção Tendo C Coeficiente de rugosidade da tubulação C130 D Diâmentro da tubulação m Lv Comprimento equivalente da tubulação Por não obtermos as medidas fisicas reais do terreno a tabela montada a baixo foi montada apenas para conclusão do trabalho sendo baseada nos slides do professor Assim abaixo segue a tabela de comprimento e peças de recalque Tabela 2 Comprimento e peças de recalque Peças Quantidade D equivalente C equivalente Comp Total m Tubos Retos 204021 Ampliação concêntrica 1 12 18 18 Válvula de gaveta 1 8 12 12 Válvula de retenção 1 100 150 150 Cotovelo de 90 2 45 675 135 Cotovelo de 45 2 20 30 60 Total 20777 Fonte Autor Utilizando a equação de HazenWilliams obteve a perda de carga no recalque 4 Calculo da altura manométrica A altura manométrica do sistema é calculada com base nas informações do terreno citadas anteriormente Tendo Hg Altura geométrica 395376 19 m ht Perda de carga total 118104 1284 m Ps Pressão 0 5 Escolha da motobomba Para a escolha da motobomba foi utilizado o site da Imbil com base no seu catálogo Usando a vazão de 3348 m3h e a altura manométrica de 32 m a bomba selecionada presente embaixo Figura 3 Seleção da motobomba Fonte Catálogo eletrônico da Imbil modificado Tendo Modelo da motobomba 150450 Rotação 1175 RPM Figura 4 Escolha do modelo de bomba Fonte Catálogo da Imbil Bombas BP modificado pag 17 Bomba selecionada Fabricante IMBIL Linha Bipartida rotor de dupla sucção Modelo 150450 Vazão 3348 m3h Altura manométrica 32 m Rendimento 8397 Diâmetro comercial do rotor 406 mm Com base nas informações citadas acima é possível realizar a curva característica da tubulação Utilizando a seguinte equação da curva Para se obter o coeficiente k é necessário a seguinte equação Após se obter k é utilizada a equação abaixo realizando a substituição Com base nos dados encontrados acima podese traçar a curva característica da bomba e localizar os pontos 1 2 e 3 Tendo Ponto 1 como Ponto máximo de funcionamento Ponto 2 é o ponto da curva da bomba em que se alcança ao realizar o fechamento parcial da válvula e gaveta Ponto 3 é o ponto em que o projeto foi baseado Tabela 3 Traçado da curva característica da tubulação Q m³h 0 100 200 300 3348 400 Hm m 19 2037 2395 2948 3184 3685 Fonte Autor Figura 5 Curva da tubulação Fonte Catálogo da Imbil Bombas BP modificado pág 17 6 Calculo de potência dos pontos Para realizar o cálculo de potência do motor nos pontos 1 2 e 3 foi utilizada a equação abaixo de potência mecânica Já para o cálculo da potencia do motor é utilizada a formula abaixo Ponto 1 se tem Cálculo da potência mecânica Hm 325 mca Q 340 m3h 0094 m3s 1000 83 083 Cálculo da potência do motor Ponto 2 se tem Cálculo da potência mecânica Hm 33 mca Q 321 m3h 0086 m3s 1000 82 082 4614 cv Cálculo da potência do motor 51 cv Ponto 3 antes de se calcular a potência mecânica da bomba foi necessário realizar cálculos para alterar a rotação da bomba Assim temos Ponto de funcionamento conhecido Ponto homólogo mesmo rendimento H1 32 m H2 326 m Q1 3348 m3h Q2 322 m3h 823 821 D1 406 mm D2 406 mm n1 n2 1175 RPM Sendo necessário calcular a nova rotação da bomba Para isso temos as seguintes equações e informações Além de se calcular uma nova rotação da bomba é necessário alterar o diâmetro do rotor Para a equação de isorendimento é a mesma apresentada anteriormente Ponto 3 se tem Cálculo da potência mecânica Hm 32 mca Q 3348 m3h 0093 m3s 1000 82 082 4839 cv Cálculo da potência do motor 53 cv comercial 7 Cavitação A cavitação é uma verificação na bomba para evitar que a mesma não trabalhe a baixo da condição ideal sendo grande importância seu cálculo Tendo a vazão do projeto Q 3348 m3h a altura manométrica Hm 32 mca Figura 6 NPSH da bomba Fonte Catálogo da Imbil Bombas BP modificado pág 17 Se obteve o NPSHr 12 mca Para se calcular a Pressão se tem Em seguida substituímos os valores para obter o NPSHd Ao se obter uma resposta positiva abaixo a bomba não irá cavitar O cálculo abaixo é para a determinação do limite máximo de altura para a instalação da bomba Tendo Substituindo os valores se tem Sendo 670 m a altura máxima para a instalação da motobomba 8 Orçamentos de canos Para se obter o orçamento dos canos que serão utilizados devese dividir o comprimento por 6 Devido que os canos comumente utilizados serem de 6 m De modo que os preços do orçamento apresentados em seguida são médias encontradas no mercado para tubulação de latão tendo o orçamento total final dos canos Tabela 4 Orçamento de canos DN mm Comprimento m Qtde Barras Preço médio R Orçamento 250 204021 340 R 159980 R 54393200 300 15 3 R 228980 R 686940 Total R 55080140 Fonte Autor