Projeto de Acionamentos Elétricos - Instalação de Bombeamento de Água

Curso de Engenharia Elétrica ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Prof Marcio Jose da Silva Projeto 17junho2024 22 Pontos Estilo Grupo de 2 alunos máximo Data limite de entrega 26062024 Observação Entregar o trabalho na forma manuscrita Instalação de Bombeamento de Água Opção A A Figura 1 mostra uma instalação de bombeamento de água Os reservatórios são do tipo aberto e a altura de desnível Ho é considerada constante O sistema opera com vazão e pressão variáveis A bomba é do tipo centrífuga e está acoplada a um motor de indução trifásico rotor em gaiola através de uma transmissão mecânica do tipo poliascorreias V Figura 1 Instalação de bombeamento de água com válvula de controle de vazão Fonte Autor Curso de Engenharia Elétrica ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Prof Marcio Jose da Silva Projeto 17junho2024 22 Pontos Estilo Grupo de 2 alunos máximo Data limite de entrega 26062024 Observação Entregar o trabalho na forma manuscrita As características do sistema são Rede de alimentação do motor 440 V 60 Hz Ambiente em que o conjunto motorbomba será instalado Altitude 1250 m Temperatura máxima 45C Ambiente úmido e isento de material corrosivo e combustível ou explosivo Motor Assíncrono Trifásico IP55 A ser especificado Transmissão tipo polias com correia Relação iRED Rendimento RED 96 Instalação Hidráulica Bomba Multiestágios 3500 rpm rotor da bomba 280 mm Válvula motorizada de controle de fluxo Ciclo de trabalho da bomba Vazão diária Intervalo de operação Tempo de operação anual 250 m3h 0500 1200 700 360 dias 350 m3h 1200 2230 1030 150 m3h 2230 0445 445 A Figura 2 mostra as curvas da bomba a rotação de 3500 rpm e do sistema para A abscissa expressa a vazão da bomba Q em m3h A ordenada expressa a pressão aqui denominada altura manométrica Hman cuja unidade é mca metro de coluna de água ou simplesmente m A altura manométrica Hman representa a quantidade de energia absorvida por 1 kg de fluido que atravessa a bomba necessária para vencer o desnível da instalação Ho a diferença das pressões entre os reservatórios e a resistência oferecida pelas forças de atritos ao longo do circuito por onde o fluido escoa tubulações acessórios válvulas etc Esta resistência é chamada de perda de carga H A expressão da curva do sistema é dada por H H H o man onde m H o 98 A Figura 3 mostra a curva do rendimento da bomba em função da vazão A Figura 4 mostra as curvas Hman Q da bomba para três velocidades 3500 rpm 3097 rpm e 2779 rpm as curvas do sistema para três posições da válvula de controle 100 aberta semiaberta e semifechada Curso de Engenharia Elétrica ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Prof Marcio Jose da Silva Projeto 17junho2024 22 Pontos Estilo Grupo de 2 alunos máximo Data limite de entrega 26062024 Observação Entregar o trabalho na forma manuscrita Figura 2 Curva pressão x vazão da bomba para a rotação de 3500 rpm e curva do sistema Fonte Autor 00 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 4250 4125 4000 3875 3750 3625 3500 3375 3250 3125 3000 2875 2750 2625 2500 2375 2250 2125 2000 1875 1750 1625 1500 1375 1250 1125 1000 875 750 625 500 375 250 125 00 Altura Manométrica Hman m Vazão Q m3h Altura Manométrica x Vazão da Bomba Curva da Bomba 3500 rpm Curva do Sistema Válvula 100 aberta Curso de Engenharia Elétrica ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Prof Marcio Jose da Silva Projeto 17junho2024 22 Pontos Estilo Grupo de 2 alunos máximo Data limite de entrega 26062024 Observação Entregar o trabalho na forma manuscrita Figura 3 Rendimento da bomba Bomba em função da vazão a 3500 rpm Fonte Autor Figura 4 Curvas da bomba para diferentes rotações e curvas do sistema para diferentes aberturas da válvula 000 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 4250 4125 4000 3875 3750 3625 3500 3375 3250 3125 3000 2875 2750 2625 2500 2375 2250 2125 2000 1875 1750 1625 1500 1375 1250 1125 1000 875 Rendimento Rend Vazão Q m3h Rendimento da Bomba 3500 rpm Curso de Engenharia Elétrica ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Prof Marcio Jose da Silva Projeto 17junho2024 22 Pontos Estilo Grupo de 2 alunos máximo Data limite de entrega 26062024 Observação Entregar o trabalho na forma manuscrita Fonte Autor 1360 1400 1430 1451 1477 1500 1529 1543 1569 1586 1600 1625 1643 1657 1671 1680 1690 1700 1711 1720 1731 1743 1750 1757 1764 1772 1779 1786 1793 180 1065 1096 1119 1136 1156 1174 1197 1208 1228 1242 1253 1272 1286 1297 1308 1315 1323 1331 1339 1346 1355 1364 1370 1375 1381 1387 1393 1398 1404 1409 858 883 902 915 931 946 964 973 989 1000 1009 1025 1036 1045 1054 1059 1066 1072 1079 1085 1091 1099 1103 1108 1112 1117 1122 1126 1131 1135 00 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 4250 4125 4000 3875 3750 3625 3500 3375 3250 3125 3000 2875 2750 2625 2500 2375 2250 2125 2000 1875 1750 1625 1500 1375 1250 1125 1000 875 750 625 500 375 250 125 00 Altura Manométrica Hman m Vazão Q m3h Curvas da Bomba e do Sistema para Diferentes Rotações e Abertura da Válvula 3500 rpm 3097 rpm 2779 rpm Válvula 100 aberta Válvula semifechada Válvula semiaberta A B C D E A B D O C E F G J hEbomba 640 hCbomba 7655 Curso de Engenharia Elétrica ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Prof Marcio Jose da Silva Projeto 17junho2024 22 Pontos Estilo Grupo de 2 alunos máximo Data limite de entrega 26062024 Observação Entregar o trabalho na forma manuscrita 6 Para a instalação mostrada na figura 1 o controle da vazão é realizado controlandose a abertura da válvula com a bomba girando na rotação constante de 3500 rpm No ponto A figura 4 a válvula está totalmente aberta e portanto seu rendimento pode ser considerado igual 100 Nos pontos B e D figura 4 a válvula esta um pouco estrangulada o que faz aumentar a resistência ao escoamento do fluido com consequente aumento da parcela de perda de carga implicando na redução do seu rendimento Valvula Os valores são dados na Tabela 1 Tabela 1 Pontos Operação Valvula Pressão Recalque m Bomba Rotação Bomba rpm Motor Re dutor Chavepartida A 10000 1400 7821 3500 96 998 B 7566 1586 7357 3500 96 998 D 6218 1700 5571 3500 96 998 A potência na saída da bomba denominada potência hidráulica PHB é determinada pela expressão 103 Q g H P man HB onde as unidades são 3 2 3 s Q m m H g m s kg m kW P man HB 2 3 9 81 998 m s g m kg agua A potência mecânica na entrada da bomba é determinada pela expressão Bomba HB B P P Para o ponto B por exemplo a área formada pelo retângulo BBOG é proporcional à potência hidráulica da bomba e a área do retângulo BBCC é proporcional à perda na válvula Curso de Engenharia Elétrica ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Prof Marcio Jose da Silva Projeto 17junho2024 22 Pontos Estilo Grupo de 2 alunos máximo Data limite de entrega 26062024 Observação Entregar o trabalho na forma manuscrita 7 DETERMINAR Opção A 8 pontos A1 25 pontos Especificar um motor de indução trifásico rotor em gaiola autoventilado para acionar a bomba e que atenda as necessidades da rede elétrica e as condições do ambiente Acessar o site do fabricante e escolher o motor com pés e sem flange Acesse Gerar Documentos e selecione Folha de dados com as unidades kgNmkgm2N desenho 2D pdf desempenho as quatro opções e Cliente nomes dos componentes do grupo Na folha de dados destacar grau de proteção da carcaça código da carcaça potência nominal kW e cv número de polos rotação nominal frequência nominal tensões nominais e respectivas correntes nominais corrente de partida em pu rendimento a plena carga fator de potência a plena carga categoria classe de isolamento regime de serviço peso tempo de rotor bloqueado e momento de inércia do motor A2 1 ponto A relação de redução de velocidade da transmissão polias correia e os diâmetros das polias do lado do motor e da bomba Considerar o diâmetro da polia motriz igual a 10 vezes maior que o diâmetro do eixo dianteiro do motor A3 15 pontos A potência perdida kW na válvula nos pontos B e D e a energia perdida mensal kWh para o controle de vazão através do estrangulamento da válvula Por exemplo para o ponto B a diferença entre as alturas B e C é proporcional à perda na válvula no ponto B Isso se aplica também aos pontos D e E A4 3 pontos O consumo de energia mensal e anual total da instalação bem como os respectivos custos mensais e anuais Considerar a TARIFA de energia do Grupo A4 CEMIG Para calcular os consumos de energia devese calcular as potências demandadas para cada ponto de operação Use a curva de rendimento do motor Pode desconsiderar o horário de ponta e o período seco Curso de Engenharia Elétrica ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Prof Marcio Jose da Silva Projeto 17junho2024 22 Pontos Estilo Grupo de 2 alunos máximo Data limite de entrega 26062024 Observação Entregar o trabalho na forma manuscrita 8 Opção B Com o objetivo de reduzir o consumo foi proposta a retirada da válvula e do redutor de velocidade e adquirir um conversor de frequência para controlar a vazão conforme mostrado na Figura 5 Figura 5 Controle de vazão a partir da velocidade de rotação Os novos pontos de operação com controle de velocidade realizado pelo inversor são Tabela 2 Pontos Operação Vazão m3h Pressão Bomba Sistema m Bomba Rotação Bomba rpm Motor Inversor A 350 14000 7821 3500 C 250 12000 7566 3097 E 150 10571 6218 2779 Curso de Engenharia Elétrica ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Prof Marcio Jose da Silva Projeto 17junho2024 22 Pontos Estilo Grupo de 2 alunos máximo Data limite de entrega 26062024 Observação Entregar o trabalho na forma manuscrita 9 DETERMINAR Opção B 8 pontos B1 2 pontos Especificar um conversor de frequência CF para controlar o motor de indução trifásico escolhido anteriormente que atenda as necessidades da rede elétrica e as condições do ambiente Acessar o site da fabricante para escolher o conversor a partir da corrente nominal do motor Citar na sua especificação potência nominal tensão nominal rendimento frequência de chaveamento B2 1 ponto Quais são as frequências de alimentação do motor para as velocidades 3097 rpm e 2779 rpm da bomba B3 2 pontos Verificar se o motor autoventilado está apto a operar em rotações abaixo da nominal quando alimentado pelo CF Para isso analise as curvas de operação do motor com inversor solicitada no item A da Opção A O motivo se deve a o motor encontrado deve ser capaz de operar dentro dos limites térmicos da sua classe de isolamento ao ser alimentado pelo CF Aqui ocorrem duas situações que são prejudiciais termicamente ao motor As perdas adicionais causadas pelas harmônicas da tensão PWM Uma observação alguns fabricantes de motores orientam que quando o motor for alimentado pelo CF ele perde seu fator de serviço Sendo o motor autoventilado em baixas rotações a sua capacidade de arrefecimento reduz o que pode levar a um aumento da sua elevação de temperatura dependendo do tipo da carga que ele aciona B4 3 pontos O consumo de energia mensal e anual total da instalação bem como os respectivos custos mensais e anuais Considerar que as perdas no motor aumentam 15 em média quando é alimentado pelo CF SÍNTESE 6 pontos S1 Elaborar uma tabela a Situação A Situação B Investimentos e Economia que sintetiza Demanda de potência mensal e anual kW Consumo de energia kWh mensal e anual perdas de potência kW e energia kWh mensal e anual na válvula e os respectivos custos R mensal e anual investimentos nas duas situações e os respectivos tempos de retorno de capital investido 3 pontos S2 Tirar as conclusões 3pontos Curso de Engenharia Elétrica ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Prof Marcio Jose da Silva Projeto 17junho2024 22 Pontos Estilo Grupo de 2 alunos máximo Data limite de entrega 26062024 Observação Entregar o trabalho na forma manuscrita 10 IMPORTANTE Consultar fabricantes e fornecedores de equipamentos e insumos Tarifa de energia wwwcemigcombr Motores e Conversores de Frequência wwwwegcombr wwwremigcombr wwwsiemenscombr Correias e polias WWWcorreiasbr WWWcorreiasmercuriocombr Bibliografia Acionamentos Elétricos Notas de aulas do curso Catálogos de fabricantes de bombas motores e conversores MONACHESI Marcelo Eficiência Energética em Sistemas de Bombeamento Eletrobrás Rio de Janeiro 2005 Curso de Engenharia Elétrica ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Prof Marcio Jose da Silva Projeto 17junho2024 22 Pontos Estilo Grupo de 2 alunos máximo Data limite de entrega 26062024 Observação Entregar o trabalho na forma manuscrita Figura 6 Fator de correção da potência útil do motor em função da temperatura ambiente e da altitude Classes de Isolamento F e B Curso de Engenharia Elétrica ACIONAMENTOS ELÉTRICOS Prof Marcio Jose da Silva Projeto 17junho2024 22 Pontos Estilo Grupo de 2 alunos máximo Data limite de entrega 26062024 Observação Entregar o trabalho na forma manuscrita Opção A Opção B Economia Controle da vazão com a Válvula Controle da vazão com o CF Potência Demanda kW Potência Demanda kW kW Perda na Válvula kW Consumo mensal kWh R Consumo mensal kWh R kWh R Tempo de retorno