Sistemas de Recalque - Curvas Caracteristicas de Bombas e Semelhanca Hidraulica

Sistemas de Recalque UFRGSIPHDHH 1 Curvas características da bombas Semelhança entre máquinas hidráulicas Rotação específica Aplicações conceito rotação específica escolha família mais adequada Elementos básicos de uma instalação de recalque Curvas características das bombas relembrando aula anterior UFRGSIPHDHH 2 Curvas características de uma bomba centrífuga O comportamento hidráulico de bombas rotodinâmicas é contínuo não havendo um ponto único de vazão e altura para descrevêlas mas sim curvas contínuas 50 25 0 NPSH m 75 70 60 50 78 5 10 15 75 H m 0 20 40 60 80 100 120 Qm³h Potência kW 10 20 30 0 A B C A 70 60 B C UFRGSIPHDHH 3 50 25 0 75 70 60 50 78 75 H m A B C 70 60 0 20 40 60 80 100 120 Qm³h Curva de estrangulação H x Q Curvas de estrangulação para diferentes tamanhos de rotores Ф catálogos mais tradicionais A diferença de carga HR HA H denominase altura total ou carga da bomba f QN H A carga de uma bomba não é constante mas função da vazão que a atravessa e da sua rotação N1750 RPM UFRGSIPHDHH 4 Curva de estrangulação f QN H 20 10 0 0 20 40 60 80 100 Qm³h 30 H m 40 50 N3550RPM N3900RPM N3200RPM N2800RPM 65 72 75 76 75 72 N4200RPM Curvas de estrangulação para diversas rotações catálogos mais modernos Rotor ФA UFRGSIPHDHH 5 Curva de rendimento O rendimento de uma bomba centrífuga depende do tipo de bomba e da vazão A variação do rendimento é apresentada por curvas de nível de isorendimentos superpostas à curva de estrangulação Curvas de rendimento 50 25 0 75 70 60 50 78 75 H m A B C 70 60 0 20 40 60 80 100 120 Qm³h 𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑝𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑐𝑜𝑟𝑟𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑙í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑎 𝑝𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑎 𝑝𝑒𝑙𝑎 𝑏𝑜𝑚𝑏𝑎 𝜂𝐵 𝛾 𝑄 𝐻 𝑃𝐶 UFRGSIPHDHH 6 Curva de potência A curva de potência consumida pela bomba para elevar certa vazão Geralmente é apresentada em curva abaixo da curva de estrangulação 50 25 0 75 70 60 50 78 75 H m 0 20 40 60 80 100 120 Qm³h Potência kW 10 20 30 0 A B C A 70 60 B C UFRGSIPHDHH 7 Curva de NPSH requerido Representa a carga hidráulica absoluta que deve ter a bomba na sua entrada para que não seja rompida a coluna de vaporização ou que não haja cavitação 50 25 0 NPSH m 75 70 60 50 78 5 10 15 75 H m 0 20 40 60 80 100 120 Qm³h Potência kW 10 20 30 0 A B C A 70 60 B C NPSH UFRGSIPHDHH 8 Semelhança em Máquinas Hidráulicas Semelhança entre máquinas hidráulicas Rotação específica Aplicações conceito rotação específica escolha família mais adequada UFRGSIPHDHH 9 Conceito de semelhança Duas máquinas hidráulicas são semelhantes quando apresentam proporcionalidade entre a geometria e o comportamento cinemático L R1 R2 B l r1 r2 b Bomba A Bomba B proporcionalidade entre dimensões proporcionalidade entre velocidades UFRGSIPHDHH 10 Semelhança geométrica L R1 R2 B l r1 r2 b Bomba A Bomba B G 2 2 1 1 L b B r R r R l R2 1 1 R1 r2 2 2 r1 2 1 2 1 a Escala de redução geométrica b Mesmo número de palhetas Mesmo ângulo das palhetas UFRGSIPHDHH 11 𝜆𝑄 𝑄 𝑞 𝜆𝐺 3𝜆𝑁 N G V Semelhança cinemática Características cinemáticas devem ser semelhantes Velocidades Vazões Taquicarga Acelerações 𝑉1 𝑣1 𝑉2 𝑣2 𝑈1 𝑢2 𝜆𝑉 𝑈1 𝑢1 𝑅1Ω1 𝑟1Ω1 𝑅1 𝑟1 2𝜋𝑁 60 2𝜋𝑛 60 U2 W2 V2 V1 W1 U1 𝑄 𝐴𝑉 2𝜋𝑅1𝐿Φ1𝑉2 𝑞 𝑎𝑣 2𝜋𝑟1lΨ1𝑣2 Velocidades Vazões 𝑄 𝑞 𝑅1 𝑟1 𝐿 l 𝑉2 𝑣2 𝜆𝑉 𝜆𝐺 𝑁 𝑛 𝜆𝐺𝜆𝑁 𝜆𝑉 𝜆𝐺𝜆𝑁 UFRGSIPHDHH 12 Semelhança dinâmica Escala potências p P 3 N 5 G 3 N 5 G p P Para Constante 2 N 2 G H 2 N 2 G 2 2 H v V h H Cargas UFRGSIPHDHH 13 Condição de semelhança Para uma mesma bomba escala de redução geométrica G 1 vazão velocidade e potência estão ligadas entre si através da escala de redução de rotações N 3 N 2 N N p P h H q Q UFRGSIPHDHH 14 Rotação ou Velocidade Específica n 3 G q Q 2 n 2 G h H 2 n 6 G 2 q 6 n 6 G 3 H 6 G 2 n 2 q 6 n 3 H 6 G 4 n 3 H 2 q 1 Parâmetro que permite comparar bombas turbinas semelhantes É a rotação que deveria ter uma bomba turbina para ser hidraulicamente semelhante a uma outra a qual possui vazão e altura unitárias 6 n 3 H 2 n 2 q UFRGSIPHDHH 15 Rotação ou Velocidade Específica 1m H H m s 1 Q 3 Q 3 2 4 4 h H 1 q Q N n Se bombapadrão tem vazão e carga unitárias 3 4 S H 3 65N Q n 4 n 3 H 2 q 1 34 S H N Q n Se bombapadrão tem carga e potência unitárias Q075 m³s 1m H H HP 1 P P UFRGSIPHDHH 16 Aplicações do conceito de Rotação ou Velocidade Específica de uma Máquina Hidráulica b Seleção do tipo de turbina segundo a rotação específica Rotação específica Tipo de Turbina 10 50 Pelton 80 400 Radial axial Francis 300 500 Fluxo misto lâminas finas 450 1200 Axial com palhetas ajustáveis Kaplan a Permite agrupar as máquinas hidráulicas em famílias ou seja máquinas que funcionam em seu ponto ótimo com vazão potência e carga completamente diferentes mas que possuem a mesma rotação específica UFRGSIPHDHH 17 Aplicações do conceito de Rotação ou Velocidade Específica de uma Máquina Hidráulica c Seleção do tipo de bomba segundo a rotação específica Rotação específica Tipo de Bomba Diâmetro rotor Diâmetro de entrada Classe Uso 60 90 Centrífuga 25 20 Lentas Pequenas descargas 90 130 Centrífuga 20 15 Normais Pequenas e médias descargas 130 220 Mista 18 13 Rápidas Médias descargas 220 440 Mista 15 13 Extrarápidas Médias e grandes descargas 440 500 Mista 12 Helicoidais Grandes descargas 500 800 Fluxo Axial 10 08 Axiais Grandes descargas e pequenas alturas Q Q Q H H H P P P Baixa Rotação Específica Média Rotação Específica Alta Rotação Específica NPSH NPSH NPSH UFRGSIPHDHH 18 Aplicações do conceito de Rotação ou Velocidade Específica de uma Máquina Hidráulica d Conversão de curvas características para diferentes rotações 2 1 2 1 2 N N H H 1 2 1 2 N N Q Q 3 1 2 1 2 N N P P Q H1 N2 1 2 H2 N1 princípio de analogia de uma bomba com ela mesmo λG1 UFRGSIPHDHH 19 Aplicações do conceito de Rotação ou Velocidade Específica de uma Máquina Hidráulica Q H 87 Situação A três condições de funcionamento INSTABILIDADE Situação B uma condição de funcionamento ESTABILIDADE Canalização A Canalização B 85 Observações finais sobre outros usos do conceito de rotação específica UFRGSIPHDHH 20 UFRGSIPHDHH 21 Exemplos de Aplicação 1 Exemplo 1 Uma indústria utiliza em seu processo uma bomba funcionando a 500 RPM apresentando a seguinte relação entre Q e H q m³h 100 150 200 225 h m 115 95 70 52 Caso a rotação de funcionamento aumente para 750 RPM qual será a vazão fornecida pela bomba quando a carga hidráulica for de 14m Condição inicial n500 RPM q h Condição final N750 RPM Q H 14 Escala geométrica como a bomba não mudou apenas foi alterada sua rotação 𝜆𝐺 1 Carga Hidráulica 𝜆𝐻 𝜆𝐺 2𝜆𝑁 2 14 ℎ 12 750 500 2 𝐻 ℎ 𝜆𝐺 2 𝑁 𝑛 2 h 62 n500 RPM UFRGSIPHDHH 22 Exemplos de Aplicação q m³h 100 150 200 225 h m 115 95 70 52 Com h62m da curva de estrangulação obtemos que nesta situação na rotação de 500 RPM a vazão que está sendo bombeada é q211 m³h Vazão 𝜆𝑄 𝜆𝐺 3𝜆𝑁 𝑄 𝑞 𝜆𝐺 3 𝑁 𝑛 𝑄 211 13 750 500 Q 3165 m³h Condição inicial n500 RPM q 211 m³h h 62 m Condição final N750 RPM Q 3165 m³h H 14 h62m por interpolação q211 m³h Temos então que o comportamento do sistema nos leva a UFRGSIPHDHH 23 Exemplos de Aplicação Condição inicial n500 RPM q 211 m³h h 62 m Condição final N750 RPM Q 3165 m³h H 14 Temos então que o comportamento do sistema nos leva a 0 5 10 15 20 25 30 0 50 100 150 200 250 300 350 400 H m Q m³h n500 RPM N750 RPM UFRGSIPHDHH 24 Exemplos de Aplicação 2 Da tabela para seleção de família de bombas vêse que a rotação específica para a situação desejada conduz à seleção da família de bombas centrífugas Como a rotação específica é baixa estas bombas apresentam uma relação unívoca entre vazão bombeada e carga hidráulica fornecida logo não haverá instabilidades em seu funcionamento 𝜂𝑠 365 𝑁 𝑄 𝐻 Τ 3 4 365 1750 03 150 Τ 3 4 816 Exemplo 2 Um sistema de bombeamento prevê o uso de uma bomba com as seguintes características N 1750 RPM H150m e Q300ls Classifique a família de bombas mais adequada e discuta se ela poderá ou não apresentar instabilidades de funcionamento Rotação específica Tipo de Bomba Classe Uso 60 90 Centrífuga Lentas Pequenas descargas 90 130 Centrífuga Normais Pequenas e médias descargas 130 220 Mista Rápidas Médias descargas 220 440 Mista Extrarápidas Médias e grandes descargas 440 500 Mista Helicoidais Grandes descargas 500 800 Fluxo Axial Axiais Grandes descargas e pequenas alturas UFRGSIPHDHH 25 Exemplos de Aplicação 3 Exemplo 3 Uma bomba centrífuga bombeia 0019 m³s quando a carga hidráulica fornecida é de 1678m e a rotação está em 1500RPM O diâmetro do rotor é de 03175 m e a potência é de 6HP Uma outra bomba geometricamente semelhante de diâmetro 0381m deve ser usada com rotação de 1750 RPM Assumindo eficiências iguais a Qual a carga a se desenvolvida b Qual a vazão a ser bombeada c Qual a potência necessária Bomba 2 Condição final n1750 RPM q 0038 m³s h 3292 m d 0381m p 2375HP Bomba 1 Condição inicial N1500 RPM Q 0019m³s H 1678m D03175 m P6 HP Carga Hidráulica 1678 ℎ 08332 1500 1750 2 𝐻 ℎ 𝜆𝐺 2 𝑁 𝑛 2 Escala geométrica 𝜆𝐺 𝐷 𝑑 03175 0381 0833 ℎ 3292 𝑚 Vazão 𝑄 𝑞 𝜆𝐺 3 𝑁 𝑛 0019 𝑞 08333 1500 1750 𝑞 0038 𝑚3𝑠 Potência 𝑃 𝑝 𝜆𝐺 5 𝑁 𝑛 3 6 𝑝 08335 1500 1750 3 𝑝 2375 𝐻𝑃 Sistemas de Recalque UFRGSIPHDHH 26 Elementos básicos de uma instalação de recalque Instalações de bombeamento Componentes Instalações de bombeamento Posição Sistema não afogado Válvula de pé com crivo Bomba Motor Válvula de retenção Válvula de pé com crivo Bomba Motor Válvula de retenção Válvula de pé com crivo Bomba Motor Válvula de retenção Sistema afogado Cota bomba acima cota captação ZB Zi Cota bomba abaixo cota captação ZB Zi Motor Bomba Elementos básicos de uma instalação de recalque Válvula de pé com crivo Redução invertida Curva de raio longo Conduto de aspiração Redução excêntrica Motor Transformador Painel de comando com inversor de freqüência Registro Válvula de retenção Conduto de recalque Alta tensão Baixa tensão ZI ZBomba 6 0 0 Bomba não afogada UFRGSIPHDHH 29 Q Q FIM UFRGSIPHDHH 30 Próxima aula dimensionamento e escolha da bomba