Sistemas de Recalque - Terminologia, Dimensionamento e Altura Manométrica

Sistemas de Recalque UFRGSIPHDHH 1 Terminologia básica Soma de Bernoulli em recalque Dimensionamento do sistema Exemplos de dimensionamento UFRGSIPHDHH 2 Terminologia básica Aplicação da soma de Bernoulli nos condutos de aspiração e de recalque visando estabelecer a energia que a bomba deve fornecer ao sistema e as pressões na entrada e na saída da bomba Terminologia básica altura geométrica altura geométrica de recalque YRZsZB UFRGSIPHDHH 3 altura geométrica ou carga estática total YZsZi ou YYR YA altura geométrica de aspiração YAZiZB Terminologia básica altura manométrica altura manométrica de recalque hRZPRZB UFRGSIPHDHH 4 altura manométrica total hZPR ZPA ou hhR hA altura manométrica de aspiração hAZPAZB A partir da diferença entre as cotas das linhas piezométricas antes e após a bomba hA HA VA 2 2 g YA hpA VA 2 2 g hR HR V𝑅 2 2 g YR hpR VR 2 2 g Terminologia básica altura total altura total de recalque HRZERZB UFRGSIPHDHH 5 altura total HZER ZEA ou HHR HA altura total de aspiração HAZEAZB A partir da diferença entre as cotas das linhas de energia antes e após a bomba É a carga hidráulica que a bomba deve fornecer ao sistema altura total de recalque HRYR hpR altura total de aspiração HAYA hpA Bomba não afogada posição das linhas LE e LP UFRGSIPHDHH 6 altura total de recalque HRYR hpR altura total HY hp altura total de aspiração HAYA hpA altura manométrica de recalque altura manométrica de aspiração hA HA VA 2 2 g h𝑅 HR VR 2 2 g A partir da relação entre as alturas geométricas a perda de carga e a taquicarga antes e após a bomba Bomba afogada posição das linhas LE e LP UFRGSIPHDHH 7 altura total de recalque HRYR hpR altura total HY hpA hpR altura total de aspiração HAYA hpA altura manométrica de recalque altura manométrica de aspiração hA HA VA 2 2 g YA hpA VA 2 2 g A partir da relação entre as alturas geométricas a perda de carga e a taquicarga antes e após a bomba hR HR V𝑅 2 2 g YR hpR VR 2 2 g UFRGSIPHDHH 8 Dimensionamento do sistema Pré dimensionamento da instalação Dados de projeto Q Vazão necessidade hídrica Y Desnível geométrico Devese conhecer Fluido a ser bombeado Prédimensionar a canalização Perda de carga Curvas das bombas 2ª aproximação Escolha do modelo da bomba gráfico de cobertura fornecido pelo fabricante UFRGSIPHDHH 9 1ª aproximação Escolha da família de bombas pela faixa de rotação específica 3ª aproximação Escolha do rotor mais adequado Traçado da curva da canalização e determinação do ponto de funcionamento 4ª aproximação Verificação do funcionamento cálculo do NPSH Pré dimensionamento da instalação Dados de projeto Q Vazão necessidade hídrica Y Desnível geométrico Devese conhecer Fluido a ser bombeado Prédimensionar a canalização Perda de carga Curvas das bombas Dada a bomba modelo e tamanho do rotor instalado Determinar a vazão bombeada e a carga hidráulica da bomba Construir traçar a curva da canalização para a determinação do ponto de funcionamento do sistema UFRGSIPHDHH 10 Dada a vazão a ser bombeada Escolher a bomba família modelo e tamanho de rotor mais adequados 1 Dimensionamento Conhecemos O ponto de funcionamento desejado Q projeto e HB e a rotação Determinar a melhor bomba 2 Verificação Conhecemos a Bomba Determinar seu ponto de funcionamento Q HB Prédimensionamento da canalização Diâmetro de Recalque Instalações não operadas continuamente DR K Q DR 13X 1 4 Q Fórmula de Bresse 066 ms VR a 24 ms Diâmetro imediatamente superior ao de recalque UFRGSIPHDHH 11 onde DR diâmetro recalque econômico m K varia entre 09 a 14 Q vazão m³s onde X nº horas bombeamento 24 Instalações operadas continuamente a Através de critério econômico b Através da velocidade de operação Diâmetro de Aspiração No Brasil K 12 Carga total a ser fornecida pela bomba UFRGSIPHDHH 12 Aplicação da soma de Bernoulli entre o ponto de captação e o ponto de disposição final com objetivo de estabelecer a curva da canalização ou seja sua necessidade de carga hidráulica para escoar dada vazão 𝑧1 𝑝1 𝛾 𝑉1 2 2𝑔 H 𝑧2 𝑝2 𝛾 𝑉2 2 2𝑔 hp H 𝑧2 𝑧1 hp H Y hp H 𝑌 ℎ𝑝𝐴 ℎ𝑝𝑅 𝑧1 H 𝑧2 𝑉2 2 2𝑔 hp H 𝑌 𝑉2 2 2𝑔 ℎ𝑝𝐴 ℎ𝑝𝑅 CURVA DA CANALIZAÇÃO UFRGSIPHDHH 13 1ª aproximação Escolha da família de bombas Através do cálculo da rotação específica 3 4 S H 3 65N Q n 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 m³s H m N RPM UFRGSIPHDHH 14 2ª aproximação Escolha do modelo da bomba Através do gráfico de quadrículas ou de cobertura fornecido pelos fabricantes de bombas resumo do desempenho hidráulico da bombas curvas de estrangulação Diagramas de seleção preliminar de bombas os diagramas apresentados são reproduzidos e adaptados de catálogos da KSB 3ª aproximação Escolha do rotor mais adequado UFRGSIPHDHH 15 Q H Ponto de funcionamento Curva característica da canalização Curva característica da bomba Y Q1 Q2 Q3 H1 H2 hp1 hp2 hp3 Curva da canalização necessidade de carga total do sistema Curva de estrangulação oferta de carga total pela bomba Catálogo fabricante Cálculo hidráulico Curva da canalização e escolha rotor UFRGSIPHDHH 16 Se vazão desejada for Q1 rotor 1 Q2 rotor 3 Q3 rotor 2 Q H Ponto de funcionamento Curva característica da canalização Curva característica da bomba Y Q1 Q2 Q3 H1 H2 hp1 hp2 hp3 Rotor 1 Rotor 2 Rotor 3 Vazão que se estabelece no sistema SEMPRE é a intersecção entre a oferta e a necessidade de carga hidráulica UFRGSIPHDHH 17 NPSH Net Positive Suction Head Sendo Patm pressão atmosférica local m Pv pressão de vapor da água m 𝑁𝑃𝑆𝐻𝑅𝑓𝑎𝑏𝑟𝑖𝑐𝑎𝑛𝑡𝑒 NPSHD NPSHD 𝑌𝑎𝑠𝑝 ℎ𝑝𝑎𝑠𝑝 𝑃𝑎𝑡𝑚 𝛾 𝑃𝑣 𝛾 Ponto de funcionamento Q90 m³h e H50m 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 Do catálogo fabricante NPSH requerido 10m Critério a respeitar Do cálculo hidráulico Prevenir a ocorrência do fenômeno da cavitação na bomba 4ª aproximação Verificação do funcionamento cálculo do NPSH UFRGSIPHDHH 18 Exemplo de escolha da bomba Exemplo H 15 m Q 15m3h Escolha do modelo Escolha de bombas Para um sistema de recalque bombear a vazão de 15 m³h foi calculada a necessidade de 15m de carga total a ser fornecida pela bomba Escolha a bomba Exemplo Hm 15 m Q 15m3h Escolha do rotor Escolha de bombas Exemplo 1 Dada a vazão escolher a bomba UFRGSIPHDHH 21 Para a instalação abaixo representada escolha a bomba capaz de fornecer a vazão de 13 ls Dados Água a 20C Altitude local 500m Rotação da bomba 1750 RPM UFRGSIPHDHH 22 a Prédimensionamento das canalizações DR 12 Q 12 13x 103 0137 DR150mm Por consequência DA200mm b Curva da canalização necessidade de energia como a vazão é dada calculase a altura total que a bomba deve fornecer Alturas geométricas total YZs Zi 4 1 5 aspiração Ya Zi Zb 1 1 2 recalque Yr Zs Zb 41 3 De Bernoulli aplicado nos pontos de captação e disposição final 1 0 0 𝐻 4 0 𝑉𝑟2 2 𝑔 ℎ𝑝𝑎 ℎ𝑝𝑟 𝐻 5 𝑉𝑟2 2 𝑔 ℎ𝑝𝑎 ℎ𝑝𝑟 UFRGSIPHDHH 23 d Curva da canalização ℎ𝑝𝑎 04142 2 𝑔 00315 20 02 155 𝐻 5 07362 2 𝑔 0163 3103 829 𝑚 Aspiração DA200mm eA 1 mm LA 41620 m ks 145 05 05 155 VA 0414 ms fA 00315 Recalque DR150mm eR 06 mm LR 544225462 m Lequiv 130015 195 ks 04 02 042 042 144 VR 0736 ms fR 00294 Lv 54621955657 ℎ𝑝𝑟 07362 2 𝑔 00294 5657 015 144 ℎ𝑝𝑎 00276 01355 0163 ℎ𝑝𝑟 3063 004 3103 c Cálculo das perdas de carga UFRGSIPHDHH 24 Rotação específica e Escolha da bomba 𝜂𝑠 365𝑥1750 13𝑥103 829 3 4 130 Rotação específica Tipo de Bomba 60 90 Centrífuga 90 130 Centrífuga Gráfico de quadrículas Bomba 50 160 UFRGSIPHDHH 25 f Escolha do rotor Bomba 50 160 rotor 153 rendimento 67 PF Potência do motor 𝑃 9806 13𝑥103 829 067 2017 𝑊 21 𝐻𝑃 NPSH requerido 20m Ponto de Funcionamento Q47 m³h H 829m 1 HP 7457 W UFRGSIPHDHH 26 h Cálculo e representação das alturas características do escoamento para o ponto de funcionamento aspiração YA 𝑧𝑖 𝑧𝐵 1 1 2 m 𝑎𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎çã𝑜 𝐻A YA hpA 2 0163 2163 Alturas totais Alturas geométricas UFRGSIPHDHH 27 recalque YR 𝑧𝑠 𝑧𝐵 4 1 3 m total 𝑌 𝑧𝑠 𝑧𝑖 4 1 5 m recalque 𝐻R YR hp𝑅 3 3103 6103 total 𝐻 HR H𝐴 6103 2163 8 299 aspiração ℎA HA 𝑉𝐴 2 2𝑔 2163 04142 2 𝑔 2172 Alturas manométricas recalque ℎR HR 𝑉𝑅 2 2𝑔 6103 07362 2 𝑔 607 Exemplo 2 Dada a bomba rotor estabelecer a vazão que será bombeada UFRGSIPHDHH 28 Caso na instalação anterior a bomba instalada fosse a 50160 com rotor 174 qual seria a vazão bombeada a Construção da curva da canalização necessidade de energia arbitrando no mínimo três vazões traçase a curva da canalização sobre o gráfico com a curva de estrangulação relativa ao rotor instalado 𝐻 5 𝑉𝑟2 2 𝑔 ℎ𝑝𝑎 ℎ𝑝𝑟 Qm³h Qm³s hpasp hprec Y Vr²2g H 0 0 0 0 5 0 5 145 4x103 00155 03128 5 000261 533 468 13x103 01630 31030 5 002762 797 50 14x103 01858 35323 5 00315 875 645 18x103 00312 58916 5 005295 1126 UFRGSIPHDHH 29 35 m³h Vazão 615 m³h Novo PF Q 615 m³h H 105m rendimento 685 PF c Para qual faixa de vazões esta bomba funciona na instalação b Vazão bombeada com rotor 174 UFRGSIPHDHH 30 bomba 50160 com rotor 174 d Vazão bombeada com rotor 141 Q 38 m³h H 70m rendimento 63 FIM