Seleção de Bombas em Sistemas de Transferência de Fluidos

Universidade Federal do Rio Grande FURG Escola de Engenharia Engenharia Mecânica Naval Disciplina de Equipamentos Industriais e de Processos Prof Fernando Torres SELEÇÃO DE BOMBAS Gabriel Funes 48038 Pelotas 23 de Julho de 2013 Sumário 1 Introdução 3 2 Objetivos 4 3 Metodologia 5 31 Características da Tubulação 5 32 Determinação dos Diâmetros e Escolha da Tubulação 5 321 Sucção 6 322 Recalque 7 33 Seleção da bomba para o Fluido A Água 7 331 Características do Fluido Cálculo de Perda de Carga e Altura de Elevação 7 332 Curva Característica do Sistema 8 333 Escolha da bomba 8 34 Associação de Bombas em Paralelo 11 35 Selecão para o Fluido B Viscoso 13 351 Propriedades do Fluido 13 352 Perda de Carga e Altura de Elevação 13 353 Curva Característica do Sistema para Fluido Viscoso 14 354 Seleção da Bomba 14 36 Correção da Bomba do Item 33 para Fluido Viscoso 16 37 Considerações 17 4 Conclusão 18 5 Referências 19 1 Introdução A utilização de bombas é vastamente requerida quando se tem a necessidade de transferir fluidos tanto em processos industriais quanto residenciais Os exemplos mais comuns são sistemas de combate a incêndio unidades de processamento industriais sistema de abastecimento de água entre outros Porém para que se possa fazer uso da bomba com segurança é necessária a correta seleção da mesma de acordo com a aplicação desejada conhecendo necessidades e limitações tanto da bomba quanto de projeto Baseado nisto que dáse o trabalho a seguir visando colocar em prática os conhecimentos adquiridos em sala de aula 2 Objetivos 1 Determinar os diâmetros de sucção e recalque utilizando uma velocidade na tubulação de sucção em torno de 1 ms e no recalque em torno de 2 ms Adotar a rugosidade do aço laminado usado 0046mm Considerar toda a tubulação sendo SCHEDULE 40 para a definição do diâmetro interno 2 Traçar a curva característica da canalização calculando a altura de elevação com auxílio da planilha Excel fornecida para os seguintes percentuais em relação a vazão normal 60 80 100 e 120 3 Selecionar uma bomba para água fria Especificar seu tipo fabricante neste trabalho vamos nos limitar às bombas da KSB Meganorm diâmetro externo do rotor potência recebida pelo eixo NPSH requerido rendimento potência do motor altura manométrica e vazão do ponto de funcionamento 4 Comparar o NPSH requerido com NPSH disponível e verificar se acorrerá ou não cavitação 5 Calcular a velocidade específica para a bomba escolhida lembrar que isto é feito com vazão e altura de elevação do ponto de máxima eficiência do maior rotor para a carcaça em questão 6 Considerando inalterada a curvas característica do sistema selecionar 2 bombas iguais que associadas em paralelo realizarão o mesmo serviço 7 Fazer a seleção de uma segunda bomba considerando um fluído com pesos específico viscosidade e pressão de vapor conforme planilha de dado fluido B 8 Corrigir toda a curva da bomba selecionada no item 3 para operação com um fluido com a viscosidade do fluido B 3 Metodologia 31 Características da Tubulação Os dados fornecidos referente a tubulação nas seções de sucção e recalque foram os seguintes Tabela 1 Características da Tubulação O que se refere aos diâmetros da tubulação é parte do trabalho onde os mesmos são calculados em função das velocidades e da vazão como veremos a seguir 32 Determinação dos Diâmetros e Escolha da Tubulação Através de simplificações da equação da conservação da massa temse que de onde chegase a Onde Diâmetro interno da tubulação Vazão do sistema Velocidade na tubulação Tendose a vazão do sistema igual a calculamse os diâmetros da tubulação de sucção e recalque A seleção da tubulação foi feita de acordo com a tabela abaixo contendo os diâmetros padrões de tubulação de Aço SCHEDULE 40 Tabela 2 Diâmetros Comerciais para tubo de Aço SCHEDULE 40 321 Sucção Na tubulação de sucção é requerida uma velocidade aproximada de para tal chegouse a um diâmetro Foi selecionado o tubo de de diâmetro externo equivalente ao um diâmetro interno de que acarreta em uma velocidade de que apresenta uma pequena variação aceitável 322 Recalque A mesma requer uma velocidade de aproximadamente chegandose a Para tal será usado tubo de equivalente a de diâmetro interno resultando numa velocidade de o que ocasiona uma variação de velocidade também aceitável 33 Seleção da bomba para o Fluido A Água 331 Características do Fluido Cálculo de Perda de Carga e Altura de Elevação Através dos dados já obtidos juntamente com as características do fluido e com o auxilio da planilha Excel fornecida foram calculados a perda de carga e altura de elevação altura manométrica do sistema para então construir a curva característica do sistema Tabela 3 Características do Fluido A Tabela 4 Resultados dos Cálculos de Perda de Carga e Altura de Elevação 332 Curva Característica do Sistema Curva calculada em função dos seguintes percentuais em relação a vazão normal 60 80 100 e 120 Figura 1 Curva Característica do Sistema 333 Escolha da bomba Figura 2 Seleção da Carcaça para Bomba do Fluido A O primeiro passo é de acordo com a vazão e altura de elevação conhecidas ponto de operação fazer a seleção da carcaça da bomba a ser utilizada Selecionouse para tal caso a carcaça Após feita a seleção da carcaça a ser utilizada é feita a seleção do diâmetro do rotor eficiência NPSH requerido também em função do ponto de operação De acordo com os gráficos da figura a seguir o diâmetro de rotor escolhido é o de Para o diâmetro de rotor selecionado o NPSH requerido é de Como pode ser visto na tabela 4 o NPSH disponível é de que é maior que o NPSH requerido portanto não haverá cavitação Figura 3 Determinação do Diâmetro do Rotor e NPSH Requerido Tabela 5 Eficiência e Potencia Requerida A eficiência dada na tabela 5 é a eficiência lida no gráfico de seleção do rotor já a potência é calculada pela tabela através de parâmetros como altura manométrica e eficiência da bomba Na figura 4 temse os fatores de segurança a qual a bomba deve atender como podemos ver para a potência calculada de o fator de segurança é de 10 tendose uma potência a ser instalada de no mínimo de De acordo com as potências comerciais definiuse um motor de O cálculo de velocidade especifica é dado pela expressão Onde Velocidade Específica da Bomba 1750 RPM Vazão no ponto de máxima eficiência da bomba Altura de elevação no ponto de máxima eficiência da bomba Figura 4 Margem de Segurança e Potência Comercial de Motores para Bombas 34 Associação de Bombas em Paralelo Como desejase realizar o mesmo serviço que no caso anterior porém com bombas associadas em paralelo o ponto de operação para seleção de ambas as bombas será a mesma altura de elevação porém como cada bomba é responsável por metade da vazão a mesma será de A carcaça selecionada foi a carcaça O diâmetro do rotor escolhido é de com eficiência de aproximadamente 78 Para tal o NPSH requerido é de conforme a planilha Excel o NPSH disponível é igual a então não haverá cavitação As seleções feitas anteriormente são demonstradas nas figuras que seguem A potência estimada foi de que segundo a Figura 4 deve ter uma folda ge ou seja então de acordo com os valores de potência comerciais o motor a ser instalado será de Figura 5 Seleção da Carcaça Para Bombas em Paralelo Figura 6 Seleção do Rotor NPSHr e eficiência da bomba 35 Selecão para o Fluido B Viscoso 351 Propriedades do Fluido Tabela 6 Características do Fluido Viscoso 352 Perda de Carga e Altura de Elevação Tabela 7 Perdade de Carga e Pseudo Ponto de Operação Para a seleção da bomba para fluido viscoso devese levar em conta os fatores de Correção e dado que para um fluido mais viscoso o trabalho requerido para o mesmo ponto de operação será maior gerando assim o pseudo ponto de operação a partir do qual a bomba será selecionada nos catálogos 353 Curva Característica do Sistema para Fluido Viscoso Figura 7 Curva Característica do Sistema para Fluido Viscoso 354 Seleção da Bomba Figura 8 Carcaça para Bomba de Fluido Viscoso A carcaça escolhida para bomba de fluido viscoso foi a Foram feitas outras tentativas de seleção utilizando bombas menores de 3500 RPM Porém problemas como diâmetro requerido em outras carcaças ser o ultimo o que não é recomendado e em outras ocasiões o NPSH requerido ser muito alto a solução foi optar por uma bomba de 1750 RPM maior mas atende aos requisitos O rotor selecionado tem diâmetro de com eficiência de aproximadamente acarretando em um NPSH requerido de conforme figura 9 Pela tabela 7 vese que o NPSH disponível é de não havendo cavitação A potência estimada foi de com eficiência de Para tal faixa de potência a folga requerida é de o motor a ser instaldo será de conforme tabela de potências comerciais figura 4 Figura 9 Diâmetro do Rotor NPSH disponível para Bomba de Fluido Viscoso 36 Correção da Bomba do Item 33 para Fluido Viscoso Com o auxilio da planilha Excel chegase as características da bomba trabalhando com fluido viscoso nos gráficos a seguir é possível comparar o rendimeno da bomba trabalhando com água e com o fluido viscoso Isso devese ao fato e que por o peso especifico do fluido viscoso ser maior são necessárias maiores pressões para se conseguir a mesma altura de elevação com a água ou como no caso com a mesma capacidade da bomba o rendimento é inferior Figura 10 Curva de Elevação para Fluido Viscoso em Comparação com a Água Figura 11 Curva de Eficiência para Fluido Viscoso em Comparação com a Água 00 50 100 150 200 250 300 350 400 00 500 1000 1500 2000 2500 Qw Qvis Vazão Volumétrica m³s Altura de Elevação m Curva de Elevação 0000 0100 0200 0300 0400 0500 0600 0700 0800 0900 00 500 1000 1500 2000 2500 Neta Netavis Curva de Eficiência Vazão Volumétrica m³s Eficiên Figura 12 Curva de Eficiência para Fluido Viscoso em Comparação com a Água 37 Considerações O catálogo utilizado para seleção de bombas foi o Catálogo KSB para Bombas Meganorm Os valores obtidos nos gáficos do catálogo foram definidos a partir de interpolação visual estando sujeitos a erros 00 50 100 150 200 250 300 350 400 00 500 1000 1500 2000 2500 Potw Potvis Potência Vazão Volumétrica m³s Curva de Potência 4 Conclusão A seleção de bombas é um trabalho extenso e que exige cuidado com os detalhes para que o façamos de forma correta sem que haja problemas futuros e gerando economia de capital A partir do problema proposto com o auxilio das devidas referências e do Prof Fernando Torres a determinação das perdas de carga e da altura de elevação necessária para o funcionamento para os dois fluidos pôde então ser realizada assim como o levantamento da curva característica para cada caso Com isso a especificação das bombas foi efetuada e as suas informações aqui apresentadas de forma a cumprir o objetivo maior proposto para o trabalho 5 Referências KSB Catálogo Manual de Curvas Características KSB Manual de Treinamento Seleção e Aplicação de Bombas Centrífugas Macintyre Joseph A Bombas e instalações de Bombeamento 2ª ed 1997 Editora LTC Aulas e Slides do professor Fernando Torres