Escolha das bombas e determinação do ponto de operação do sistema elevatório

• Para isso, é necessário:

• Análise das curvas do sistema elevatório e das bombas disponíveis no mercado, passíveis de serem utilizadas em cada caso

• Análise do tipo de operação do sistema de bombeamento (com uma bomba, bombas em paralelo e bombas em série)– A curva característica vai representar as condições hidráulicas

operacionais da bomba trabalhando com determinado número de giros na unidade de tempo

• Análise:– Etapas do projeto– Padronização de equipamentos eletro-mecânicos– Estudo dos transientes hidráulicos

• Na operação: NPSHd>NPSHr

Operação com apenas uma bomba

• O ponto de operação do sistema de bombeamento é dado pelo cruzamento as curvas da bomba e do sistema elevatório

• Na escolha da bomba: pesquisar nas curvas características, aquela que eleva a vazão de projeto à altura manométrica, operando o mais próximo possível de seu ponto de melhor rendimento

Escolha das bombas

Diversas rotações em que a máquina pode operar, as curvas características correspondentes e as parábolas de isoeficiência

Grá

fico

de s

eleç

ão

São omitidas as linhas de isoeficiência

Escolhida a bomba, procura-se no catálogo do fabricante a respectiva curva característica que fornece o diâmetro do rotor, o rendimento e outros dados

Associação de bombas centrífugas

• Razões técnicas:– quando um desnível elevado acarretar em um rotor

de grande diâmetro e alta rotação, e com isso altas acelerações centrífugas e dificuldades na especificação de materiais.

• Razões econômicas: – quando o custo de duas bombas menores é inferior

ao de uma bomba de maiores dimensões para fazer o mesmo serviço

– Aumento da demanda no decorrer do tempo

Associação de bombas

• Com visão no final do plano anti-econômico dimensionar a bomba para a situação de vazão máxima

• A situação mais comum é aquela em que todas as bombas da associação são iguais, o que facilita a manutenção do sistema

• Associação em série: a entrada da segunda bomba é conectada à saída da primeira bomba. Mesma vazão, mas as alturas de elevação de cada uma são somadas para obter a altura de elevação total

• Associação em paralelo: cada bomba recalca a mesma parte da vazão total do sistema, mas a altura total de elevação é a mesma

Operação de bombas em sérieOperação de bombas em série

• O sistema é empregado quando a elevatória deve atender a reservatórios em níveis ou distâncias diferentes ou alturas manométricas muito elevadas (é mais econômico)

• A mesma vazão passa pelas duas bombas

• Cada bomba é responsável por uma parcela da Hman total

• A curva Hman x Q das duas bombas é obtida pela soma dos valores de Hman de cada uma para uma mesma vazão de recalque

• Se as bombas forem iguais, cada uma vai fornecer metade a altura total do sistema Ponto de operação de cada

bomba em separado

Operação de bombas em paraleloOperação de bombas em paralelo

• Cada bomba é responsável por parcela da vazão total a ser recalcada

• Bombas em paralelo vantagem operacional: se houver falha no funcionamento em uma das bombas, acontecerá apenas uma redução da vazão bombeada pelo sistema

• Flexibilização operacional no sistema: como a vazão é variável pode-se retirar ou colocar bombas em funcionamento em função das necessidades e sem prejuízo da vazão requerida

• Muitas vezes a utilização deste tipo de associação é realizada apenas como um sistema de segurança e não visando ou aumento ou a variação da vazão.

• A curva combinada das bombas em paralelo é obtida pela soma das vazões correspondentes à mesma altura das bombas

• Vazão - uma bomba isolada sempre fornecerá mais vazão do que esta mesma bomba associada em paralelo com outra igual porque a variação na perda de carga no recalque é diferente;

Operação de bombas em paraleloOperação de bombas em paralelo

• 1 e 2 – pontos de operação de cada bomba separadamente. Qa=Qb + Qc• Tem-se sempre que Qa < 2Qd, isto é, associando-se duas bombas iguais,

não se consegue dobrar a vazão correspondente a uma única bomba instalada no sistema

• Caso uma das bombas parar de funcionar, a unidade que fica em operação tem seu ponto de funcionamento deslocado de 1 para 3, a despeito da diminuição da altura de elevação, há um aumento de potência necessária pelo aumento na vazão. É neste ponto que a potência do motor elétrico deve ser estudada

QaQb Qc Vazão (m3/s)

12

3

Qd

Recomendações para associar Recomendações para associar bombas em paralelobombas em paralelo

• Selecionar bombas com curvas características do tipo estável (para cada Hman, uma só Q)

• Usar de preferências bombas de características semelhantes, isto é, que tenham a mesma variação percentual entre a vazão e a altura manométrica

• Empregar motores cujas potências sejam capazes de atender a todas as condições, sem perigo de sobre carga

• Projetar a instalação, de modo que: NPSHd > NPSHr, em qualquer ponto de trabalho provável

Associação da curva da bomba com a curva característica do sistema

para vários tipos de recalque

A curva do sistema é obtida somando-se as vazões das duas tubulações para a mesma altura manométrica

Q3

Para Q < Q3, apenas R2 será abastecido. Para vazões maiores, as tubulações funcionam como se estivessem em paralelo sob a mesma Hman

Número de conjuntos elevatórios

• Análise técnica: quantidade de conjuntos motor-bomba é função das vazões envolvidas e de suas variações e dos equipamentos disponíveis no mercado

• Análise econômica: considerando os custos das obras civis e equipamentos a serem adquiridos, incluindo-se a operação e a manutenção do sistema

Número de conjuntos elevatórios

• Recomendações:

• Pequenas elevatórias: duas bombas iguais, cada uma devendo estar apta para atender a Qmáx prevista (1 + 1reserva)

• Elevatórias maiores: mínimo de 3 bombas, que podem ser iguais, devendo duas quaisquer, poder atender a Qmáx prevista (mesmo no caso de bombas diferentes = 2 + 1 reserva)

• Elevatórias de grande porte: várias unidades de recalque

• Deve-se garantir uma reserva instalada que corresponda a, pelo menos, a cerca de 25% da capacidade total (Tsutya, 2006)

• Em elevatórias de pequeno porte, estas reservas devem ser superiores a 50%

Exercícios

• Bombas

• NPSH

• A bomba deverá recalcar uma vazão de 30 m3/h com uma rotação de 1750 rpm e, para etsa vazão, o NPSH requerido é de 2,50. A instalaçào está na cota de 834,50 m e a temperatura média da água é de 20oC. Considere que a folga para o NPSHd deva ser de 35%, determine o o comprimento de X. D = 75 mm, C = 150, considere válvula de pé com crivo e joelho com 90o (soma dos comprimentos equivalentes igual a 30,7m)

Noções sobre motores elétricos

• Motor elétrico é a máquina destinada a transformar energia elétrica em mecânica

• Utilizado para o acionamento das bombas

Motores de corrente contínua Aplicações que exigem ajuste fino e controle preciso de velocidade. Elevado custo. Raramente utilizado em EE.

Motores de corrente alternada São os mais utilizados, já que a distribuição de energia elétrica é feita normalmente em corrente alternada.

Noções sobre motores elétricos

Motores de corrente alternada

Motor síncronoMotor assíncrono ou de

indução

Motor assíncrono com rotor de gaiola

Motor assíncrono com rotor bobinado

Noções sobre motores elétricos• Motor síncrono:

• Tem rotação constante determinada pela frequência e número de pólos. A rotação é dada por:

• rpm = número de rotação por minuto• f = freqüência da corrente• n = número de pólos

• Utilização no acionamento de bombas que exigem grandes potências e baixas velocidades (pot = 5000 CV, +- 16 pólos).

• Devido a sua maior eficiência, o dispêndio com energia elétrica em grandes instalações, passa a ter significativo valor na economia geral do sistema

• O custo inicial elevado e a fabricação ainda restrita no Brasil

n

frpm

120

Noções sobre motores elétricos

• Motor assíncrono:

• a velocidade de rotação não coincide exatamente com a velocidade de sincronismo. Há uma ligeira redução na rotação, devido à carga, da ordem de 3 a 5%, em que é conhecida por escorregamento

• Motor assíncrono com rotor de gaiola – Mais utilizado nas pequenas e médias instalações de bombeamento

(até mesmo em grandes)

– 90% dos motores fabricados são deste tipo

– Usado para acionamento de bombas de rotação constante

– Rendimento elevado

Noções sobre motores elétricos

• Motor assíncrono:

• Motor assíncrono com rotor bobinado– Utilizado para o acionamento de bombas com rotação variável e

possui enrolamento no rotor

– Está sendo substituído por motor de indução assíncrono com o uso de variador de rotação do tipo inversor de frequência, por ser mais simples e confiável

Potência de motores para o acionamento de bombas

• A potência elétrica fornecida pelo motor que aciona a bomba, sendo m seu rendimento global, é dada por:

• Rendimento:

• O motor elétrico absorve energia elétrica da rede de alimentação e a transforma em energia disponível no eixo

• Pm – potência mecânica disponível no eixo

• Pe – potência elétrica que o motor retira da rede

)(..75

..103

cvHQ

Pm

manm

e

mm P

P