hid aula 16 e 17 - bombas e linhas de recalque

Bombas e Linhas de Recalque

DISCIPLINA: Hidráulica

PROFESSORA: Cibele Gouveia Costa Chianca

TURBINAS

Conceito

Recebem a energia hidráulica, proveniente normalmente de quedas d’água, e transformam-na em energia mecânica. Posteriormente essa energia é transformada em energia elétrica pelos geradores nas centrais hidrelé-tricas.

Turbina de Francis

TURBINAS

Classificação

Quanto a trajetória da água no rotor:

RADIALTANGENCIAL

TURBINAS

Potencial hidráulico

Potência efetiva de um aproveitamento hidrelétrico:

𝑃 = 9,81. . 𝑄. 𝐻.

P = potência efetiva, W = peso específico da água, kgf/m³Q = vazão que passa pela turbina, m³/sH = queda útil da turbina = (diferença de nível entre a cota da lâmina d’água do reservatório e a cota da turbina) menos perda de carga na condução da água até a turbina, m= rendimento da turbina

TURBINAS

Velocidade Específica

A velocidade específica de uma turbina significa a rotação de uma turbina modelo trabalhando a uma queda útil de 1m,produzindo 1cv de potência.

É uma grandeza importante na escolha do tipo de turbina.

𝑛𝑠 =𝑛. 𝑃1/2

𝐻5/4

Onde:ns = velocidade específica, rpmn = rotação da turbina, rpmP = potência produzida pela turbina, cvH = queda útil sobre a turbina, m

TURBINAS

Velocidade Específica

BOMBAS HIDRÁULICAS

Conceito

Máquina geratriz hidráulica que transforma trabalho mecânico, que recebe de um motor, em energia hidráulica, sob a forma de energia potencial de pressão e energia cinética, possibilitando transportar e elevar fluidos a grandes distâncias e elevadas alturas.

BOMBAS HIDRÁULICAS

Classificação das Bombas

De acordo com o Hidraulic Institute Standart que é a principal Associação Norte Americana de fabricantes de Bombas as bombas são classificadas em:

I - Bombas cinéticas ou turbobombasSão aquelas que fornecem energia ao líquido sob forma de energia cinética.

II - Bombas de deslocamento direto ou volumétricasSão aquelas que fornecem energia ao líquido por meio de uma ação de propulsão que ao comprimi-lo, incrementa-lhe energia de pressão.

BOMBAS HIDRÁULICAS



I - Bombas cinéticas ou turbobombasI.A – Admissão do líquido

- Fluxo Radial (impulsionam o fluxo radialmente à entrada da água – perpendicular –bombas centrífugas)

- Fluxo Axial (ou tipo hélice, impulsionam o fluxo no mesmo sentido de entrada da água)

- Fluxo Misto ou diagonal

BOMBAS HIDRÁULICAS


BOMBAS HIDRÁULICAS



I - Bombas cinéticas ou turbobombasI.B – Número de Rotores

- Um estágio (um só rotor)- Estágios Múltiplos (dois ou mais rotores)

BOMBAS HIDRÁULICAS



II - Bombas de deslocamento direto ou volumétricasII.A – Com movimento alternado

De embolo ou pistão

BOMBAS HIDRÁULICAS



II - Bombas de deslocamento direto ou volumétricasII.B – Com movimento rotativo

De palheta, engrenagem, parafuso.

BOMBAS HIDRÁULICAS



II - Bombas de deslocamento direto ou volumétricasII.C – Com “blow-case”

Tanque injetor.

BOMBAS HIDRÁULICAS

Bomba Centrífuga

São dotadas de rotor e difusor.

Rotor orgão móvel que fornece energia ao fluído

BOMBAS HIDRÁULICAS

Bomba Centrífuga

São dotadas de rotor e difusor.

Difusor canal de seção crescente que recebe o fluido vindo do rotor e o encaminha à tubulação de recalque. Possui seção crescente no sentido do escoamento com finalidade de transformar energia cinética em energia potencial de pressão.

BOMBAS HIDRÁULICAS

Bomba Centrífuga

Bomba de sucção positiva

Bomba submersas

Bomba de sucção negativa ou afogada

BOMBAS HIDRÁULICAS

Bomba

Classificação quanto a pressão:

Baixa Pressão Hman ≤ 15 mMédia Pressão 15 m < Hman < 50 mAlta Pressão Hman 50 m

Classificação quanto a rotação:

Baixa Rotação N 1.200 rpmMédia Rotação N 1.700 rpmAlta Rotação N 3.500 rpm

BOMBAS HIDRÁULICAS

Bomba

Principais Fabricantes de Bombas:

Worthington, KSB, Sulzer Weise, Haupt, Esco, Ebara, Hidrosul, Flygt, King, Dancor, Mark, Leão, Darc, Jacuzzy, ABS, Morris, etc.

Principais fabricantes de motores:

Weg, Arno, GE, Toshiba, Buffalo,etc.

Rotação da Bomba (N):

N = 120 f .

n° pólos do motor

Nreal = N(1 - )

Onde:R – rotação (rpm)f – frequência da rede elétrica (f = 60Hz)n° – número de pólos do motor

n° = 2 N = 3600 rpmn° = 4 N = 1700 rpmn° = 6 N = 1200 rpm

= escorregamento

BOMBAS HIDRÁULICAS

Dimensionamento do Conjunto Elevatório

BOMBAS HIDRÁULICAS

Curvas Características da Tubulação

HM = altura manométricaHM = HS + HR = HG + hf

HS = altura de sucçãoHS = hGS + hS + vo

2 /2.gHR = altura de recalqueHR = hGR + hR

HG = desnível geométricoHG = hGS + hGR

hf = perda de cargahf = hS + hR

Obs: Bomba afogada HG = (-hGS)+ hGR

VSmáx = 1,2 m/sVRmáx = 2,4 m/s

BOMBAS HIDRÁULICAS


HS é a parcela de energia que deverá ser fornecida a cada kgf de um líquido para que, partindo de um reservatório inferior, atinja a entrada da bomba, vencendo o desnível geométrico hS e as resistências passivas hGS, adquirindo energia cinética vo

2 /2.g.

HR é a energia que a bomba fornece a cada kgf de liquido para que este, partindo da saída da bomba, atinja a boca de saída da tubulação de recalque ou a superfície livre do reservatório superior, vencendo o desnível estático hGR e as perdas de carga na tubulação hR.

BOMBAS HIDRÁULICAS


Curva característica do sistema, para um diâmetro de recalque (DR) previamente escolhido, em função da vazão de bombeamento e da altura manométrica total.

Potência do Conjunto Elevatório:

Onde:P – potência do conjunto elevatório (CV) - peso específico do líquido (água = 1000 kgf/m3)Q – Vazão (m³/s)Hman – altura manométrica (m)- rendimento do conjunto elevatório = B. M

B = rendimento da bombaM = rendimento do motor

BOMBAS HIDRÁULICAS


Potência do Motor ou Potência Útil (Pu):

Quando não se determina a potência do motor diretamente das curvas das bombas, fornecidas pelos fabricantes, adota-se as recomendações abaixo, que admite haver uma dissipação de potência P no eixo do conjunto e por isso, a potência do motor é sempre superior a do conjunto elevatório.

BOMBAS HIDRÁULICAS


Se P ≤ 2HP Pu = 1,5.P

Se 2HP < P ≤ 5HP Pu = 1,3.P

Se 5HP < P ≤ 10HP Pu = 1,2.P

Se 10HP < P ≤ 20HP Pu = 1,15.P

Se P > 20HP Pu = 1,1.P

Observações:

1CV = 0,986 HPP(KW) = P(CV).0,736P(KW) = P(HP).0,746

Potência dos Motores Elétricos Brasileiros (HP)

¼, 1/3, ½, 3/4 , 1, 1 ½, 2, 3, 5, 6, 7 ½, 10, 12, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 60, 80, 100, 125, 150, 200 e 250.

Para potências maiores os motores são fabricados sob encomenda.

Rendimento das Máquinas

Por motivos construtivos, o rendimento das máquinas até certo ponto pode variar com a potência, sendo mais elevado para as grandes máquinas.

BOMBAS HIDRÁULICAS


Rendimento das Máquinas

BOMBAS HIDRÁULICAS


Rendimento de motores elétricos

HP ½ ¾ 1 1 ½ 2 3 5 10 20 30 50 100

M 64% 67% 72% 73% 75% 77% 81% 84% 86% 87% 88% 90%

As bombas centrífugas de 1750 rpm, fornecidas pelo mesmo fabricante, apresentaram os seguintes rendimentos medianos:

Rendimento de bombas centrífugas

Q (l/s) 5 7,5 10 15 20 25 30 40 50 100 200

B 52% 61% 66% 68% 71% 75% 80% 84% 85% 87% 88%

O diâmetro mínimo dos tubos de sucção é 19mm (3/4”) para bombas de ¼ HP, e 25mm (1”) para as demais; sucção máxima de 6m.

Com finalidade de reduzir as perdas de carga nas linhas de aspiração e de recalque e também o efeito do golpe de ariete nas linhas de recalque, devem-se adotar valores reduzidos para as velocidades de escoamento do líquido.

A canalização de recalque poderá ser dimensionada pelo critério econômico (Fórmula de Forchheimner)

𝐷𝑟 = 𝐾.4𝑋 𝑄

Onde:Dr = diâmetro nominal do encanamento de recalque (m)K = coeficiente de Bresse, varia conforme época e região de 0,6 a 1,6, geralmente 1,2Q = descarga da bomba (m³/s)X = h/24horas, sendo h= n° de horas de funcionamento da bomba no período de um dia

BOMBAS HIDRÁULICAS

Dimensionamento dos encanamentos de sucção e recalque

BOMBAS HIDRÁULICAS

Dimensionamento dos encanamentos de sucção e recalque

A canalização de sucção geralmente é executada com um diâmetro imediatamente superior.

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Exercício

C=130

BOMBAS HIDRÁULICAS

Lei da Similaridade

A Cavitação é o fenômeno de formação e destruição de bolsas de vapor ou cavidades preenchidas com vapor.

A formação de bolhas de vapor acontece todas as vezes em que existeuma subpressão na tubulação em

consequência ou da velocidade excessiva do rotor ou do excesso de altura na sucção.

A uma pressão inferior a atmosférica a água ferve a temperaturas mais baixas e os vapores formados ficam alojados nas cavidades. Em seguida, conduzidas pela própria corrente líquida ou pelo movimento do órgão propulsor atingem regiões de elevada pressão, processando-se o colapso das bolhas , com a condensação do vapor e o retorno ao estado líquido.

BOMBAS HIDRÁULICAS

O Fenômeno da Cavitação

BOMBAS HIDRÁULICAS


Esse fenômeno provoca corrosão nas tubulações, rotor e registros, além de barulho semelhante a marteladas. Com o mesmo ocorre a queda de rendimento da bomba, marcha irregular, trepidação e vibração, ruídos e redução da vida útil do equipamento.

Na prevenção da mesma deve-se observar a NPSH (Net Positive Suction Head), a qual se trata da altura positiva líquida de sucção.

NPSH requerido é uma característica hidráulica da bomba, fornecida pelo fabricante.NPSH disponível é uma característica da instalação de sucção.

BOMBAS HIDRÁULICAS


O NPSH disponível que pode ser calculado pela equação:

NPSHdisponível = Hatm hGS – Hvap - hfs

Onde:Hatm - altura correspondente a pressão atmosférica local ( 10,33mca)hGS - altura geométrica de sucção (se a bomba for afogada a parcela da altura geométrica é positiva)Hvap - altura devida a pressão de vapor da água ( 0,236m a 20°C)hfs - perda de carga na sucção.

Para que uma bomba funcione bem, é preciso que: NPSHdisponível NPSHrequerido

BOMBAS HIDRÁULICAS


Fator de Cavitação ou fator Thoma:

= Hatm hGS – Hvap

Hman

Onde:Hatm - altura correspondente a pressão atmosférica local ( 10,33mca)hGS - altura geométrica de sucção (se a bomba for afogada a parcela da altura geométrica é positiva)Hvap - altura devida a pressão de vapor da água ( 0,236m a 20°C)Hman – altura manométrica

BOMBAS HIDRÁULICAS


Velocidade específica:

Representa a rotação da bomba modelo, trabalhando com vazão e altura manométrica iguais à unidade. A velocidade específica de uma bomba é definida no ponto de eficiência máxima.

𝑛𝑠 =𝑛. 𝑄1/2

𝐻𝑚𝑎𝑛3/4

Onde:ns – velocidade específica ou número específico de rotações por minuto da bomba, rpmn – número de rotações da bomba por minuto, rpmQ – vazão bombeada,m³/sHman – altura manométrica da bomba, m

BOMBAS HIDRÁULICAS


BOMBAS HIDRÁULICAS


Thoma percebeu que existia ligação entre Ns e , apresentada no gráfico abaixo, o qual dá indicações sobre condições perigosas, em função da velocidade específica.

BOMBAS HIDRÁULICAS

Curvas Características das Bombas

Curvas características das bombas centrífugas – as bombas devem ser acionadas com o registro de recalque fechado, pois quando a vazão é nula a potência necessária ao acionamento é mínima.

BOMBAS HIDRÁULICAS


Curvas características das bombas axiais – as bombas devem ser acionadas com o registro de recalque totalmente aberto, pois nessa situação a potência de acionamento é mínima.

BOMBAS HIDRÁULICAS


Apresentar catálogo das bombas

BOMBAS HIDRÁULICAS

Curvas Características das Tubulações

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