UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS ESCOLA DE ENGENHARIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECNICA Avenida Antnio Carlos, 6627 Campus Pampulha.

CEP 31270-901 Belo Horizonte MG Brasil Tel. (31) 3409 5140 Fax (31) 3443 3783 - www.demec.ufmg.br

SISTEMAS DE UTILIDADES

Ar Comprimido

Bombeamento

Gerao de Vapor

Resfriamento de gua

Tubulaes

Ventilao

Professor Jos Flvio Marques FonsecaProfessor Jos Flvio Marques FonsecaProfessor Jos Flvio Marques FonsecaProfessor Jos Flvio Marques Fonseca

2002002002008888

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CAPTULO I AR COMPRIMIDO

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1 CONCEITUAO INTRODUTRIA

O ar comprimido uma forma de energia bastante difundida em instalaes industriais. uma mistura de gases e vapor de gua pesando 1,2927 kg/m3 na temperatura de 0C e presso 1,033 kgf / cm2. A equao fundamental de um gs perfeito : PV = mRT, onde:

kgm kgf

29,27 = 273 1,2927

10 1,0 1,033 ou

mTPV

4

=R

Conforme o fim a que se destinar, a qualidade do ar comprimido dever ser adequada por meio de filtros e secadores de umidade. Os seguintes conceitos so importantes:

1.1 PRESSO MANOMTRICA

a presso na qual o sistema de ar comprimido ir operar. indicada pelo ndice g, aps o dimensional, por exemplo 7,0 kgf / cm2 g.

1.2 PRESSO ABSOLUTA

a presso manomtrica acrescida da presso atmosfrica local.

1.3 PRESSO ATMOSFRICA (PB)

a soma da presso parcial de vapor (Pv) com a presso parcial de ar seco (Pa). Pb = Pv + Pa. 1.4 TEMPERATURA ABSOLUTA

definida como a temperatura lida em um termmetro convencional, adicionada de 273 quando referida a graus Celsius e 460 quando referida a graus Farenheit.

1.5 TEMPERATURA DE BULBO SECO DO AR (TBS) aquela registrada no termmetro de bulbo seco.

1.6 TEMPERATURA DE BULBO MIDO DO AR (TBU) aquela registrada no termmetro de bulbo mido.

1.7 UMIDADE ABSOLUTA DO AR (W)

a relao entre a presso parcial de vapor (Pv) e a presso parcial de ar seco (Pa), definida pela expresso: W = 0,622 x (Pv / Pa). Representa a razo entre a massa de vapor e a massa de ar seco.

1.8 UMIDADE RELATIVA DO AR (UR)

a relao entre a presso parcial de vapor (Pv) e a presso de saturao do vapor (Pg) mesma temperatura, definida pela expresso UR = Pv / Pg, sendo: Pv e Pg dados nas mesmas unidades.

1.9 CALOR ESPECFICO PRESSO CONSTANTE

O calor especifico de um gs (Cp) definido pela relao Cp = dh / dT, onde: h = entalpia e T = temperatura absoluta do gs. O valor do calor especfico do ar seco presso constante de 0,1321 kcal / kg. Engloba tanto o trabalho externo de expanso do gs quanto o trabalho interno de elevao de temperatura.

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1.10 CALOR ESPECIFICO A VOLUME CONSTANTE O calor especfico a volume constante dado pela expresso Cv = du / dT sendo u a energia interna do gs. No implica em realizao de trabalho externo (expanso) e, portanto ser apenas o trabalho interno de temperatura. Para o ar seco o valor de 0,0939 kcal / kg. Quando se comprime um gs pela lei geral dos gases PVn = K, se retirarmos do mesmo a energia de compresso, de modo que a temperatura se mantenha constante, ento a compresso ser chamada isotrmica e a equao ser PV = K, isto , n ser igual a 1. Por outro lado, quando se retm toda a energia proveniente da compresso, ou seja, no h troca de calor com o ambiente, a compresso ser adiabtica e n ser a relao entre os calores especficos presso e a volume constantes. Para os dados citados em 1.9 e 1.10,

teremos: 1,406 0,09390,1321

CC

nv

p=== que vlido para ar seco.

Normalmente usa-se o valor n = 1,4. A equao para as transformaes adiabticas ser: PV1,4=K

1.11 CAPACIDADE DE UM COMPRESSOR a quantidade de ar ou gs comprimido que ele capaz de produzir. expressa em metros cbicos por minuto (m3/min) presso e temperatura do ar de admisso (ar livre).

1.12 EFICINCIA VOLUMTRICA a relao existente entre a capacidade e o deslocamento, isto , o volume teoricamente deslocado pelo compressor.

1.13 COMPRESSO ISOTRMICA aquela que ocorre sem elevao da temperatura.

1.14 COMPRESSO ADIABTICA aquela que ocorre sem transferncia de calor, isto , a compresso se d em um ambiente com isolamento perfeito.

1.15 DESCARGA LIVRE EFETIVA Atente-se para o fato que muitos fornecedores especificam as vazes dos compressores no em relao presso de operao, mas referida condio normal. Esta vazo designada Descarga Livre Efetiva. No havendo indicao especfica contrria, considera-se como ar normal, aquele nas seguintes condies:

densidade 1,214 kg / m3 presso 1,033 kgf / cm2 temperatura 20 C umidade relativa 30%

1.16 AR LIVRE o ar nas condies atmosfricas do local de onde ser admitido no compressor. 1.17 AR COMPRIMIDO o ar nas condies supridas ao usurio.

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2 COMPRESSORES

2.1 CLASSIFICAO DE COMPRESSORES

A presso de ar, consideravelmente maior que a presso atmosfrica gerada por moto compressores alternativos ou rotativos. Nos Compressores Alternativos de mbolo, membrana simples ou duplo estgio o ar admitido em uma cmara de compresso. Por meio da reduo do volume til da cmara, processada pelo deslocamento da pea mvel, realiza-se a compresso.

Nos compressores rotativos, de palheta, engrenagem ou parafuso, o ar admitido em uma cmara onde um rotor em alta velocidade lhe comunica acelerao tangencial e, portanto energia. Esta energia cintica, por meio do difusor convertida em energia de presso.

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2.2 COMPRESSO ADIABTICA DO AR

Os compressores atuais apresentam uma compresso de ar que pode ser considerada aproximadamente adiabtica, pois o ciclo to rpido que praticamente no h troca de calor. O sistema de refrigerao, na realidade, faz com que a curva de compresso fique um pouco abaixo da curva de compresso adiabtica, mas por outro lado o aumento de presso necessrio para forar o ar atravs de vlvulas faz com que o trabalho realizado na compresso e descarga do ar seja muito prximo daquele calculado quando se assume ser a compresso adiabtica. O diagrama abaixo corresponde compresso adiabtica em um compressor de um estgio. A rea (ABV2V1A) sob a curva PV1,4 = K corresponde ao trabalho de compresso. A rea BCOV2B corresponde ao trabalho de descarga do ar e ao produto P2V2.

A rea DAV1OD corresponde ao trabalho realizado pela presso atmosfrica do ar de admisso sobre o pisto e ao produto P1V1. Adicionando os trabalhos de compresso e de descarga, diminuindo o trabalho da presso atmosfrica e dividindo o resultado por V1 (volume inicial), obtm-se a presso mdia no cilindro (Pm). Resolvendo e fazendo P2 / P1 = r, teremos:

1PP

P 1 - 1,4

1,4 =

1,411,4

1

21Pm ou

1

PP

P 3,5 = 0,285

1

21Pm ou [[[[ ]]]]1r P 3,5 = 0,2851 Pm ,

que a equao da presso mdia do ar em um compressor de um estgio.

A potncia de compresso ser expressa por: Pm x Q ou = 3,5 x P1 x [r0,285 1] x A x L x N, onde:

P1 = presso inicial (absoluta). A = rea do pisto. L = curso do pisto. N = freqncia (ciclos / s). Q = vazo em m3 / s

D

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Vejamos agora o que acontece quando fazemos a compresso em mltiplos estgios. Se considerarmos que entre cada um se faa um resfriamento, teremos o seguinte:

temperaturas finais mais baixas; potncia necessria para comprimir menores; parte da umidade contida no ar eliminada; eficincia volumtrica aumentada pela diminuio das perdas de expanso do ar residual.

Para se obter o consumo mnimo de energia de compresso, deve-se dividir o Trabalho de Compresso igualmente entre os vrios estgios e procurar obter um resfriamento at a temperatura inicial do estgio anterior. O diagrama usado para indicar uma compresso adiabtica em dois estgios combinado a um resfriamento intermedirio perfeito (inter cooling) tem a forma indicada na figura abaixo:

Aplicando a mesma frmula usada para compressores de um estgio, a cada estgio de uma compresso adiabtica combinada, teremos:

para 2 estgios

1r P 1 -1,4

1,42 = Pm 1,4 2

11,4

1 ou (((( ))))1r P 7 Pm 0,1431 ====

para 3 estgios

1r P 1 - 1,4

1,43 = Pm 1,4 3

11,4

1 ou (((( ))))1 r P 10,5 = Pm 0,09521

para 4 estgios

1r P 1 - 1,4

1,44 = m 1,4 4

11,4

1P ou (((( ))))1r P 14 = Pm 0,07141

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2.3 POTNCIA DE COMPRESSORES 2.3.1 COMPRESSORES ROTATIVOS

Considerando:

vazo do ar comprimido: 0,00833 m3 / s

presso baromtrica local: 1,00 kgf / cm2

presso do ar comprimido: 7,00 kgf / cm2 manomtrica ou 8,0 kgf/cm2 absoluto

Calcular a potencia para um compressor de 1 estgio e de 2 estgios.

Soluo: Sendo P1 / P2 = 8 vem :

Potncia requerida para compressor de 1 estgio

Em kgf.m / s: 3,5 x 104 x 1 x [80,285 1] x 0,00833 = 235,79

Em Hp: 235,79 x 1,3404 x 10-2 = 3,1

Em Kw: 3,1 x 0,746 = 2,3

Potncia requerida para compressor de 2 estgios.

Em kgf.m / s: 7 x 104 x 1 x [80,143 1] x 0,00833 = 201,93

Em Hp: 201,93 x 1,3404 x 10-2 = 2,70

Em Kw: 2,70 x 0,746 = 2,01

Notas: 1 - As potencias calculadas devero ser corrigidas em funo do rendimento do compressor na faixa de 75 a 85% para compressores alternativos. 2 - o ndice 104 est aplicado para transformar a presso expressa em Kgf/cm2 para Kgf/m2.

2.3.2 Potncia requerida para compressores rotativos

A potencia dos compressores rotativos poder ser estimada considerando-se que, para se comprimir 1,0 m3/min de ar atmosfrico at a presso de 7,0bar sero necessrios 7,46 Kw.

2.3.3 Custo energtico

Na hiptese do compressor de 15 m3/min operar 24 horas durante 30 dias e supondo o custo do Kw equivalente a R$ 0,12 ter-se- os custos:

Mensal: 15 x 24 x 30 x 7,46 x 0,12 = R$ 9.668,16 Anual: R$ 9.668,16 x 12 = R$ 116.017,92

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2.4 RESFRIAMENTO DE COMPRESSORES

Considerando:

vazo de ar comprimido: 1,065 m3 / min temperatura do ar comprimido (quente) (t q a r ): 70C temperatura do ar livre (frio) (t f a r ): 35C temperatura de entrada da gua no after cooler (t f g u a ): 25C temperatura de sada da gua do after cooler (t q g u a ): 30C vazo da gua de resfriamento (estimado): 2,50x10 3 m3/min T da gua de resfriamento: 5C

Verificar a vazo da gua de resfriamento.

Soluo

O balano trmico a ser calculado pode considerar as propriedades do ar comprimido e da gua determinadas na temperatura mdia.

Determinao das massas de ar e gua

.

m ar =1,065 x 1,0877 = 1,158 kg/min .

m gua=2,50 x 10-3 x 997,3 = 2,49 kg/min

Balano trmico .

m ar x cp ar x Tar = .

m gua x cp gua x Tgua

1,158 x 1,040 x ( 70 35 ) = 2,49 x 4,179 x ( tq gua 25) tq gua = 29,0 oC

Concluso

Como o valor calculado da temperatura da gua quente na sada do after cooler (tq gua) determina o T de 4,0 oC, prximo ao estimado, podemos manter a vazo.

Temperatura mdia do ar: (70 + 35) / 2 = 52,5 oC

Temperatura mdia da gua: (30 + 25) / 2 = 27,5 oC

ar =1,0877 kg / m3

Cpar = 1,040 kj / kg x oC

gua =997,3 kg / m3

Cp gua = 4,179 kj / kg x oC

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3 UMIDADE DO AR - CONDENSADO Para se definir o volume condensado, calcula-se a massa de vapor no ar nas condies de admisso e a massa de vapor no ar nas condies de descarga. A diferena entre a massa de vapor no ar de admisso e a massa de vapor no ar nas condies da descarga, ser o volume condensado.

3.1 CLCULO DO CONDENSADO - Exemplo Numrico Considerando:

na aspirao do compressor

vazo aspirada: umidade relativa: temperatura do ar: presso baromtrica:

70 Nm3/ h 60% 34C 0,960 kgf / cm2

na descarga do compressor

temperatura do ar, aps after cooler presso de descarga

: 50C : 8,5 kgf / cm2g

Calcular a vazo de condensado

Soluo. Da tabela de vapor saturado tiramos: Pg a 34C = 0,054 kgf / cm2

Na aspirao Pv: 0,6 x 0,054 = 0,0324 kgf / cm2 Pa: 0,960 - 0,0324 = 0,9276 kgf / cm2 W: 0,622 x (0,0324 / 0,9276) = 0,0217 kggua / kgar seco

Clculo da massa de ar seco aspirada pelo compressor

T R VP

ma

aar =

& hora

seco ar de kg

P T T RT VP P

moa

ooaar ====

& , onde:

Pa : presso parcial do ar seco Po : presso baromtrica normal Vo : vazo normal aspirada Ra : constante do ar T : temperatura local do ar em K To : temperatura normal em K P : Presso baromtrica local

( )( ) 87,120,9602733427329,27

1,0333427370100,9276m

4

ar =+

+=& kgar/ h. O ndice 104 corrige a presso para kgf / m2.

Massa de gua aspirada pelo compressor: 1,89 = 87,12 0,0217 mgua =& kggua / h

Aps a compresso, (o ar est saturado a 50C e 8,5 kgf / cm2 ) Pg = Pv = 0,1258 kgf / cm2 Pt : 8,5 + 0,960 kgf / cm2 = 9,46 kgf / cm2. Pa : 9,46 - 0,1258 = 9,3342 kgf / cm2. W : 0,622 x ( 0,1258 / 9,3342 ) = 0,0084 kggua / kgar seco

Sero condensados: 0,0217 - 0,0084 = 0,0133 kggua / kgar seco

Clculo da massa de gua condensada 87,12 x 0,0133 = 1,158 kggua / h ou 1,89 ( 0,0084 x 87,12 ) = 1,16 kggua / h

Vazo de gua de compensao Massa de ar suprida 87,12 (1,89 1,16) = 86,39 Kga / h Taxa de reduo 87,12 100

86,39 X X = 99,16 100 99,16 = 0,84% Massa Adicional 87,12 x 1,084 = 94,43 kg / h Vazo ( 94,43 x 29,27 x 273 x 0,970 ) 0,9276 x 104 x 1,033 = 75,8 Nm3 / h

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3.2 Dispositivos de drenagem.

Purgador de boia

Descrio Funcional

A gua entra no purgador pela passagem A. A tela B protege o mecanismo do dreno automtico contra partculas em suspenso. A gua, acumulada no reservatrio, aciona a bia C que comanda a abertura do dreno, permitindo que a presso do ar comprimido expulse a gua do reservatrio. Eliminada a gua, a bia desce e a vlvula se fecha.

Separadores de Umidades

Descrio Funcional

O ar, em alta velocidade e contendo partculas de condensado em suspenso, entra no separador pela conexo, e imediatamente sua velocidade bastante diminuda, sendo obrigado a fazer uma mudana de direo. Devido sua baixa inrcia, o ar muda facilmente de direo, porm as partculas de condensado no tem a mesma facilidade, indo chocar-se contra o defletor, percolando no mesmo. Estas gotculas formaro gotas maiores que, por gravidade, escorrem pela placa defletora, encaminhando-se para a conexo de drenagem. O ar, isento de umidade encaminha-se para a conexo de sada

Diagrama de montagem do separador

Legenda 1- separador de umidade 2- vlvula de esfera 3- filtro Y 4- purgador

.

Item Qtde. Descrio Material Especificao 1 1 Corpo Ao carbono ASTM-A 106 gr. B sch.80 2 1 Defletor Ao carbono ASTM-A 285 gr. C 3 2 Flanges Ao carbono ASTM-A 181 gr. I 4 2 Tubos Ao carbono ASTM-A 53 sch. 80 5 1 Bujo Ao carbono ASTM-A 105 6 2 Torrisfricos Ao carbono ASTM-A 285 gr. C

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4 SECADORES DE AR

4.1 TIPO: FRIGORFICO

O Secador frogorfico composto basicamente por dois trocadores de calor, o primeiro ar / ar o segundo ar / refrigerante. A secagem do ar processa-se quando o ar mido e quente vindo do compressor admitido no secador, passando pelo trocador ar/ar onde resfriado pelo ar frio e seco que sai do secador. A seguir o fluxo de ar comprimido parcialmente resfriado admitido no trocador ar/ fluido frigorfico , onde resfriado ao ponto de saturao. Ocorre ento a condensao e conseqente eliminao do fluxo condensado por meio de purgadores. Nesta condio, isento de umidade o ar frio e seco ento readmitido no trocador de calor ar /ar, onde aquecido pelo ar quente e mido que entra no secador, e ento descarregado ao consumo.

FLUXOGRAMA DE ENGENHARIA DO SECADOR FRIGORFICO

01 unidade frigorfica hermtica. 02 - separador de leo 03 condensador 04 tanque de lquido 05 vlvula.solenide compensadora de capacidade 06 - vlvula expanso termosttica 07 trocador ar / refrigerante 08 trocador ar / ar 09 purgador 10 descarga condensado 11 manmetro de alta 12 pressostato diferencial 13 manmetro de baixa 14 termmetro 15 - termostato

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4.2 SELEO E ESPECIFICAO DO SECADOR FRIGORFICO

A seleo visa encontrar um valor de vazo expresso em normais metros cbicos por hora com o qual ser selecionado o modelo do fabricante escolhido. Exemplificaremos para o caso da Dominick Hunter, considerando as condies:

Ar Comprimido mido

Ar (Local)

Como as condies do projeto no so do tipo PADRO, (presso do ar 7,0 kgf/cm2, temperatura do ar mido 38C, temperatura ambiente +35 C ), faz-se a correo:

C = f ( P ) X f ( Tf ) x f ( Ta ) x V, onde:

C capacidade tabelada (em m3/h ou pcm) V vazo do ar comprimido a ser tratado (em m3/h ou pcm ) P presso do ar comprimido ao entrar no secador (bar g) 4 5 6 7 8 10 f (P) fator de correo de presso 1,15 1,08 1,04 1.00 0,97 0,93 Tf temperatura do ar comprimido ao entrar no secador (oC) 30 35 38 40 45 50 f (Tf ) fator de correo de temperatura 0,90 0,96 1,00 1,08 1.28 1.52 Ta temperatura do ambiente onde ser instalado o secador (oC) 25 28 30 35 38 40 f (Ta) fator de correo da temperatura do ambiente 0,88 0,92 0,94 1,00 1.04 1.06

Para as condies citadas e considerando os fatores de correo, ser especificado o modelo 1150, com 12 HP e P = 0,71 bar pois, C = 0,97 x 0,96 x 0,92 x 4700 = 4026 Nm3 / h

Modelo 005 009 012 021 035 045 060 080 115 140 190 260 380 470 570 750 1150

Capacidade m3/h 20 30 40 75 125 160 215 290 410 500 680 950 1370 1700 2000 2740 4150

P bar 0,11 0.11 0.11 0.11 0.21 0.20 0.21 0.21 0.21 0.21 0.21 0.21 0.21 0.21 0.21 0.21 0.21

Potncia HP 0.17 0.50 0.50 0.75 0.75 0.75 1.00 1.00 1.50 2.50 2.50 2.50 5.00 6.00 6.00 10.00 12.00

4.2.1 Vazo de condensado no secador frigorfico - Exemplo numrico

A massa de gua condensada neste secador, se o fluxo de ar comprimido nele chegando estiver nas condies do ar citado no exemplo do Item 3.1, ser:

Pg = Pv = 0,007193 kgf / cm2 Pt : 8,5 + 0,960 kgf / cm2 Pa : 9,46 - 0,007193 = 9,4528 kgf / cm2. W : 0,622 x ( 0,007193 / 9,4528 ) = 0,004732 kggua / kgar seco sero condensados: 0,0084 - 0,004732 = 0,003668 kggua / kgar seco

Massa de gua condensada: 87,12 x 0,003668 = 0,319 kggua / hora Nota: considerou-se que aps o secador, (o ar est saturado a +2C e 8,5 kgf / cm2 ).

Vazo de ar mido 4700 Nm3/h Presso do ar mido 8,0 kgf/cm2g Temperatura do ar mido 35C

Umidade relativa 60% Temperatura de bulbo mido 22C Temperatura de bulbo seco 28C

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4.3 TIPO: POR ADSORO

Normalmente constitudo por duas colunas de secagem (uma em stand-by) filtros para reteno de partculas e leo e um aquecedor de ar, como indicado no diagrama abaixo:

Descrio funcional: Fase 1 - Secagem e Purificao do ar. O filtro de ar mido e eventualmente contaminado admitido no filtro de entrada (FE) ocorrendo a reteno de partculas e de leo. O condensado formado eliminado pelo purgador. O fluxo de ar nesta condio admitido na coluna de adsoro onde se processa a secagem e ento liberado ao usurio. Fase 2 - Reativao da coluna saturada Aps a saturao do material adsorvente, o ar desviado para a outra coluna de secagem para manter a continuidade do tratamento. Inicia-se a reativao da coluna saturada processado o aquecimento: 5 a 6% do ar seco e puro aquecido, flui atravs da coluna saturada em sentido contrrio ao de operao, arrastando a gua adsorvida e ento liberado para a atmosfera. processado o resfriamento: o aquecedor desligado e o ar continua fluindo frio, atravs da coluna. Face ento a pressurizao: a vlvula de descarga do ar de reativao bloqueada e a coluna se pressuriza com vazo pequena de ar evitando flutuao do leito de material adsorvente, quando da colocao em operao.

Dados Funcionais: Ciclo completo de funcionamento: 16,00 horas Operao contnua at a saturao: 8,00 horas. Reativao (aquecimento): 6,50 horas. Resfriamento: 1,00 hora

Pressurizao: 0,5 hora.

FE filtro de entrada

CS coluna de secagem

FS filtro de sada

AQ aquecedor eltrico P _ purgador automtico

TI indicador de temperatura

PI indicador de presso

TSH controlador de temperatura

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5 RESERVATRIOS DE AR

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5.1 DIMENSIONAMENTO VOLUMETRICO DE RESERVATRIOS

Pode ser feito por dois critrios em funo da vazo (Q) aspirada pelo compressor.

Primeiro: sugerido para reservatrios destinados regularizao da intermitncia do fluxo descarregado pelo compressor, e aplicando-se a expresso Q 5 =V , onde: Q - vazo aspirada em m3/min.

Segundo mais usual e conduzido a volumes menores, aplicando-se a expresso 3 Q V = , onde: Q - vazo aspirada em m3/h.

Se o reservatrio visa garantir o suprimento de ar sem o fluxo de abastecimento, funcionando como um acumulador, o dimensionamento volumtrico ser feito em funo da autonomia desejada por ciclos de operao, como exemplificado.

5.2 DIMENSIONAMENTO VOLUMTRICO DE ACUMULADORES

Calcular o volume de um acumulador para atender s seguintes condies: temperatura: 20 C consumo por ciclo: 5,41 Nm3 / ciclo presso mxima operacional: 9,0 kgf / cm2 (manomtrico) presso mnima operacional: 7,0 kgf / cm2 (manomtrico) nmero de ciclos requerido: 2

SEQNCIA DE CLCULO arbitrar o volume geomtrico do acumulador; calcular o volume normal correspondente presso mxima; deduzir o volume do primeiro ciclo; calcular a presso residual e compar-la com a condio requerida.

- Volume do reservatrio: 7,5 m3

- Volume normal : 3Nm 73,03 =V 20) + (273

7,5 1,03) + (9 =

20) + (273 V1,03

- Volume residual aps o 1 ciclo : 73,03 - 5,41 = 67,62 Nm3.

- Presso residual aps 1 ciclo:

20) + (2737,5 1P

=

20) + (27367,62 1,03 P1 = 9,28 abs(8,25 kgf/cm2g)

Este valor maior que o mnimo operacional com o que se conclui ser o volume arbitrado suficiente para um ciclo. Repete-se a mesma seqncia para verificar o atendimento ao 2o ciclo.

- Volume residual aps 2 ciclo: 67,62 - 5,41 = 62,21 Nm3.

- Presso residual aps 2 ciclo: 20) + (273

7,5 P =

20) + (27362,21 1,03 2

P2 = 8,54 abs(7,51 kgf/cm2g) Esta presso sendo (maior que a mnima operacional) demonstra que o volume arbitrado atende aos 2 ciclos.

Nota: Para o dimensionamento estrutural ver pgina 194.

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6 SISTEMAS DE TRATAMENTO DE AR COMPRIMIDO (QUALIDADE DO AR)

A qualidade do ar comprimido definida pela norma ISO 8573 nas classes: 1.1.1, 1.2.1, 1.3.1, 1.4.1, 1.7.1, 2.1.1, 2.2.1, 2.3.1. A qualidade de cada classe e os componentes necessrios esto indicados no esquema abaixo.

6.1 APLICAES

1 - Uso geral, proteo localizada de vlvulas, cilindros, sopragem, pintura, ferramentas pneumticas, automao e jateamento. 2- Recomendado para os setores, automobilstico, plstico, txtil, papel e celulose, mecnico e metalrgico. 3 - Garante qualidade similar ao anterior, porm com eliminao de odores e um menor residual de leo, importante nas seguintes aplicaes: gerao de O2 e N2, indstrias alimentcias, qumicas e farmacuticas. 4 - Utilizado quando o ar comprimido entra em contato com produtos higroscpicos (cimento, leite em p, resinas, liofilizados, pastilhas efervescentes, etc.), devido ao risco de absoro do vapor de gua ou quando submetido a baixas temperaturas; devido ao risco de congelamento do vapor de gua. 5 - A combinao de um baixssimo ponto de orvalho com reteno mxima de particulados fundamental em aplicaes como a fabricao de fibras ticas, circuitos integrados, compact discs, semicondutores, na instrumentao.

1) Classe ISO 8573 1.7.1, Reteno 0,01 m Ponto de Orvalho 30 a 45 oC Residual de leo 0,01 mg/m

2) Classe ISO 8573 1.4.1, Reteno 0,01 m Ponto de Orvalho 3 oC Residual de leo 0,01 mg/m

3) Classe ISO 8573 1.4.1, Reteno 0,01 m Ponto de Orvalho 3 oC Residual de leo 0,03 mg/m

4) Classe ISO 8573 2.2.1, Reteno 1,0 m Ponto de Orvalho -40 oC Residual de leo 0,001 mg/m

4) Classe ISO 8573 2.3.1, Reteno 1,0 m Ponto de Orvalho -20 oC Residual de leo 0,001 mg/m

4) Classe ISO 8573 2.1.1, Reteno 1,0 m Ponto de Orvalho -70 oC Residual de leo 0,001 mg/m

5) Classe ISO 8573 1.3.1, Reteno 0,01 m Ponto de Orvalho -20 oC Residual de leo 0,001 mg/m 5) Classe ISO 8573 1.2.1, Reteno 0,01 m Ponto de Orvalho -40 oC Residual de leo 0,001 mg/m 5) Classe ISO 8573 1.1.1, Reteno 0,01 m Ponto de Orvalho -70 oC Residual de leo 0,001 mg/m

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6.2 FILTROS DE AR

Os filtros convencionais trabalham pelo sistema de malha (tela de nylon ou bronze sinterizado), semelhante a uma peneira. Este sistema apresenta como problemas: - rpida obstruo. - granulometria de 5, 10, 25, 50 e 100 mcrons. - impossibilidade de reteno de pequenas partculas. - ineficiente para eliminao de condensado e aerossis de gua e leo.

Os filtros coalescentes apresentam um sistema de filtrao totalmente diferenciado. Estes filtros utilizam elementos de microfibra de boro silicato de densidade graduada, dispostas aleatoriamente formando um labirinto, permitindo porm, a permanncia de vazios, que tem a funo de garantir baixa resistncia ao fluxo e impedir a rpida obstruo do elemento. A palavra coalescente (aplicada para filtragem de ar) se refere a um processo em regime permanente de aerossis de lquidos submicrmicos e, que so aglomerados em gotas maiores, atravs de coliso e aderncia com a microfibra de boro silicato. Alm destes filtros permitirem a reteno de partculas muito menores, da ordem de 0,01 mcron, pelo mesmo mtodo conseguem reter condensado e aerossis de gua e leo.

COMPONENTES DO FILTRO COALESCENTE

Invlucro

em ao inoxidvel com mostrador para verificao do funcionamento e nveis concebido segundo aprovao TUV para temperaturas at 70oC e presso classe 16; ligaes flangeadas ou roscadas, em conformidade com a norma ANSI ;

Elemento filtrante.

dois revestimentos em ao inoxidvel prova de choque mantm o pr-filtro e o meio filtrante em posio; a cobertura de espuma elimina a possibilidade de passagem de lquidos para o ar filtrado; os tampos das extremidades encontram-se firmemente fixos ao revestimento interno, por meio de resina epxi; cada elemento incorpora 02 O ring

Legenda:

1. camada externa do filtro; 2. revestimento em ao inoxidvel; 3. primeira camada: pr-filtro; 4. segunda camada: meio filtrante em rede de microfibras sem aglutinantes; 5. vedante.

6.2.1 Perda de Carga em Filtros Coalescentes (elemento em operao):

Reteno at 1,0 m Perda de 0.14 bar Reteno at 0,01m Perda de 0.20 bar Reteno at 0,001m Perda de 0.30 bar

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6.2.2 Filtros de Ar Capacidade

Filtros para remoo partculas, leo, gua e odores

Capacidade a 7 Kgf /cm2

Dimenses em mm Elemento

filtrante Carcaa tamanho

Nm3 / h SCFM

Conexes rosca BSP

A B C D

Peso

Kg Tipo Qte.

0009 90 54 3/8 275 70 180 150 1,5 03/10 1 0012 120 72 335 80 235 200 1,6 04/20 1 0027 270 162 1 415 105 295 255 2,2 05/25 1 0048 480 288 1 580 150 405 345 5 07/30 1 0072 720 432 2 580 150 405 345 6 10/30 1 0108 1080 648 2 1016 200 901 450 28 15/30 1 0144 1440 864 2 1016 200 901 580 33 20/30 1 0192 1920 1152 3 1316 200 1191 850 40 30/30 1 0288 2880 1728 3 1351 260 1206 850 54 30/50 1

Notas: Filtros tamanhos 0009 0072 carcaa em alumnio contendo purgador automtico tipo

bia e manmetro diferencial. Filtros tamanhos 0108 0288 carcaa em ao carbono contendo purgador automtico

tipo termodinmico e manmetro diferencial. Disponveis para presses at 16 bar e temperatura at 70C.

Filtros esterilizantes

Capacidade a 7 Kgf /cm2

Dimenses em mm Elemento

filtrante Carcaa tamanho

Nm3 / h SCFM

Conexes rosca BSP

A B C D

Peso

Kg Tipo Qte.

0009 90 54 3/8 216 110 55 80 1,8 03/10 1 0012 120 72 244 180 55 110 2,2 04/20 1 0027 270 162 1 297 125 74 135 3,0 05/25 1 0048 480 288 1 370 160 81 185 4,9 07/30 1 0072 720 432 2 452 160 81 260 5,8 10/30 1 0108 1080 648 2 579 170 81 390 6,7 15/30 1 0144 1440 864 2 752 200 110 515 18 20/30 1 0192 1920 1152 3 1005 200 110 770 20 30/30 1 0288 2880 1728 3 1034 240 125 770 21 30/50 1

Notas: Carcaa: totalmente em ao inox Disponvel para presses at 16 bar.

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7 PROJETO

7.1 GERAL

O projeto de um sistema de ar comprimido contempla duas reas: a de produo e a de distribuio do ar. Em ambas h de se definir os equipamentos componentes, a partir do que ser possvel especificar os materiais aplicveis, de forma que o usurio do ar comprimido, de acordo com suas necessidades possa ser plenamente atendido. Na produo de ar comprimido considera-se os equipamentos: Moto-Compressores, Reservatrios (vertical/horizontal), Filtro de Admisso, Secadores de Ar, Resfriadores. Na distribuio do ar comprimido considera-se: Tubos, Conexes (tee, curva, reduo, flange), Filtros, Vlvulas de linha e direcionais, Mangueiras, Lubrificadores / Reguladores, Cilindros, Instrumentos de Controle e Indicao.

7.2 TRAADO DAS REDES DE DISTRIBUIO

Para um bom projeto de sistema de distribuio, o traado da rede dever obedecer a um planejamento, como mostrado a seguir:

marcar em planta os pontos de utilizao, indicando o consumo, presso, temperatura, natureza do ar requerido e simultaneidade de operao;

escolher o local da casa de compressores que, na medida do possvel, dever ficar no centro geomtrico dos consumos; contudo, na maioria dos casos esta centralizao no vivel por interferncias diversas;

implantar a rede de distribuio. marcar em planta as posies das vlvulas de shut-off de linha, manmetros,

lubrificadores e acessrios em geral; prever declividade na linha de forma a permitir o escoamento do condensado; no caso de

redes niveladas, prever dispositivos de drenagem que iro coletar o fluxo condensado. implantar nos pontos baixos, os purgadores e instalar dispositivos de drenagem nos

trechos de transio de elevaes e nos horizontais, a cada 40 metros; fazer a tomada de ar para o consumo pela parte superior da rede de alimentao; verificar a necessidade ou no de se instalar junto ao ponto de consumo, filtros

lubrificadores e reguladores de presso; verificar a necessidade de amortecedores de vibraes e conexes rotativas; identificar as redes e cada componente em conformidade com o programa; identificar os suportes e indicar os espaamentos entre os suportes; concentrar os bocais dos reservatrios de ar em setores angulares para viabilizar a

instalao de escada e bocas de visita.

7.3 SIMBOLOGIA

Na elaborao do projeto h de se considerar uma simbologia que represente os componentes envolvidos na gerao, distribuio, armazenagem e distribuio do ar comprimido, bem como equipamentos e vlvulas direcionais, vlvulas de bloqueio, vlvulas de regulagem, cilindros e reservatrios.

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SIMBOLOGIA PARA DESENHOS DE FLUXOGRAMAS

21

7.4 FLUXOGRAMA DE ENGENHARIA

Central de gerao com secador de adsoro

Central de gerao com secador frigorfico

22

7.4.1 Fluxograma de engenharia Sistema Usurio

23

7.4.2 Casa de Mquinas

24

7.4.3 Isomtrico Geral

25

7.4.4 Isomtrico de rede

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7.5 COMPONENTES DAS REDES DE DISTRIBUIO

Vlvula Gaveta - Permite uma passagem do fluxo totalmente livre. Deve ser instalada para condies operacionais ON-OFF.

Vlvula Esfera - um tipo alternativo da vlvula gaveta.

Vlvula Globo - Indicada para controle de vazo do fluido.

Vlvula de Reteno - Retm o refluxo.

Vlvula de Segurana - um dispositivo de alvio de presso caracterizado pela abertura total e imediata.

Vlvula de Alvio - Idntica de segurana, porm a abertura proporcional presso.

Vlvula Direcional de 2 Vias - Possui duas posies, permitindo ou no passagem de ar.

Vlvula Direcional de 3 Vias - Possui uma entrada de ar, uma sada e um escape para atmosfera. Nota: estas vlvulas para serem acionadas, requerem um atuador mecnico, eltrico ou

pneumtico

Purgador (Item 3.2)- Para drenagem do condensado formado, apontamos o purgador tipo bia. O condensado admitido no corpo do purgador pela conexo de entrada e acumula no fundo forando a bia no sentido ascendente com o que ocorre a abertura de descarga. Uma vez descarregado o condensado, o purgador tende a ficar pressurizado bloqueando o fluxo do condensado. Para eliminar tal bloqueio previsto uma conexo de equilbrio que deve ser ligada rede.

Lubrificador - Possibilita ajustar a vazo de leo lubrificante conforme requerido pelo equipamento a ser lubrificado possibilitando ainda suspender momentaneamente o fluxo lubrificante para recarga de leo, sem interrupo do fluxo de ar.

Cilindro (ver Item 8.2) - Pode ser de simples ao quando desenvolve fora apenas em uma direo; quando a fora desenvolvida tanto no avano como no retorno o cilindro dito de dupla ao. Podem ser de eixo simples ou passante com ou sem regulagem de curso e com ou sem tubo de parada.

Filtros (ver Item 6.2)- Geralmente processam a separao das impurezas pela ao de fora centrfuga, partculas maiores e pela passagem do ar em um elemento filtrante. Podem ainda ser previstos para remoo de leo e de vapores ou odores de hidrocarbonetos associados claro, ao sistema de ar comprimido.

Mangueira - Emprega-se normalmente um dos tipos construtivos: borracha sinttica com reforo de tranado txtil e cobertura de borracha sinttica; borracha sinttica com tranado interno de fio txtil, reforo com tranado de ao e cobertura txtil impregnado com borracha sinttica.

Nota: os terminais da mangueira podero ser fixos ou giratrios, reusveis ou no.

Tubos - Normalmente de ao carbono preto ou galvanizado sem costura, ou de cobre.,

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7.6 ESPECIFICAO DE MATERIAIS

FLUIDO: Ar Comprimido NORMA BSICA: ANSI B31.3 TEMPERATURA (C): 65

CLASSE: 150 AQUECIMENTO: NO PRESSO (MPA): 1.05 CORROSO: 1.27mm ISOLAMENTO:NO

DIMETRO NOMINAL - mm ITEM CARACTERSTICA

15 a 50 65 a 250 300 a 600 650 a 1200 > 1200

DIMENSIONAL NBR 5587

ESPESSURA CLASSE R CLASSE N

ACABAMENTO PRETO OU GALV.

MATERIAL NBR 5590 GR A ou B

EXTREMIDADES PLANA BISELADA

TUBO

FABRICAO COM COSTURA DIMENSIONAL NBR 6943 ABNT PB 157

ESPESSURA CLASSE 10 IGUAL A DO TUBO

ACABAMENTO PRETO

MATERIAL NBR 6590 ASTM A 234 WPB NBR 5590 (1)

CONEXES

EXTREMIDADES ROSCA NBR 6414 BISELADA

DIMENSIONAL ANSI B 16.5 (2) CLASSE CL 150

TIPO/FACE SOBREPOSTO COM RESSALTO FLANGE

MATERIAL ASTM A 105 GR B

CORPO NBR 6314 ASTM A 216 GR WCB

INTERNOS AO INOX EXTREMIDADES ROSCA NBR 6414 FLANGE ANSI B 16.5

GERAL

CLASSE PN 16 CL 150

CASTELO CPPU PARAFUSADO AO CORPO

HASTE HARI HARE

V G A DIMENSIONAL NBR 8465 ABNT EB 141 / I

TIPO DE CORPO TRIPARTIDO BIPARTIDO

DIMENSIONAL NBR 10284 ABNT EB 141 / II V E S

VEDAO PTFE DIMENSIONAL

B L O Q U E I O V

B L VEDAO

-

-

CASTELO CPPU PARAFUSADO AO CORPO

HASTE HARI HARE

CON

TR.

V G L

DIMENSIONAL NBR 8466 ABNT EB 141 / V

TIPO PORTINHOLA

DIMENSIONAL

V L V U L A

V R E

TAMPA

TIPO MQUINA ANSI B 18.2.1/2 SEXTAVADA SRIE PESADA MATERIAL ASTM A 307 GR B

ROSCA ANSI B 1.1

PARAFUSOS E

PORCAS ACABAMENTO GALVANIZADO

TIPO PR CORTADA PARA FLANGE COM RESSALTO JUNTA

MATERIAL PAPELO HIDRULICO NBR 5893 ESPESSURA: 1,6 mm

NOTAS 1 CONEXES GOMADAS FABRICADAS DE TUBO OU CHAPA SOLDADOS. 3 FLANGES DN

28

8 PARMETROS DIMENSIONAIS

Velocidades (de escoamento nas tubulaes): admisso 5 a 6 m/s distribuio principal 6 a 8 m/s distribuio secundria 8 a 10 m/s mangueiras 15 a 30 m/s

Perda de carga - Entre o ponto de referncia e o ponto mais afastado: 0,30 kgf/cm2.

Vazamento - Mximo de 10% da vazo mxima simultnea.

Caimento - 0,5% a 1,0%.

8.1 CONSUMO DE FERRAMENTAS PNEUMTICAS (valores em m3 / min referidos a 7,0 kgf / cm2 e 20C segundo Atlas Copco)

Tipo Consumo Mnimo Consumo Mximo soprador 0,65 1,95 secador 0,30 0,60 rebarbador 0,37 0,74 bico de Limpeza 0,50 0,50 esmerilhadeira 0,50 0,50 furadeira 0,30 0,40 rosqueadeira 0,90 1,10 rebitador 0,34 1,30 chave de impacto 0,25 0,34 pistola de pintura 0,50 1,55 jato de areia 1,55 1,55 8.2 CONSUMO DE CILINDROS PNEUMTICOS

Dimetro Consumo de ar em dm3 por ciclo (Avano e Retorno) por milmetro de cursos sob vrias presses(em Kgf/cm)Cilindro haste 1.5 4.0 7.0 10.0 12.0 15.0 18.0 21.0 1 5/8 0,005 0,010 0,016 0,022 0,026 0,032 0,038 0,044 2 5/8 0,009 0,019 0,030 0,041 0,049 0,060 0,071 0,082 2 5/8' 0,015 0,031 0,049 0,067 0,080 0,098 0,116 0,135

1 0,025 0,050 0,081 0,111 0,132 0,162 0,192 0,223 3 1 3/8 0,024 0,048 0,077 0,105 0,125 0,154 0,193 0,212 1 0,039 0,078 0,125 0,172 0,203 0,250 0,297 0.344 4 1 3/8 0,039 0,078 0,125 0,172 0,203 0,250 0,297 0.332 1 0,062 0,124 0,198 0,272 0,322 0,396 0,470 0.544 5 1 3/8 0,061 0,121 0,194 0,267 0,315 0,388 0,461 0,533 1 3/8 0,089 0.177 0,284 0,390 0,461 0.568 0,674 0.781 6 1 0,087 0,174 0,279 0,384 0,453 0,558 0,562 0,767 1 3/8 0,159 0,318 0,510 0,701 0,829 1,020 1,211 1,402 8 1 0,158 0,316 0,506 0,696 0,822 1,012 1,201 1,391 1 0,249 0,498 0,797 1,096 1,295 1,594 10 2 0,248 0,496 0,794 1,092 1,290 1,588 2 0,359 0,719 1,150 1,581 1,869 2,300 12 2 0,359 0,719 1,150 1,581 1,869 2,300

8.3 FORA EXERCIDA PELOS CILINDROS PNEUMTICOS Fora em Kgf no avano sob vrias presses

Kgf/cm 1.4 2.8 4.2 5.6 7.0 8.4 9.8 11.2 12.6 14.0 15.4 16.8 18.2 19.6 21.0 Dimetro Cilindro

Psi 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 1 16 32 48 64 80 96 112 128 144 160 176 192 208 224 240 2 28 56 84 112 140 166 196 224 252 280 308 336 364 392 420 2 44 88 132 176 220 264 308 352 396 440 484 528 572 616 660 3 75 150 225 300 375 450 525 600 675 750 825 900 975 1050 1125 4 113 226 339 452 565 678 791 904 1017 1130 1243 1356 1469 1582 1695 5 179 358 537 716 895 1074 1253 1432 1611 1790 1969 2148 2327 2506 2685 6 255 510 765 1020 1275 1530 1785 2040 2295 2550 2805 3060 3315 3570 3825 8 454 1908 1362 1816 2270 2724 3178 3632 4086 4540 4994 5448 5902 6356 6810 10 709 1418 2127 2836 3545 4254 4963 5672 6381 7090 7799 8508 12 1021 2042 3063 4084 5105 6126 7147 8168 9189 10210 11231 12252

29

8.4 FLUXOGRAMA PNEUMTICO ( CILINDROS / VLVULAS DIRECPIONAIS )

8.4.1 Clculo da vazo de ar para acionamentos de cilindros - Exemplo numrico

Determinar a vazo de ar comprimido em m3/h, para suprir o consumo de ar comprimido de um cilindro de 2 com haste de 5/8, necessria para promover um deslocamento de 10cm (5+5) em 30s. Considerar a presso na entrada do cilindro equivalente a 4,0bar.

Soluo: - pela tabela 8.2 consumo unitrio = 0,031 dm3/mm - consumo total 0,031 x 100 = 3,1 Litros

- vazo 100030360013

, = 0,372 m3/h a 4,0 bar

30

8.5 FOLHA DE DADOS CILINDROS PNEUMTICOS

ITEM DESCRIO ESPECIFICADO 1 Cilindro pneumtico: 6 Garfo ponteira fmea 1 pea

Fabricante de Referncia : Parker Rosca 16unf: 3/4" Cdigo de referncia: 3520M0510-137-0450 Material: ao Local: Silo de Bolas SI-144A-9507 Cdigo de referncia: 3520-0020 Servio: Acionamento da comporta Fabricante: Parker Modelo: Informar Pino com anis elstico p/ garfo: 1 pea Item: Informar Material: ao TAG: CP-144A-9507 Cdigo de referncia: 3520.3346 D

ESCR

IO

Quantidade: 1 pea

ARTI

CULA

O

Fabricante: Parker 2 Perodo de trabalho 24 h/dia ; 365 dias/ano

Ciclo de trabalho: a cada 10 minutos Servio (pesado; mdio; leve): Pesado Ambiente (poeirento; mido; corrosivo): Poeirento / mido Fluido ar comprimido filtrado e lubr. Temperatura ambiente: 10 a 40 C Temperatura de trabalho: -10 a 80 C Altitude: 840 m Fora desenvolvida (avano/retorno): 445 / 427 kgf Presso de servio: 3,60 kgf/cm Presso de projeto: 10 kgf/cm

CON

DI

A

DE

OPE

RA

O

Curso: 450 mm 3 Tipo de cilindro: Dupla ao

Dimetro do cilindro: 5 Extremidade da haste: Rosca externa 3/4 16-UNF-2 A Dimetro da haste: 1 Curso mximo : 450 mm Tipo de fixao: Munho central Conexes : 1/2 NPT Materiais: camisa Alumnio / Lato cabeote Alumnio / Ferro f. haste Ao inox. mancal da haste Bronze mbolo Alumnio / Ferro guarnies Buna-N Proteo para a haste (sanfona): Sim Material da sanfona : Neoprene Cdigo da sanfona: 1923-211X fabricante: Paker Ao: Ar para abrir e fechar Posio de Falha eltrica: Fechado

CAR

ATE

RIS

TICA

S CO

NST

RUT

IVA

S

Posio de Falta de Ar: manter fechado 4 Vlvula direcionadora com Solenide simples: Sim

Tipo : 5 vias Alimentao eltrica: 120V CA - 10%, 60Hz Conexo eltrica : 3/4 NPT. Invlucro ( IEC / 44 ) : IP65 Conexo pneumtica : 1/2 NPT. Presso do ar de suprimento: 5,0 kgf/ cm Filtro regulador e lubrificador de linha Sim Sensores magntico para indicao do posicionamento: Sim Placa de identificao: Sim Material da placa: Ao Inox

ACE

SSO

RIO

S

Caracteres: Em baixo relevo 5 Espiges serrilhados roscado : 1/2" NPT

quantidade 4 peas Niples duplos roscado: 1/2" NPT Quantidade: 2 peas Mangueira de borracha com uma trama de rayon: 10 kgf/cm Quantidade: 4 peas Braadeira em Ao inox: rosca sem fim CO

NEX

ES

Quantidade: : 4 peas 6 Vlvulas reguladoras de vazo - ref. 3250: corpo lato - C vedao em buna-N. Quantidade : 2 peas

Silenciadores : tipo / material simples /alumnio Dimetro: compatvel com a vlv. direcional

7

Quantidade: 2 peas

31

P presso absoluta de projeto em kgf /cm2 Pn presso absoluta normal em kgf / cm2 T temperatura de projeto em K Tn temperatura normal em K Q vazo de projeto em m3/min Qn vazo normal em Nm3/min

Q vazo de projeto em m3 / h V velocidade em m / s dn dimetro nominal em polegada

di dimetro interno em metros a coeficiente em metros

ar

peso especfico em kg / m3 T temperatura em F P presso de escoamento em polegadas de Hg

Q vazo de projeto em m3/h. L comprimento virtual do trecho em metros ( ver Item 9.1.1)

ar peso especfico do ar em kg/m3 na presso de escoamento di dimetro interno em metros a coeficiente de tubo conforme abaixo P perda em kgf / m2.

V velocidade em m/s Q vazo em m3/h di dimetro interno em metros

9 DIMENSIONAMENTO DE REDES

Considerando a possibilidade da rede de distribuio operar com fluxos em condies de presso e/ou temperatura distintos, h de se promover a correspondncia destes parametros s normais, para que seja vivel a soma destes fluxos. 9.1 SEQNCIA DE CLCULO

determinar a vazo em Nm3 / min corrigir a vazo normal para as condies de projeto determinar a velocidade de escoamento, limitada a 20m/s calcular o dimetro verificar a velocidade calcular a perda

Correo de vazo normal s condies do projeto

n

nn

TQ P

TQ P

=

, onde:

Clculo do dimetro

2,54100

3600 v Q 4

nd

====

pi, onde:

Verificao da velocidade

2id 3600

Q 4 =V

pi, onde:

Clculo do coeficiente a.

id0,00001294

+ 0,000507 =a , onde:

Clculo do peso especfico do ar na presso do escoamento

16,02 P T + 460

1,327

ar =

, onde:

Clculo da perda de carga

P = 25

i

2

3600 dar

L Q a 3,25

, onde:

Lembrar que: 1,0 kgf/cm2 = 29,04 polegadas de Hg, C x 1,8 + 32 = F

32

9.1.1 COMPRIMENTOS EQUIVALENTES DAS CONEXES

Nota: o comprimento virtual obtido somando-se ao comprimento real do trecho o comprimento equivalente correspondente s conexes, vlvulas e acessrios.

33

9.2 CLCULO DE DIMETRO E PERDA DE CARGA - Exemplo Numrico

Considerando: vazo normal: 210 Nm3 / h presso de escoamento: 7,0 kgf /cm2 velocidade de escoamento: 8,0 m / s temperatura de escoamento: 20C ( 68 F) comprimento: 100 m (considerado virtual) altitude: nvel do mar (P = 1,03 kgf/cm2 = 760 mmHg)

Calcular: dimetro e a perda de carga.

9.2.1 Soluo

Considerando as condies normais Pn = 1,03 kgf/cm2 e Tn = 15 C teremos

vazo corrigida 27,3 15)+ (273 7,0) + (1,0320) + (273 1,03 210

: Q =

m3/ h

dimetro nominal: "1,3 2,54100

3600 8 pi27,3 4

nd =

:

verificao da velocidade 6,69 0,0381 3600

27,3 4 :V 2 =pi

m / s

clculo do ar ( presso de escoamento)

68 + 4601,327

: ar x 29,04 x 7 x 16,02 = 8,18 kg / m3

Nota: o fator 29,04 corrige a presso em kgf/cm2 para polegada de Hg

clculo do coeficiente a.

m 0,0008464 0,0381

0,00001294 + 0,000507 : a =

clculo da perda de carga

2cmkgf163102m / kgf 1631 = 2360050,03818,18 100 227,3 0,0008464 3,25

: p /,=

Como o valor nominal 1,3 no comercial, adotar 1 1/2 e recalcular a velocidade em funo do novo dimetro interno, neste caso 0,0381 m, considerando a parede do tubo Sch 80.

34

CAPTULO II BOMBEAMENTO

35

1 CONCEITUAO INTRODUTRIA

razovel afirmar que todo sistema de bombeamento disponha de uma casa de mquinas, destinada a abrigar os conjuntos moto bombas requeridos para os fins operacionais do processo, acrescidos de pelo menos um conjunto como reserva, alm dos quadros de comando e controle eltrico. O tanque de acumulao do fluido a ser bombeado, independentemente de sua geometria, deve ser projetado de modo que a lmina lquida fique a mais estvel possvel, sem agitao, o que poder causar entrada de ar na suco da bomba. Dever dispor de controles para quatro nveis operacionais: muito alto, alto, baixo e muito baixo.

Bombas Escorvadas e Bombas no Escorvadas

Um sistema de bombeamento contempla necessariamente duas redes: a de suco que interliga o tanque de acumulao do fluido com a conexo de entrada na bomba, e a de recalque que conecta a descarga da bomba ao usurio do fluido bombeado. Temos ento dois referenciais: o primeiro que o nvel da lmina do fluido (NF) e o segundo que o nvel do eixo da bomba. Fazendo este nvel igual zero, diremos que a bomba estar Escorvada (afogada) sempre que o NF for positivo, isto , se o nvel do fluido estiver acima do eixo da bomba. Ser no Escorvada em caso contrrio.

Referenciais para Projeto

Nos casos em que a bomba for instalada na condio de no escorvada, a tubulao de suco dever ser projetada com caimento no sentido da bomba para o tanque, a fim de evitar a formao de bolhas. Dever tambm dispor de uma tubulao derivada da rede de recalque e equipada com vlvula de bloqueio manual, para escorva da bomba quando necessrio. Se o bombeamento requerer mais de um conjunto moto bomba, cada um deles dever ser previsto com suco independente. Cada rede de suco, por sua vez, dever conter no ponto de tomada do fluido, um conjunto de vlvula de p com crivo, e na conexo de entrada da bomba, uma reduo excntrica e um amortecedor de vibrao.

Consideraes

Referentes s tubulaes de suco:

evitar pontos altos para no formar bolhas; ter a menor perda de carga possvel (usar dimetro maior que o do bocal de suco); utilizar filtros e quando houver suco dupla, os ramais devem ser exatamente simtricos; observar para que o peso da tubulao no fique sobre a bomba; instalar vacumetros.

Referentes s tubulaes de recalque:

atentar que a geometria da tubulao tem pouca influncia no funcionamento da bomba; instalar manmetros antes das vlvulas de bloqueio; observar que o peso da tubulao no fique sobre a bomba.

Referentes aos sistemas com fluidos aquecidos:

adotar dispositivos de aquecimento para o conjunto moto bomba em standy-by quando a operao ocorrer em temperatura > 100oC.

36

2 CASA DE BOMBAS

2.1 ARRANJO SUGERIDO PARA CASA DE BOMBAS NO ESCORVADAS

37

2.2 ARRANJO SUGERIDO PARA CASA DE BOMBAS ESCORVADAS

38

3 FLUXOGRAMA DE ENGENHARIA

39

4 TIPOS DE BOMBA

As bombas podem ser classificadas em:

Volumtricas (tambm chamadas de deslocamento positivo) quando o elemento propulsor do fluido, instalado no interior de uma cavidade interligando as redes de suco e recalque, provocar um deslocamento do fluido na mesma velocidade, direo e sentido do elemento propelente. Turbo bombas (tambm chamadas de hidrodinmicas) quando o deslocamento de fluido e decorrente da ao centrifuga imposta pelo giro deste rgo propulsor.

Como exemplos construtivos destas bombas, podemos citar:

- bombas volumtricas: - de diafragma (alternativa) - de engrenagem (rotativa) - de parafuso (fuso) (rotativa) - de rolo (rotativa) - peristltica (rotativa)

- turbo bombas: - centrfuga (rotativa) - axial (rotativa)

Se desejarmos um quadro comparativo que sugira a aplicabilidade de um ou outro tipo, podermos considerar o que se segue:

Tipo

Turbo Bomba Bombas Volumtricas

Parmetro

Centrifuga Axial Rotativa Alternativa

Altura de suco (usual)

em metros 4,50 4,50 6,50 6,50

Fluidos operveis

limpos ou abrasivos

limpos ou abrasivos

viscosos e no abrasivos

limpos e puros

Presso produzida baixa a alta baixa a alta mdia muito alta

Vazo recalcada alta muito alta mdia pequena

Se a presso demandada aumentar

a vazo decresce decresce no altera no altera

Se a presso demandada aumentar

a potncia decresce decresce cresce cresce

40

4.1 BOMBAS VOLUMTRICAS

Bomba de Engrenagem Bomba de rolo

Bomba de Fuso Bomba peristltica

4.1.2 Vlvulas requeridas na montagem de bombas volumtricas

Vlvula de alvio na tubulao de recalque.

Aplicao: transferncia de fluidos com at 22.000 cP leos lubrificantes, combustveis e vegetais, adesivos. Aditivos, poliois, solventes, melao e glicose.

Aplicao: transferncia de fermentos, leveduras, cremes, xampus, detergentes, xaropes, mel, massa de carne, iogurtes, requeijo.

Aplicao: Lubrificao de motores de turbinas a gs e vapor, de redutores de velocidade, de grandes bombas centrfugas. Transferncia, carga e descarga de leos lubrificantes,leos combustveis, petrleo, produtos qumicos em refinarias; Alimentao de queimadores, selagem, circuitos hidrulicos

Aplicao: transferncias de lodos, polpas ou borras, terras diatomceas: Dosagem de aditivos viscosos, com slidos ou com tendncia a liberar gases.

41

4.2 TURBO BOMBAS

Bombas Centrfugas

Bomba centrifuga on line

Horizontal Vertical

Bomba axial

4.2.1 Vlvulas requeridas na montagem de turbo bombas.

Vlvula de reteno na suco e vlvula de bloqueio na suco e na descarga.

42

4.3 FOLHA DE DADOS DE TURBO BOMBAS (Centrifugas e Axiais)

1 Identificao (TAG) : Quantidade : 13 Motor eltrico 2 Fabricante : Fabricante:. Tipo/modelo :

3 Tipo/Modelo : Potncia.(HP): Rotao (rpm): 4 Aplicao : Circuito Volts/ciclos/fases: Carcaa.:

5 Servio : Local : Fator de Servio : Forma construtiva.:

6 Peso motor (kgf): Bomba (kgf):

Aci

on

ado

r

Proteo IP : Prova de exploso

7 Desenho n.: 14 Curva proposta

8 Normas aplicveis : Rotao (rpm) : NPSH req.(mca) 9 Lquido : PH Rendimento (%) nominal Corrigido :

Temperatura de bombeamento - TB (C) B.H.P. Hidrulico : Proj.: Vapor TB : Rotao vista do lado do acoplamento: Horrio. Anti-Horrio.

Presso (kgf/cm2) Suco: Descarga: Vazo mnima (m3/h): Diferencial: Local da instalao Interna Externa

Vazo TB (m3/h) Normal: Projeto: Dim. do rotor (mm): min.: proj.: max. Altura. Manomtrica . (mca): Max. rotor de projeto: Servio : Contnuo Intermitente NPSH disponvel (mca):

Perfo

rman

ce

BHP: mximo com rotor de projeto: Viscosidade TB (cp) : Peso especif.ico (kg/m3) : 15 Carcaa/Tampa: Co

ndi

o

de

O

pera

o

Corroso/eroso por : Partculas susp (ppm): Rotor: 10

Montagem: Horizontal Vertical Centerline Inline Eixo: Bucha do eixo

Bipartida : Radialmente Axialmente Anis de desgaste:

Voluta : Simples Dupla Junta da carcaa:

Dreno : Sim No Dimetro (mm): Mancais: inferior e intermedirio. : Conexo suco : Rosca Flange Dim. (mm):

Mat

eria

is

Base bomba/motor:

Conexo recalque : Rosca Flange Dim. (mm): 16 Profundidade do poo/tanque (m) : Flanges : FF RF Roscas : NPT BSP Submergncia mnima requer. (m) : Rotor : Aberto Vortex Fechado Colunas : Flangeadas Roscadas

Montagem do rotor : Ponta do eixo Entre rolamento Fechada lubrificao leo Aberta

Tipo de rolamento : Radial Axial Fechada lubrificao gua

Lubrificao. dos mancais : leo graxa Dimetro (mm) coluna : Eixo da coluna : Direto Polias (correias) Cabeote tipo : Acoplamento Marca: Modelo: Placa de fundao : Sim No

Con

stru

o

Protetor : Sim No Empuxo (kg) : Para cima : Para baixo : 11 Caixa da gaxeta D.I.(mm): D.E.(mm): Comp.(mm): Mancal de escora na bomba Sim No

Tipo: Tipo :

Gaxeta Fabricante: Ajuste (m) : Tamanho / n de anis: Coluna/eixo :

Tipo / cdigo: Mancal : Bomba : Coluna :

Selo mecnico Fabricante: Tanque :

Modelo: Cdigo API:

Bo

mba

s A

xia

is

Mat

eria

is

Cabeote : Ralo :

Sede tipo: 17 Bomba

Lubrificao : Liquido prprio Fonte externa Hidrosttico Sim No Testemunhado

Veda

o

do

ei

xo

/

enga

xet

amen

to

Lubrificao conforme API - 610 - Plano N Performance Sim No Testemunhado

12 Refrigerao / Aquecimento Desmontagem (aps teste) Sim No

gua (m3/h) entrada sada

NPSH requerido Sim No Testemunhado

Carcaa Motor Eltrico:

Tampa traseira .

Caixa dos mancais

Test

es

Notas:

43

4.4 FOLHA DE DADOS - BOMBAS VOLUMTRICAS (Peristlticas)

AFOGADA NO AFOGADA

1) Comprimento da Linha de Suco: ______ m Comprimento da Linha de Descarga:_______m

2) Dimetro da Linha de Suco:_________mm Dimetro da Linha de Descarga________mm

3) Acessrios nas Linhas de Suco e Descarga :

3.1) Curva 90 Suco (____) Descarga (____) Curva 45 Suco (____) Descarga (____)

3.2) TEE Suco (______) Descarga (______)

3.3) Filtros Suco (______) Descarga (______)

3.4) Vlvulas Suco (______) Tipos de Vlvulas:________________________________

3.5) Vlvulas Descarga (_____) Tipos de Vlvulas:________________________________

4) Fluido: ________________ Densidade:_____________Kg/m3 Viscosidade:__________Cp

4.1) Caractersticas: Abrasivo Corrosivo Pastoso/Gelatinoso Temperatura fluido:__C

4.2) Temperatura Ambiente: __C Slidos ___ % Tamanho mximo dos slidos:_____mm

5) Vazo: Fixa = _______ l/h ou Varivel Mx.: = _______l/h Mn.: = ___________l/h

6) Operao: Contnua Intermitente:

7) Utilizao: Para Transferncia Para Dosagem

8) Acionamento: Motoredutor: Monofsico Trifsico

9) Acionamento : Com inversor ( faixa de variao 1 : 4 ) Sem inversor de freqncia

10) Tenso: 110 v 220 v 380 v 440 v

11) Freqncia : 50 Hz 60 Hz

12) Motor a prova de exploso proteo IP

44

5 PROCEDIMENTOS PARA PARTIDA E PARADA DE BOMBAS

5.1 Partida

Verificar se a bomba est escorvada.

Fechar o registro de recalque (no caso da bomba ser do tipo centrfuga) at que a rotao nominal seja alcanada. Ao abri-lo, faa-o lenta e gradualmente.

Verificar a intensidade do gotejamento do fluido pelo preme-gaxeta, quando aplicvel.

Proceder a leitura do manmetro, do vacumetro, do ampermetro, e do voltmetro, verificando os parmetros de conformidade, nos termos da norma API 10.

5.2 Parada

Fechar lenta e gradualmente o registro de recalque, no caso de bomba centrfuga.

5.3 Problemas operacionais

Na operao de um sistema de bombeamento, problemas com a no obteno dos valores previstos de presso e vazo, perda do fluxo recalcado e at mesmo queima do motor eltrico podem ocorrer. Considere o quadro seguinte com citaes de causas que podem provocar estes defeitos.

defeito: perda de recalque

causas

entrada de ar na suco ou no corpo da bomba; entupimento do rotor ou da vlvula de p; travamento das vlvulas de p (na rede de suco), de bloqueio ou de reteno (na rede de recalque); rotao inferior nominal; sentido da rotao do motor invertida; altura de suco e/ou altura manomtrica no conforme com a nominal.

defeito: alterao na vazo recalcada

causas

entrada de ar na suco ou no corpo da bomba; entupimento parcial do rotor ou da vlvula de p; rotao inferior nominal; alterao da altura manomtrica em relao nominal.

defeito: presso do recalque no atingida

causas entrada de ar na suco ou no corpo da bomba; rotor desgastado / ou com dimetro inferior ao nominal; rotao inferior nominal.

defeito: motor superaquece ou queima

causas

rel trmico de proteo mal regulado ou com defeito; sob tenso provocado por falta de fase; altura manomtrica inferior nominal; defeito mecnico (principalmente empeno do eixo).

Nota: caso as condies de vazo / presso no sejam constantes aconselha-se a utilizao de motores com fator de servio.

45

6 CURVAS CARACTERSTICAS

Estas curvas se destinam a representar em um par de coordenadas cartesianas onde o eixo das abscissas e o das ordenadas ao receberem os parmetros especficos, por exemplo, vazo/presso, potncia/vazo, rendimento/vazo, traduzem a condio operacional da bomba. Destas curvas, sem dvida a mais relevante a curva vazo/presso ou H/Q.

6.1 CURVA H/Q PARA BOMBA VOLUMTRICA.

Como a vazo teoricamente independe da presso, a curva se resume numa reta paralela ao eixo das presses:

6.2 CURVA H/Q PARA TURBO BOMBA.

Neste caso a funo matemtica geradora da curva a equao de Euler, que resulta a forma seguinte:

No entanto para se ter condies de interpretao da condio operacional da turbo bomba segundo o plano H/Q, indispensvel que se lance no mesmo plano H / Q a curva caracterstica do sistema de bombeamento, que uma parbola definida pela equao de Bernoulli. Plotando as duas curvas, ter-se- o Ponto de Trabalho da bomba.

46

6.3 CURVAS CARACTERSTICAS DE BOMBAS CENTRIFUGAS (3500 RPM)

Dados vlidos para densidade de 1 kg/ dm3 e viscosidade cinemtica at 20 mm/s. Tolerncia de performance conforme ISO 9906.

47

6.4 CURVAS DE TORQUE PARA TURBO BOMBAS

O torque (MR) expresso em Kgf x m de uma turbo bomba determinado em funo da potncia e da rotao, pela expresso: MR = (5250 x HP rpm) x 0,141. Para se obter a curva de torque a partir do instante 0 at a rotao nominal, h de se considerar a Constante do conjunto moto bomba (KI), que relaciona a variao da rotao da bomba com a variao do torque. Esta constante dada pela expresso: KI = (450 x g x HR x Q) (I x MR x rpm2), onde: g acelerao da gravidade em m/s2

HR altura total de recalque em mca Q vazo em m3 / h I momento de inrcia das partes girantes em kgf / m2 MR torque em kgf / m rpm nmero de rotaes por minuto

Obtida esta constante a partir do torque mximo os valores de torque intermedirios sero definidos em funo da rotao, fazendo: MR = (450 x g x HR x Q) (I x KI x rpm2). Desta forma, no par de eixos Torque x Rotao ser traada a curva.

6.5 POTNCIA REQUERIDA (BHP)

definida pela expresso N = ( x Q x Hman) ( x 74,6) onde : N potncia em Hp peso especfico em Kg / m3 Q vazo em m3/s rendimento Hman altura manomtrica em metros de coluna de fluido

7 SELEAO DE BOMBAS

7.1 Bombas peristlticas

1 - Vazo/Rotao (a vazo necessria indica a rotao) 2 - Presso de descarga 3 - Potncia requerida pelo motor 4 -Temperatura do produto 5 - Presso de descarga 6 - Velocidade mxima recomendada

48

7.2 SELEO DE BOMBAS CENTRIFUGAS Campo de aplicao 60 HZ

49

8 ASSOCIAO DE BOMBAS

8.1 EM PARALELO

Em instalaes de bombeamento promove-se a associao em paralelo de duas ou mais bombas, para se obter um incremento de vazo, correspondente somatria das vazes das bombas associadas. Para se traar a curva correspondente associao de duas ou mais bombas em paralelo, basta marcar o dobro (o triplo ou o valor do somatrio das vazes das bombas) para cada altura. As duas bombas funcionando em paralelo, reproduziro o ponto P2, interseo da curva caracterstica das bombas com a curva caracterstica do sistema, fornecendo a altura manomtrica total H2 e vazo Q2. A bomba isolada trabalhar com a altura manomtrica H1 e vazo Q1. Como Q1> Q2 e H1

50

8.3 CURVA DO SISTEMA

A curva do sistema, ser traada aplicando-se a expresso H = K x Q2 onde K constante da rede, H perda de carga na rede e Q vazo circulada, sendo K obtido a partir da perda de carga calculada conforme indicado no Item 12.3. Supondo Q1 = 150m3/h e H1 = 60 mca, ento K = 60 1502 = 2,66 x 10-3 Como a curva requer um mnimo de trs pontos, teremos:

para Q2 = 200m3/h H = 2,66 x 10-3 x 2002 = 106,4m. para Q3 = 100 m3/g H = 2,66 x 10-3 x 1002 = 26,6m Logo a Curva do sistema para este caso ser

9 MANOBRA DE VLVULAS PARA ASSOCIAO DE BOMBAS

Recalque

Posio das vlvulas

Em paralelo: 3, 4, 9, 10 Fechadas 1,2, 5,6,7,8,11,12,13 Abertas 14 Regulada para o P

Em srie ( B2 com B1): 2, 3, 10, 11 Fechadas 1,4,5,6,7,8,9,12,13,14 Abertas

Em srie ( B1 com B2): 1 ,4, 9,12 Fechadas 2, 3,5,6,7,8,10,11,13,14 Abertas

51

10 GRANDEZAS CARACTERSTICAS

Ao se projetar o sistema de bombeamento h de se considerar grandezas de caractersticas estticas e dinmicas.

10.1 GRANDEZAS ESTTICAS.

Altura Esttica de Aspirao: ha

a diferena entre o nvel do eixo da bomba e o nvel da superfcie livre fluido no tanque de acumulao. Este valor deve ser comparado com o da Altura Esttica Mxima de Aspirao (AMS), suportado pelo conjunto moto bomba.

Altura Esttica de Recalque: hr

a diferena entre o nvel onde o fluido liberado pela rede de recalque, e o nvel do eixo da bomba. Aqui tambm convm sugerir que esta rede de recalque em sua extremidade de transbordo, fique sempre protegida pelo fluido recalcado. Com isto fica assegurada a no entrada de ar nesta tubulao.

Altura Esttica de Elevao: he

a diferena de cotas entre o nvel do fluido no tanque de acumulao e o nvel em que o fluido descarregado. Assim he = ha + hr

52

10.2 GRANDEZAS DINMICAS

Altura Total de Aspirao: Ha

a diferena da presso atmosfrica local e a presso na suco da bomba, obtida pela equao:

Ja2gVhaHa

2++= , onde:

ha altura esttica de aspirao Ja perda de carga no trecho de aspirao V2

/ 2g energia cintica cedida ao fluido V velocidade do fluido g acelerao da gravidade local

Altura Total de Recalque: Hr

a diferena entre a presso na sada da bomba e a atmosfrica, obtida pela equao:

Hr = hr + Jr, onde:

hr altura esttica de recalque Jr perda de carga no trecho de recalque

Altura Manomtrica: Hman

a soma das alturas totais de aspirao e de recalque.

Hman = Ha + Hr

Hman = 2gVJrJahe

2

+++ , onde:

he altura esttica de aspirao Ja perda de carga no trecho de aspirao

53

11 CAVITAO

A cavitao um fenmeno hidrulico que ocorre quando a presso absoluta no rotor da bomba atinge um valor que coincide com a presso de vapor do lquido na temperatura, iniciando o processo de vaporizao do mesmo. importante conhecer o valor do diferencial entre a Energia Total e a Presso de Vapor do lquido na temperatura em que o mesmo estiver sendo bombeado. Esta grandeza que representa a disponibilidade energtica com a qual o fluido chega ao rotor, chama-se NPSH, Net Positive Suction Head. A energia hidrulica total caracterstica do arranjo construtivo da suco designada por NPSHdisponvel e aquela com a qual o fluido admitido no rotor da bomba designada por NPSHrequerido.

11.1 CLCULO NPSHd, NPSHr, AMS Exemplo Numrico

Considerando: vazo Q 0,04 m3 / s altura manomtrica Hman 20 mcf temperatura do fluido T 63 C presso de vapor a 60 C hv 0,231 kgf / cm2 peso especifico do fluido 983 kgf / m3 rotao da bomba n 1150 rpm perda de carga na suco 1,30 mcf (assumido) velocidade de escoamento v 1,50 m / s (recomendado) presso atmosfrica local Pb 0,980 kgf / cm2 altura esttica de aspirao ha 0,70 mcf (referente ao nvel mximo) fator de Cavitao Fc 0,0011 (vide quadro referencial) montagem da bomba no escorvada tipo da bomba centrfuga acelerao da gravidade g 9,81 m/s2

Converso 0,231 kgf / cm2 x 10.000 / 983 kgf / m3 = 2,35 mcf 0,980 kgf / cm2 x 10.000 / 983 kgf / m3 = 9,97 mcf

Clculo do NPSH disponvel ( em funo do arranjo construtivo local )

NPSHd: Pb [(ha + P + hv + v2 / 2g)] = 9,97[(0,7 + 1,30 + 2,35) + (1,52 / 2 x 9,81)]=5,51 mcf

Clculo do NPSH requerido ( em funo da bomba selecionada ) NPSHr = Fc x ( n x Q 4 3H ) 4/3 x H = 0,0011 x (1150 x 040, 4 320 )4/3 x 20 = 1,55 mcf

Fc = 0,0011 para bombas centrifugas Referenciais para o fator de cavitao (Fc) Fc = 0,0013 para bombas helicoidais Fc = 0,0014 para bombas axiais

Clculo da altura mxima da suco (AMS) AMS = Pb (P + hv + (v2 29) + NPSHr) = 9,97-[1,30 + 2,35+(1,52/2x9,81)+1,54)]=4,67 mcf

Nota: Conforme as condies do fluxo de make-up, o nvel da superfcie livre do fluido pode variar em relao linha de centro da bomba. Neste contexto definem-se os nveis: muito alto, alto, baixo e muito baixo.

PARA NO OCORRER CAVITAO O NPSHdisponvel > NPSHrequerido.

54

12 COMPONENTES DA REDE

Todo e qualquer sistema de bombeamento, conforme visto na figura ao lado, contempla uma rede condutora do fluido bombeado, com os seguintes componentes principais:

TUBOS

As especificaes dos tubos, conexes e vlvulas so mostradas na tabela seguinte:

CONEXES curvas tes redues niples flanges luvas

VLVULAS

ACESSRIOS

55

12.1 ESPECIFICAO DE MATERIAIS. FLUIDO: GUA NORMA BSICA: ANSI B31.3

TEMPERATURA(C): 65 CLASSE: 150 AQUECIMENTO: NO

PRESSO (MPA): 1.05 CORROSO:1.27mm ISOLAMENTO: NO

DIMETRO NOMINAL - mm ITEM CARACTERSTICA

15 a 50 65 a 250 300 a 600 650 a 1200 > 1200

DIMENSIONAL NBR 5587 AWWA C 201

ESPESSURA CLASSE R CLASSE N 9.5 mm (1) ACABAMENTO PRETO OU GALV. PRETO

MATERIAL NBR 5590 GR A ou B ASTM A 134

EXTREMIDADES ROSCA NBR 6414 BISELADA

TUBO

FABRICAO COM COSTURA DIMENSIONAL NBR 6943 ABNT PB 157 AWWA C 208

ESPESSURA CLASSE 10 IGUAL A DO TUBO

ACABAMENTO GALVANIZADO PRETO

MATERIAL NBR 6590 ASTM A 234 WPB NBR 5590 (2) ASTM A 134 (2) CONEXES

EXTREMIDADES ROSCA NBR 6414 BISELADA

DIMENSIONAL ANSI B 16.5 (3) AWWA C 207 CLASSE CL 150 CLASSE D FLANGE

MATERIAL ASTM A 105 GR II ASTM A 283 GR C

CORPO NBR 6314 ASTM A 216 GR WCB

INTERNOS AO INOX EXTREMIDADES ROSCA NBR 6414 FLANGE ANSI B 16.5 FLANGE AWWA C 207

GERAL

CLASSE PN 16 CL 150 CLASSE D

CASTELO CPPU PARAFUSADO AO CORPO -

HASTE HARI HARE -

V G A DIMENSIONAL NBR 8465 ABNT EB 141 / I -

TIPO DE CORPO TRIPARTIDO BIPARTIDO -

DIMENSIONAL NBR 10284 ABNT EB 141 / II - V E S

VEDAO PTFE - DIMENSIONAL - AWWA C 504 CORPO CURTO

B L O Q U E I O V

B O VEDAO - BUNA N

CASTELO CPPU PARAFUSADO AO CORPO

HASTE HARI HARE

CONT

ROLE

V G L

DIMENSIONAL NBR 8466 ABNT EB 141 / V

TIPO PORTINHOLA DUPLA PORTINHOLA (4) DIMENSIONAL ABNT EB 141 / IV

V L V U L A

RET

EN

O V

R E

TAMPA PARAFUSADA

TIPO MQUINA ANSI B 18.2.1/2 SEXTAVADA SRIE PESADA MATERIAL ASTM A 307 GR B

ROSCA ANSI B 1.1

PARAFUSOS E

PORCAS ACABAMENTO GALVANIZADO

TIPO PR CORTADA PARA FLANGE COM RESSALTO MATERIAL PAPELO HIDRULICO NBR 5893 JUNTA ESPESSURA 1,6 mm

NOTAS: 1) CALCULADA CONFORME ANSI B 31.3. - 2) CONEXES GOMADAS FABRICADAS DE TUBO OU CHAPA SOLDADOS. - 3) FLANGES DN

56

13 DIMENSIONAMENTO - PERDA DE CARGA

13.1 SEQENCIAL DE CLCULO: arbitrar velocidade (na faixa de 0,5 a 3,00 m / s). calcular o dimetro nominal. escolher o dimetro nominal comercial. especificar o nmero de Schedule. verificar a espessura da parede. recalcular a velocidade, em funo do dimetro interno escolhido. definir viscosidade cinemtica do lquido na temperatura . calcular Reynolds. definir rugosidade relativa. calcular fator de frico. definir comprimento equivalente. calcular perda de carga.

Dimetro nominal da tubulao

dn= 2,54100

v

4Q

pi, onde:

Velocidade real de escoamento

v= 2id

Q4

pi , onde:

Espessura da parede do tubo

t= CY)PE2(S

dPh

e ++++++++

onde:

Nmero de Reynolds: Re = v x d i / , onde: = viscosidade cinemtica em m2/s

Fator de frico (f) (equao de Colebrook)

+

=

fR2,51

73dE

2logf

1

ei

q

,

, onde: Eq: rugosidade equivalente em mm

Perda de carga

O comprimento virtual ( L ) equivale a soma do comprimento real com o equivalente das conexes indicado na tabela pgina 60.

dn : dimetro nominal em polegadas Q : vazo em m3 / s v : velocidade em m / s

v : velocidade em m / s d i : dimetro interno em m

de: dimetro externo em cm Sh: tenso admissvel do material em kgf / cm2 P: presso interna de projeto em kgf / cm2 C: sobre espessura em cm E: eficincia de solda Y: coeficiente de reduo

f: fator de frico L: comprimento virtual em m d i : dimetro interno em m v : velocidade em m / s g : acelerao gravidade em m / s2 : peso especfico em kg / m3

=2gv

dLfH

2

i

, onde:

Esta frmula no deve ser aplicada quando: P / Sh > 0,385 e t > de / 6.

Este valor de velocidade deve variar na faixa de 0,50m / s a 3,0 m / s.

57

13.2 CONSIDERAES SOBRE A PERDA DE CARGA

Fator de fricof : pode tambm ser obtido pelo uso do diagrama de Moody, indicado na pgina 59, procedendo como indicado.

selecionar o nmero de Reynolds e a rugosidade relativa; seguir a curva de rugosidade relativa at encontrar a reta que passa pelo nmero de

Reynolds selecionado; ler a partir deste ponto, seguindo a horizontal o valor de f.

Rugosidade relativa E : O valor obtido dividindo-se a rugosidade equivalente Eq abaixo indicada, pelo dimetro interno di do tubo. Suponhamos por exemplo um tubo de ferro fundido de 10 (254 mm) de dimetro interno comeando a enferrujar Eq = 1,0mm. Logo, a rugosidade relativa ser 1 / 254 = 0,004.

material rugosidade equivalente Eq (mm) ao, revestimento asfalto quente 0,3 a 0,9 ao, revestimento esmalte centrifugado 0,01 a 0,06 ao enferrujado ligeiramente 0,15 a 0,30 ao muito enferrujado 0,9 a 2,4 ao comercial 0,06 cobre 0,007 ferro galvanizado novo 0,15 ferro fundido revestido com asfalto 0,12 a 0,20 ferro fundido com crostas 1,0 a 3,0 tubo plstico 0,006

Caso o dimetro calculado ultrapasse o limite superior da tabela de comprimentos equivalentes (pgina 60 Item 16 ) o nas conexes dever ser calculado pela expresso K x v2 / 2 x g, usando os valores de K indicados abaixo.

Componentes (conexes / vlvulas ). Valores de K

curva de raio longo de 90 0,25 a 0,40 curva de raio curto de 90 (cotovelo) 0,90 a 1,5 curva de 45o 0,20 cotovelo de 45o 0,40 curva de 22o 30 0,10 crivo de suco 0,75 alargamento (bocal) 0,30 (usar a velocidade maior) reduo gradual 0,15 vlvula gaveta aberta 0,20 vlvula globo aberta 10.00 vlvula angular aberta 5,00 juno 45o. 0,40 te, passagem estreita 0,60 te, sada lateral 1,30 te, sada bilateral 1,80 vlvula de reteno 2,50 vlvula de p 1,75

58

13.3 CLCULOS DIMENSIONAIS Exemplo Numrico

Considerando: vazo 1320 m3 / h velocidade 2,0 m / s tenso admissvel 1125 kgf / cm2 presso requerida 20 kgf / cm2 temperatura do fluido 20o C; viscosidade cinemtica 1,007 x 10-6 m2 / s; peso especifico do fluido 1000 kg / m3; comprimento linear 50 m; singularidades 01 vlvula gaveta / 02 te rendimento da bomba 92% rugosidade equivalente 0,2 mm rotao 1750 rpm

Soluo:

Dimetro nominal : 192,54100

360024x1320

====pi

. Adotado 18 (d i= 43,81, de = 45,7cm)

Velocidade real de escoamento: 36000,43811320/4 2 pi = 2,43 m / s

Espessura de parede : [{ 20 x 1,5 x 45,7 / [2 x (1125 x 1 + 20 x 1,5x0,4]}+C=0,6cm + C

Considerando para C o valor 2 mm, ento a espessura ser de 8 mm. Adotar a comercial de 9,53mm.

Nmero de Reynolds: v x di / = 2,43 x 0,438 / 1,007 x 10-6 = 1,057 x 10 6 Fator de frico : por Colebrook = 0,02

Perda de carga no tubo: 68710009,812

2,430,43850,000,02

2

=

kgf / m2 = 0,687mca

Perda de carga na vlvula:

0,2 x 2,432 / 2 x 9,81 = 0,06 mca Perda de carga no tee

: ( 0,6 x 2,432 / 2 x 9,81) x 2 = 0,36 mca Potncia: [1000 x 1320 x (200 + 0,687 + 0,06 + 0,36) (0,92 x 3600 x 74,6 )] = 1068,7 Hp Torque: (5250 x 1068 1750) x 0,47 x 0,30 = 451,76 Kgf x m 14 INSPEES DE RECEBIMENTO - MOTO-BOMBAS CENTRFUGAS

A aceitao das bombas passa pela conformidade dos parmetros conforme Norma API 10.

- presso de descarga ( pd ) + 2% - presso de suco ( ps ) + 3% - vazo ( q ) + 2% - rotao ( n ) + 3% - potncia requerida ( bhp ) + 1% - altura manomtrica no ponto de trabalho: ( Hman ) + 10% - altura manomtrica fora do ponto de trabalho se Hman < 150 mca + 5% se Hman > 150 mca + 3%

Ressalvas: os valores referenciais indicados so aplicveis no ponto de Trabalho da bomba, sem cavitao. Demais caractersticas conforme Folha de Dados pginas 42/43

Calcular: dimetro velocidade real espessura da parede Nmero de Reynolds fator de frico perda de carga potncia requerida torque

59

15 ABACO DE MOODY

60

16 COMPRIMENTOS EQUIVALENTES ( em metros de tubulao )

Dimetro

Curva 90

Raio longo

Flangeado

Curva 90

Raio mdio

Flangeado

Curva 90

Raio curto

Flangeado

Curva 45

Flangeado

Curva 90

R/D=1

Soldada

Curva 90

R/D=1

Soldada

Curva 45

Soldada

Te passagem

direta

Soldado

Te sada

de lado

Soldado

Te sada

bilateral

Soldado

mm Pol

13 1/2 0,3 0,4 0,5 0,2 0,2 0,3 0,2 0,3 1,0 1,0 19 3/4 0,4 0,6 0,7 0,3 0,3 0,4 0,2 0,4 1,4 1,4 25 1 0,5 0,7 0,8 0,4 0,3 0,5 0,2 0,5 1,7 1,7

32 1 1/4 0,7 0,9 1,1 0,5 0,4 0,6 0,3 0,7 2,3 2,3 38 1 1/2 0,9 1,1 1,3 0,6 0,5 0,7 0,3 0,9 2,8 2,8 50 2 1,1 1,4 1,7 0,8 0,6 0,9 0,4 1,1 3,5 3,5

63 2 1/2 1,3 1,7 2,0 0,9 0,8 1,0 0,5 1,3 4,3 4,3 75 3 1,6 2,1 2,5 1,2 1,0 1,3 0,6 1,6 5,2 5,2

100 4 2,1 2,8 3,4 1,5 1,3 1,6 0,7 2,1 6,7 6,7

125 5 2,7 3,7 4,2 1,9 1,6 2,1 0,9 2,7 8,4 8,4

150 6 3,4 4,3 4,9 2,3 1,9 2,5 1,1 3,4 10,0 10,0

200 8 4,3 5,5 6,4 3,0 2,4 3,3 1,5 4,3 13,0 13,0

250 10 5,5 6,7 7,9 3,8 3,0 4,1 1,8 5,5 16,0 16,0

300 12 6,1 7,9 9,5 4,6 3,6 4,6 2,2 6,1 19,0 19,0 350 14 7,3 9,5 10,5 5,3 4,4 5,4 2,5 7,3 22,0 22,0

Vlvula de Reteno

Dimetro Entrada

normal

Entrada de

borda

Sada da

canalizao

Vlvula

gaveta aberto

Vlvula globo

aberta

Vlvula angular

aberto

Vlvula de

p e crivo Tipo leve Tipo

Pesado

mm pol

13 1/2 0,2 0,4 0,4 0,1 4,9 2,6 3,6 1,1 1,6 19 3/4 0,2 0,5 0,5 0,1 6,7 3,6 5,6 1,6 2,4 25 1 0,3 0,7 0,7 0,2 8,2 4,6 7,3 2,1 3,2

32 1 1/4 0,4 0,9 0,9 0,2 11,3 5,6 10,0 2,7 4,0 38 1 1/2 0,5 1,0 1,0 0,3 13,4 6,7 11,6 3,2 4,5 50 2 0,7 1,5 1,5 0,4 17,4 8,5 14,0 4,2 6,4

63 2 1/2 0,9 1,9 1,9 0,4 21,0 10,0 14,0 5,2 8,1 75 3 1,1 2,2 2,2 0,5 26,0 13,0 20,0 6,3 9,7

100 4 1,6 3,2 3,2 0,7 34,0 17,0 23,0 8,4 12,9

125 5 2,0 4,0 4,0 0,9 43,0 21,0 30,0 10,4 16,1

150 6 2,5 5,0 5,0 1,1 51,0 26,0 39,0 12,5 19,3

200 8 3,5 6,0 6,0 1,4 67,0 34,0 52,0 16,0 25,0

250 10 4,5 7,5 7,5 1,7 85,0 43,0 65,0 20,0 32,0

300 12 5,5 9,0 9,0 2,1 102,0 51,0 78,0 24,0 38,0

350 14 6,2 11,0 11,0 2,4 120,0 60,0 90,0 28,0 45,0

61

17 GOLPE DE ARIETE

17.1 Conceituao

Golpe de Ariete em tubulaes de recalque a variao de presso processada na tubulao quando as condies do escoamento forem alteradas em virtude de uma atuao rpida na vlvula de bloqueio ou por interrupo da corrente eltrica de alimentao do motor da bomba. Na hipteses de falha eltrica, esta variao de presso ocorre em duas etapas;

1a etapa: nos primeiros instantes aps a interrupo da energia eltrica, a nica energia que permite manter o rotor girando por algum tempo a energia cintica dos elementos girantes do conjunto moto-bomba. Esta energia pequena quando comparada necessria para manter o fluxo bombeado sob a altura manomtrica prevista para o recalque, de modo que a rotao do rotor decresce rapidamente. Esta reduo diminui a vazo do fluxo bombeado que continua escoando com velocidade decrescente at que as foras de inrcia das partes girantes sejam equilibradas pela ao da gravidade e do atrito do fluido com a tubulao. Neste momento ocorrer uma reduo de presso no interior da tubulao, maior junto a bomba e propagando-se ao longo da rede no sentido da sada do fluxo. a fase do chamado golpe de ariete negativo. Cada componente da tubulao ir se contrair sucessivamente por uma diminuio elstica do dimetro, enquanto a onda de depresso se propagar at o reservatrio com uma velocidade (celeridade) C (m/s). Se a distncia entre a bomba e o reservatrio for L (m), o tempo que a onda levar para chegar ao reservatrio, ser L / C. Neste momento a tubulao em toda extenso estar submetida a uma baixa presso, e o fluxo, imobilizado. (V = 0 m/s)

2a etapa: devido elasticidade, a tubulao readquire o dimetro primitivo em elementos sucessivos a partir do reservatrio. A gua retornar bomba ao longo da tubulao e, ao fim de um novo tempo L / C, isto no tempo total 2 x L / C a contar do incio do fenmeno, a onda de presso chegar bomba, e a massa do fluido encontrando a vlvula de reteno fechada, provocar uma compresso do lquido dando origem a uma onda de sobrepresso, que o golpe de ariete positivo. Se a vlvula de reteno fechar no momento preciso, a sobrepresso junto vlvula poder atingir valores de at 90% da altura esttica de elevao. Caso contrrio no deter a coluna lquida em retorno e at a vlvula se fechar, ter passado pela bomba um fluxo cuja velocidade poder atingir valores elevados. Quando ocorrer o fechamento da vlvula a sobrepresso poder alcanar valores bem superiores ao acima mencionado.

17.2 Parmetros principais de anlise

17.2.1 Celeridade (C) em m/s

a velocidade de propagao da onda de sobrepresso, ou de subpresso, sendo definida pela equao de Allievi:

C 50

e

DK3489009,

,.

+= Onde: K = Coeficiente de rigidez do tubo (para o ao K = 0,5)

D = Dimetro externo do tubo em mm e = Espessura da tubulao em mm

Os efeitos do golpe de ariete se verificam sob uma forma oscilatria, at que a energia do lquido seja absorvida pelas foras elsticas do material.

62

17.2.2 Perodo da linha T (em seg.)

o tempo gasto pela onda, para fazer o percurso de ida e volta, de uma extremidade a outra da rede, com a celeridade C, sendo definido pela equao:

T C

L2= Onde: L = Comprimento da rede em m

C = Velocidade da onda ou celeridade em m/s

17.2.3 Constante da linha (aaaa)

o numero de Perodos de Linha que ocorre desde o instante do desligamento da energia, at o instante que a vazo se anular, sendo definido pela equao:

aaaaHmang2VC

= onde: C Celeridade ou velocidade da onda em m/s

V Velocidade de escoamento em m/s Hman Altura manomtrica em mca g Acelerao da gravidade em m/s2

17.2.4 Tempo de parada do conjunto moto-bomba em segundos (Tp)

o intervalo de tempo gasto pelo conjunto moto-bomba para atingir a rotao zero, a partir do momento de desligamento da energia, sendo definido pela equao :

Tp = P500.67

rpmI 2

onde: I Momento de inrcia das partes girantes em kg x m2

P Potncia no instante To em HP rpm Nmero de rotaes por minuto

17.2.5 Constante do conjunto moto-bomba (KI)

o parmetro que relaciona a variao da rotao da bomba, com a variao do conjugado, sendo definida pela equao:

KI = 2rpmMrIQHg450

onde: g acelerao da gravidade em m/s2

H Altura de recalque em m Q Vazo em m3/h Mr Torque em kgf x m I Momento de inrcia das partes girantes em kg x m2

17.2.6 Torque da bomba (Mr)

Mr = ( 5250 x P rpm ) x 0,47 x 0,30 em kgf x m

Nota: o perodo da linha tambm designado com Tempo Critico da tubulao.

63

17.3 Clculo do Golpe de Ariete

Neste clculo, o liquido considerado homogneo e elstico; a parede do tubo homognea elstica e isotrpica, a velocidade e a presso de escoamento uniformemente distribuda ao longo de qualquer seco transversal da tubulao. O valor h da sobrepresso admitido igual ao da subpresso, suposto constante ao longo do trecho de comprimento L= ( C x T/2) a partir da bomba, decrescendo ento at zero na descarga no reservatrio. Para o clculo de h h se considerar a relao entre o tempo de fechamento da vlvula de reteno (t) e o perodo da linha (T).

Quando t < T h = C x v / g. Quando t > T h = 2 x L x v / g x t

Exemplo numrico

Considerando: material do tubo: ao comprimento da linha de recalque L = 950 m dimetro externo do tubo d = 590 mm espessura do tubo e = 4,76 mm momento de inrcia da bomba I = 2,84 kg x m2 momento de inrcia do motor da bomba I = 6,66 kg x m2 momento de inrcia do conjunto moto da bomba I = 9,50 kg x m2 potncia do motor N = 250 Hp velocidade de escoamento v = 2 m / s altura esttica de elevao he = 80 m nmero de rotaes rpm = 1750 acelerao da gravidade g = 9,81 m/s2

Calcular: Celeridade, Perodo de linha e o Tempo de Parada do conjunto moto-bomba, Sobrepresso e Subpresso

Soluo:

celeridade da onda C : 9900 / 76459050348

,

,

,

+ =942,80 m/s

Perodo da linha T : 2 x 950 / 942,8 = 2,0 s

Tempo de Parada do Conjunto moto-Bomba Tp: ( 9,5 x 17502 ) 67500 x 250 = 1,72 s

1a hiptese para t = 1,0 s t < T h = C x v / g e he = 80m

Sobrepresso: h 942,8 x 2,0 / 9,81 =192,21 m

Subpresso: h he 192,21 80 =112,21 m

2a hiptese para t = 3,0s t > T h = 2 x L x v / g x t e he = 80m

Sobrepresso: h 2 x 950 x 2 / 9,81 x 3 =129,12 m

Subpresso: h he 129,12 80 = 49,12 m

64

17.4 Recursos para reduzir os efeitos do golpe de ariete

A depresso que ocorre na fase inicial do golpe de arete pode provocar o esmagamento do tubo, se este no possuir espessura suficiente. Uma regra prtica indica que o esmagamento no se produzir em tubo de ao se a espessura, expressa em mm, for igual ou superior a 8 vezes o dimetro do tubo expresso em metros. Assim, para um tubo de 1,20m de dimetro, a espessura mnima dever ser de 9,6 mm 3/8 (sem considerar a margem para atender aos efeitos da corroso). No possvel suprimir totalmente os efeitos do golpe de ariete. Para reduzi-los a limites aceitveis, sugere-se:

usar velocidade de escoamento reduzida, para aumentar o dimetro. adaptar volantes de grande inrcia que reduzem o efeito da subpresso; empregar vlvulas de alvio anti-golpe de ariete que devero limitar a sobrepresso; utilizar reservatrios de ar que protegem contra a sobre e a subpressao; empregar vlvulas de reteno especiais com by-pass. Essas vlvulas podem ser

fechadas manual ou automaticamente, depois que a vlvula de reteno houver fechado e o by-pass, desempenhado sua funo;

empregar vlvulas de reteno com mola; por exemplo, ESCO, modelo PM. A mola calculada para cada caso especfico e produz o fechamento da vlvula no instante da velocidade nula, eliminando a reverso do escoamento. So usadas em dimetros de 75mm a 600mm.

Bombeamento em terrenos acidentados

Considerando a figura abaixo, v-se tratar-se de um sistema de bombeamento com um ponto alto M seguido de um declive e de um aclive at o ponto de descarga do fluxo no reservatrio.

Neste caso podem ocorrer presses negativas ocasionando ruptura da coluna bombeada, se, segundo Andr Dupont (Hydraulique Urbaine volume 1) h (he h) > 8 metros. Este fenmeno poder tambm ser analisado com base na Constante de Linha. Se esta constante for menor que a unidade,