Mquinas hidrulicas e Anlise de sistemas de recalque

Mquinas hidrulicas e Anlise de sistemas de recalque

Hidrulica MSc. Genilson Caldeira Santos

Promovem as trocas entre as energias mecnicas e hidrulicas:Turbinas recebem energia hidrulica, via de regra de quedas dgua e transforma em energia mecnicaBombas recebem energia mecnica de motores e transforma em energia hidrulica

Instalao elevatria tpica

Reduo excntricaBombaMotor de acionamentoVlvula de retenoregistroVlvula de p com crivo

ComponentesVlvula de p: impedir o retorno do lquido bomba no trabalhar a secoCrivo: tem a finalidade de impedir a entrada de partculas slidas;Reduo excntrica: evitar o acmulo de bolhas de ar na seo de entrada da bomba;

ComponentesMotor de acionamento: fornecer energia mecnica s bombas;Bomba: adicionar energia ao escoamento da gua

ComponentesVlvula de reteno: proteo contra o retorno da gua e manuteno da coluna lquida na parada do motor;Vlvula ou registro: logo aps vlvula de reteno, visando manuteno desta e o controle da vazo mais utilizado o de gaveta

Quando o eixo da bomba est acima do nvel da gua do poo de suco suco positiva. Caso contrrio, suco negativa ou afogada

Parmetros hidrulicos de uma instalao de recalque

Altura manomtrica energia de sada da bomba menos a energia de entradaAplicando Bernoulli entre 2 pontos que contm uma bomba E1 + Hm = E2Se os 2 pontos estiverem patm (como no caso de 2 reservatrios) e se a diferena de carga cintica for desprezvel ...

Hm=Z2-Z1+DHHm=Hg+DHAltura geomtrica

Hm=Hs+HrHg=hs+hrDH=DHs+DHrHs=hs+DHsHr=hr+DHr

Hs altura manomtrica de sucoHr altura manomtrica de recalquehs altura geomtrica de sucohs altura geomtrica de recalqueDHs perda de carga na sucoDHr perda de carga no recalque

Potncia e rendimento do conjunto elevatrio

Potncia hidrulica (W) trabalho realizado sobre o lquido ao passar pela bomba em 1 segundoPH = gQHmg = 9810 N/m3Potncia hidrulica (cv)PH = gQHm/75g = 1000 kgf/m3

Fonte de energia potncia para o motor, com rendimento hM potncia para a bomba menor que a da energiaBomba com rendimento hB diminui a potncia que ela recebe do motorEnergiaMotor = hM EnergiaBomba = hB Motorh = hM hB

hB varia bastante, estando normalmente entre 30% e 90%As perdas na bomba se devem s asperezas da superfcie interna, recirculao do lquido no seu interior, vazamentos em junes, energia dissipada no atrito entre suas partes, energia dissipada no atrito entre o fluido e a bomba

Potncia do conjunto elevatrio (cv)

g = 1000 kgf/m3Potncia do conjunto elevatrio (W)

g = 9810 N/m318

Na prtica, adota-se ainda uma folga para os motores eltricos

50% para bombas at 2 HP30% para bombas de 2 a 5 HP20% para bombas de 5 a 10 HP15% para bombas de 10 a 20 HP10% para bombas acima de 20 HP

Dimensionamento econmico da tubulao

Determinao da tubulao de recalque realizada segundo um critrio econmico, considerando no somente a tubulao, mas todo o conjunto elevatrio

Dimetro mais conveniente menor custo total das instalaes dimetro econmico

Funcionamento contnuo (24 horas/dia)

Frmula de BresseK varia entre 0,6 e 1,6 normalmente adota-se K = 1,2 comum adotar o dimetro comercial mais prximoFuncionamento descontnuo

X No de horas de funcionamento por diaQuanto ao dimetro de suco, comum adotar o dimetro comercial imediatamente superior ao de recalque

Exemplo 1 Num prdio de 10 pavimentos, com 6 apartamentos por andar, ser montada uma estao de bombeamento de gua que dever funcionar 8 horas por dia. Admite-se uma quota de 200 litros por habitante por dia e uma mdia de 5 habitantes por apartamentos. Supondo que as tubulaes sejam de ao galvanizado, pede-se determinar os dimetros das tubulaes de recalque e suco.

Exemplo 2 Determinar os dimetros das tubulaes de recalque e suco da instalao elevatria, esquematizada a seguir, bem como a altura manomtrica e a potncia transmitida ao lquido pelo conjunto motobomba, para recalcar 45 l/s de gua, durante 24 horas por dia, sabendo-se que as tubulaes de suco e recalque devem ser de ferro fundido novo (C = 120) e seus comprimentos de 15m e 3000m, respectivamente.

Dados:Perda de carga localizada na suco:Vlvula de p com crivoCurva de 90 o

Perda de carga localizada no recalque:

Vlvula de retenoRegistro de gaveta2 Curva de 90Sada de canalizao

Cavitao

Como qualquer outro lquido, a gua tambm tem a propriedade de vaporizar-se em determinadas condies de temperatura e presso. E assim sendo temos, por exemplo, entra em ebulio sob a presso atmosfrica local a uma determinada temperatura, por exemplo, a nvel do mar (presso atmosfrica normal) a ebulio acontece a 100C. A medida que a presso diminui a temperatura de ebulio tambm se reduz. Por exemplo,quanto maior a altitude do local menor ser a temperatura de ebulio. Em consequncia desta propriedade pode ocorrer o fenmeno da cavitao nos escoamentos hidrulicos.

Chama-se de cavitao o fenmeno que decorre, nos casos em estudo, da ebulio da gua no interior dos condutos, quando as condies de presso caem a valores inferiores a presso de vaporizao. No interior das bombas, no deslocamento das ps, ocorrem inevitavelmente rarefaes no lquido, isto , presses reduzidas devidas prpria natureza do escoamento ou ao movimento de impulso recebido pelo lquido, tornando possvel a ocorrncia do fenmeno e, isto acontecendo, formar-se-o bolhas de vapor prejudiciais ao seu funcionamento, caso a presso do lquido na linha de suco caia abaixo da presso de vapor (ou tenso de vapor) originando bolsas de ar que so arrastadas pelo fluxo. Estas bolhas de ar desaparecem bruscamente condensando-se, quando alcanam zonas de altas presses em seu caminho atravs da bomba. Como esta passagem gasoso-lquido brusca, o lquido alcana a superfcie do rotor em alta velocidade, produzindo ondas de alta presso em reas reduzidas. Estas presses podem ultrapassar a resistncia trao do metal e arrancar progressivamente partculas superficiais do rotor, inutilizando-o com o tempo.

Cavitao formao de cavas no lquido devido ao abaixamento da presso at a presso de vapor

Se pabs pvapor parte do lquido se vaporiza

se a presso interna na bolha maior que a externa aumento da bolha obstruoSe a bolha passa por um ponto onde a presso externa volta a ser maior imploso da bolha poder a haver danos na parede da tubulao

Avaliaes das condies de cavitao

O local de maior risco de cavitao num sistema elevatrio ponto 1 da figuraAs bolhas resultantes podem ser levadas carcaaAplicando Bernoulli entre os pontos 0 e 1

patm/g 0absoluta

hs01

HTS + H*Na entrada do rotorNo limite de ocorrer a cavitao p1 = pv

Depende do lquido e da instalaoDepende da bombaO engenheiro projetista tem o controle

NPSHdCarga existente na instalao para permitir a suco NET POSITIVE SUCTION HEAD

NPSHr

Dado pelo fabricanteCarga que a bomba necessita para succionar o lquido

NPSHrQ

Sendo:n: rotao nominal da bomba em rpm.NPSHr: carga de suco requerida pela bomba em m.Q: vazo em m3/s, no ponto de rendimento mximo.

Quando o fabricante no fornece a curva do NPSHr versus vazo, pode-se calcular um valor aproximado para o NPSH, no ponto de rendimento mximo, pela expresso:

Isolando hSNa prtica hs 4 a 5mPara avaliar as condies de cavitao:

1 Calcula-se NPSHd = f(Q);2 Obtm-se do fabricante o NPSHr3 compara-se NPSHd com NPSHr

Para que no haja cavitaoNPSHd NPSHr

Margem de segurana

Para que no haja cavitaoNPSHd NPSHrNa prtica, adota-se uma margem de seguranaO escoamento real muito mais complexo do que aquele no qual se aplica a equao de BernoulliRecomenda-se uma folga de, pelo menos, 0,5 m entre NPSHd e NPSHr (PORTO, 1999)

BAPTISTA E LARA (2003) recomendam: Mnimo de 0,6m 20% do valor terico

ou

ouDessa forma:ou aindaA presso atmosfrica pode ser calculada em funo da altitude (PORTO, 1999)

Altitude (m)