UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIOSA CENTRO DE CINCIAS AGRRIAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA AGRCOLA ENG341 - HIDRULICA DIMENSIONAMENTO DE UM CONJUNTO MOTOBOMBA Fernanda Martins Guabiroba 61688 Clvia Dias Coelho 61689 Mariko de Almeida Carneiro - 61697 Viosa MG Junho de 2010, 1.LEVANTAMENTO DO PERFIL DO TERRENO O perfil do terreno foi traado com estaqueamento de 10 em 10 metros. Estaca Leitura CotaAltura Obs. R Vante(m)Instrumento 03,352 0,0003,352Nvel d'gua 0+3 2,1791,173 0+61,1870,092.3,2604,4471 1,1063,341 1+5 1,0713,376 2 1,0763,371 Incio do asfalto 3 1,723,275 Final do asfalto 3+33,6530,3554,0927,7454 1,5906,155 53,0950,1217,62410,7196 1,5359,784 6+5 0,18510,534 72,7800,22710,49213,2728 2,39910,873 9 0,77412,498 10 0,77212,55 113,2970,01913,25316,55011+5 2,73713,813 12 2,02914,521 12+3 1,43515,113 13 0,61115,939 13 + 5 0,22016,330 14 0,20616,344 Reservatrio 2.INFORMAES INICIAIS Anexos, a planta de perfil do terreno, todos os itens a seguir: -Perfil do terreno -Perfil da tubulao -Local de assentamento da bomba -Esquema de montagem do conjunto motobomba Dados iniciais requeridos: Vazo (Q)4 (L/s) Jornada de trabalho (T)21 (horas/dia) Comprimento da tubulao de suco (LS)7,55 (m) Comprimento da tubulao de recalque (LR)1135,84(m) Altura geomtrica de suco (HS)1,75 (m) Altura geomtrica de recalque (HR)15,59 (m) 3.DIMETRO DAS TUBULAES DE SUCO E DE RECALQUE Vazo da bomba para uma jornada de trabalho de 21 horas: Q = (24/T) . Q Q = (24/21) .4,00 = 4,57 L/s Q = 4,57L/s = 0,00457 m3/s = 16,45 m3/h Dimetros pelo mtodo das velocidades econmicas Adotando a formula da ABNT D = 1,3.(T/24)0,25.(Q)0,5 D = 1,3.(21/24)0,25.(0,00457)0,5 D = 85 mm (dimetro no comercial) Dimetro de suco: 100 mm (dimetro comercial imediatamente superior). Dimetro de recalque: 75 mm (dimetro comercial imediatamente inferior). Para esses dimetros comerciais, temos que as vazes de recalque (Vr) e de suco (Vs) sero: Vr =Dr Q . / . 4 t2 = 0,58 m/s < 1 m/s Vs =Ds Q . / . 4 t2 = 1,03 m/s < 2m/s 4.COMPRIMENTO DAS TUBULAES DE SUCO, DE RECALQUE E PEAS ESPECIAIS Tubulao de suco Peas especiaisQuantidadeDimetros EquivalentesComprimentos Virtuais(m) Vlvula de p e crivo12503,0 Curva de 90 13025,0 Reduo Excntrica160,6 Tubos retos--------------------------7,55 Comprimento virtual total36,15 Tubulao de recalque Peas especiaisQuantidadeDimetros EquivalentesComprimentos Virtuais(m) Vlvula de Reteno11007,50 Curva de 90 2304,50 Ampliao Concntrica1120,90 Vlvula de Gaveta180,60 Sada Livre1352,62 Tubos retos--------------------------135,84 Comprimento virtual total151,96 5.CLCULO DA ALTURA MANOMTRICA DA INSTALAO Altura manomtrica total da instalao = Hm Hm = (HS + hts) + (HR + htr) Utilizando a equao de Hazen-Willians para perda de carga: 852 , 187 , 4646 , 10 |.|

\| =CQDLhvf Perda de carga na suco: 852 , 187 , 414000457 , 01 , 015 , 36646 , 10 |.|

\| =fSh= 0,14 mca Perda de carga no recalque: 852 , 187 , 414000457 , 0075 , 096 , 151646 , 10 |.|

\| =fRh= 0,59 mca Hm = (1,75 + 0,14) + (14,59 + 0,59) Hm = 29,07 mca 6.SELEO DA BOMBA Utilizando o programa de seleo de bombas Agribombas, selecionou-se trs bombas para a mesma vazo e altura manomtrica do projeto. Ponto de projeto:-Q = 4,57 L/s = 16,45m3/h -Hm =29,07 mca Bombas selecionadas: -Modelo Mark Peerless(HU) operando a 3500 rpm Rendimento = 57,6% -Modelo KSB (DN 40) operando a 1750 rpm Rendimento = 57,7% -Modelo Schneider (BC-21 R1.1/4) operando a 3450 rpm - Rendimento = 54,2% De acordo com as curvas caractersticas de cada bomba, foi selecionada a de maior rendimento. Neste caso, modelo Modelo Mark Peerless(HU) operando a 3500 rpm com rendimento = 57,7%. 7.ESTUDO DA CAVITAO gVH hPvHPatmS SMx22+ A >||.|

\|+ + - NPSH disponvelNPSH requerido ( na instalao)( pela bomba) -Para o ponto de projeto sem nenhuma alterao, considerando a curva acima do ponto de projeto (ponto C) NPSHrequerido = 3,738 m mca APatm22 , 9 650 0012 , 0 10 0012 , 0 10 = = = Pv (para 20o C) = 0,0238 kg/cm2 . 10 = 0,238 mca ( )DISPONVELNPSH = + + 145 , 0 238 , 0 75 , 1 22 , 97,087 m = NPSHdisponvel NPSHd > 1,15 . NPSHR Como NPSHdisponvel (7,087 m) maior que 1,15.NPSHrequerido (4,30 m), a bomba no cavitar. -Para o ponto de projeto com alterao da rotao do rotor: NPSHrequerido = 3,738 m mca APatm22 , 9 650 0012 , 0 10 0012 , 0 10 = = = Pv (para 20o C) = 0,0238 kg/cm2 . 10 = 0,238 mca 852 , 187 , 414000457 , 0100 , 055 , 7646 , 10 |.|

\| =fSh= 0,14 mca ( )DISPONVELNPSH = + + 14 , 0 238 , 0 75 , 1 22 , 97,09 m = NPSHdisponvel NPSHd > 1,15 . NPSHR Como NPSHdisponvel (7,09 m) maior que 1,15.NPSHrequerido (4,30 m), a bomba no cavitar. -Para o ponto de projeto com alterao no dimetro do rotor(usinagem): NPSHrequerido = 3,738 m mca APatm22 , 9 650 0012 , 0 10 0012 , 0 10 = = = Pv (para 20o C) = 0,0238 kg/cm2 . 10 = 0,238 mca 852 , 187 , 414000457 , 0100 , 055 , 7646 , 10 |.|

\| =fSh= 0,14 mca ( )DISPONVELNPSH = + + + 14 , 0 238 , 0 75 , 1 22 , 97,09m = NPSHdisponvel NPSHd > 1,15 . NPSHR Como NPSHdisponvel (7,09 m) maior que 1,15.NPSHrequerido (4,30 m), a bomba no cavitar. 8.CLCULO DA POTNCIA DO MOTOR Clculo para traado da curva caracterstica da tubulao: Segundo Hazen-Willians: Hm = Hg + K. Q1,852 29,07 = 16,34+ K. 16,451,852 Isolando, K= 0,0712 Hm = 16,34 + 0,0712.Q1,852 Q(m3/h)6810121416182022 Hm (m)18,319,721,423,425,828,431,434,638,1 *Figura1 Bomba selecionada sem nenhuma alterao, considerando a curva acima do ponto de projeto(ponto C) Dados do ponto C: Q = 16,77m3/h Hm = 29,538 mca Rendimento = 57,5% q =75mH QPot = cv 2 , 3575 , 0 75538 , 29 00466 , 0 1000= Com uma margem de segurana de 20%: Potncia no motor = 3,8 Potncia comercial = 4,0 cv Bomba selecionada com alterao da rotao do rotor 212221HmHmQQ= 2 22245 , 1607 , 29=QHm= 0,107 Hm2 = 0,107.22Q(Curva de iso-rendimento) Clculo para traado da curva de iso-rendimento: Q(m3/h)6810121416182022 Hm (m)3,856,8510,715,421,027,434,742,851,8 Ponto homlogo: Q2 = 16,63 m3/h Hm = 29,60 mca Ponto de ProjetoPonto Homlogo H1 = 29,07 mH2 = 29,60 m Q1 = 16,45 m3/hQ2 = 16,63 m3/h 1 = 57,7%2 = 57,7% D1 = 146 mmD2 = 146 mm n1 =?n2 = 3500 rpm 2121nnQQ= n1 = (16,45 x 3500) / 16,63 = 3461,6 rpm Para alterao da rotao por meio de polias e correias, a relao entre os dimetros das polias deve ser: n1 . d1 = n2 . d2 d1/d2 = 3500/3461,6 = 1,011 d1/d2 =1,011 q =75mH QPot = cv 1 , 3577 , 0 7507 , 29 . 00457 , 0 1000= Com uma margem de segurana de 20%: Potncia no motor = 3,72cv Potncia comercial = 4 cv Bomba selecionada com alterao do dimetro do rotor Ponto de ProjetoPonto Homlogo H1 = 29,07 mH2 = 29,60 m Q1 = 16,45 m3/hQ2 = 16,63 m3/h 1 = 57,7%2 = 57,7% D1 = ?D2 = 146 mm n1 =3500n2 = 3500 rpm 222121DDQQ= D1 = [(16,45 x 146 )/16,63]1/2 = 145 mm Usinagem do rotor: U = D2 D1 / 2 = (146 145) /2 =0,5 mm q =75mH QPot = cv 1 , 3577 , 0 7507 , 29 . 00457 , 0 1000= Com uma margem de segurana de 20%: Potncia no motor = 3,72cv Potncia comercial = 4 cv 9.LISTA DO MATERIAL E EQUIPAMENTOS A SEREM ADQUIRIDOS MATERIAL/EQUIPAMENTOQUANTIDADE Vlvula de p com crivo 100 mm1 Curva de 90 100 mm1 Curva de 90 75 mm2 Reduo excntrica 100 mm 1 Vlvula de reteno 75 mm1 Registro de gaveta 75 mm1 Ampliao concntrica1 Quadro de comando para acionamento de motor eltrico1 Manmetro 50 mca ou 5kgf/cm21 Vacumetro 1 Motor eltrico 4 cv 1 Tubos retos 100 mm (tubos de 6 m)2 Tubos retos 100 mm (tubos de 6 m)23 Modelo Mark Peerless(HU) - 3500 rpm rotor 146 mm1

10.PONTO DE FUNCIONAMENTO (Q, Hm, t e Pot) DE DUAS BOMBAS IDNTICAS OPERANDO EM PARALELO (Modelo Mark Peerless(HU) operando a 3500 rpm ) Curva caracterstica da associao em paralelo em anexo Figura 3 PAS = ponto de funcionamento de duas bombas idnticas operando em paralelo. P1 = ponto de cada bomba operando isoladamente. P1 = ponto de cada bomba operando na associao. a) Para associao: QAS = 20,4 m3/h Hm = 35,0 mca Rendimento na associao: % 3 , 58583 , 02 , 10583 , 02 , 104 , 202'21'1=+=+=q qqQ QQS At Potncia na associao: q =75mH QPot = cv 53 , 43600 583 , 0 750 , 35 4 , 20 1000= Com uma margem de segurana de 20%: Potncia no motor = 5,44 cv Potncia comercial = 6 cv b) Para cada bomba na associao: Q1 = 10,2 m3/h Hm = 35,0 mca 1 = 58,3% Potncia para cada bomba na associao: q =75mH QPot = cv 27 , 23600 583 , 0 750 , 35 2 , 10 1000= Com uma margem de segurana de 30%: Potncia no motor = 2,72 Potncia comercial = 3cv 11.PONTO DE FUNCIONAMENTO (Q, Hm, t e Pot) DE DUAS BOMBAS IDNTICAS OPERANDO SRIE (Modelo Mark Peerless(HU) operando a 3500 rpm) Curva caracterstica da associao em srie em anexo Figura 2 PAS = ponto de funcionamento de duas bombas idnticas operando em srie. P1 = ponto de cada bomba operando isoladamente. P1 = ponto de cada bomba operando na associao. a) Para associao: QAS = 23,0 m3/h Hm = 40,0 mca Rendimento na associao: % 0 , 4545 , 00 , 2045 , 00 , 200 , 402'21'1=+=+=q qqH HHAt Potncia na associao: q =75mH QPot = cv 57 . 73600 45 , 0 7500 , 40 0 , 23 1000= Com uma margem de segurana de 15%: Potncia no motor = 9.1cv Potncia comercial = 10,0cv b) Para cada bomba na associao: Q1 = 23,0m3/h Hm = 20,0 mca 1 =45,0% Potncia para cada bomba na associao: q =75mH QPot = cv 77 , 33600 45 , 0 750 , 20 0 , 23 1000= Com uma margem de segurana de 20%: Potncia no motor = 4,54cv Potncia comercial = 5 cv 12.ANLISE DO NPSHd PARA ASSOCIAO DE BOMBAS EM PARALELO, QUANDO UMA DAS BOMBAS FOR DESLIGADA Naassociao,cadabombaoperacomumavazomenordoquequandoopera isoladamente. Portanto, ao se desligar uma das bombas, o acrscimo da vazo na bomba ligada causar um aumento de velocidade e conseqentemente, um acrscimo na perda de carga. Esse aumento na perda de carga faz com que o NPSHd diminua, aumentando o risco de cavitao. NPSHrequerido = 3,738 m mca APatm22 , 9 650 0012 , 0 10 0012 , 0 10 = = = Pv (para 20o C) = 0,0238 kg/cm2 . 10 = 0,238 mca Utilizando a equao de Hazen-Willians para perda de carga: 852 , 187 , 4646 , 10 |.|

\| =CQDLhvf Altura manomtrica de suco: 852 , 187 , 41400028 , 0100 , 055 , 7646 , 10 |.|

\| =fSh= 0,012 mca O NPSHd pode ser encontrado pela seguinte expresso: ||.|

\|+ + S SMxhPvHPatm = NPSHd ( )DISPONVELNPSH = + + + 012 , 0 238 , 0 75 , 1 22 , 9 = 7,22mca NPSHd = 7,22 mca (de cada bomba operando na associao) NPSHd = 6,087 mca (de uma bomba operando isoladamente) Modelo Mark Peerless(HU) operando a 3500 rpm Figura 1 Bomba Mark Peerless (HU)

Figura 2- Associao de bombas em srie Figura 3- Associao de bombas em paralelo