dimensionamento de uma bomba radial

7/21/2019 Dimensionamento de Uma Bomba Radial

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO

CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE RONDONÓPOLISInstituto de Ciências Agrárias e Tecnológicas

Curso de Engenharia Mecânica

Ana Paula Quadros de OliveiraGiovanna Maria Menegatti

Higo Rangel

Dimensionamento de Bomba Radial

Rondonópolis - MT

2014



UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO

CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE RONDONÓPOLISInstituto de Ciências Agrárias e Tecnológicas

Curso de Engenharia Mecânica

Ana Paula Quadros de OliveiraGiovanna Maria Menegatti

Higo Rangel

Dimensionamento de Bomba Radial

Atividade desenvolvida durante adisciplina de Máquinas de Fluxo eDeslocamento do Curso deGraduação em EngenhariaMecânica do Instituto de CiênciasAgrárias e Tecnológicas do Campus

Universitário de Rondonópolis daUniversidade Federal de MatoGrosso, como requisito parcial paraaprovação na disciplina.Orientador: Prof. Marcelo MendesVieira

Rondonópolis - MT2014



INTRODUÇÃO

Este trabalho foi realizado durante o período letivo de 2013/2, tendo como

objetivo o dimensionamento de uma bomba radial, onde os dados de entrada foram

previamente selecionados pelo professor para o grupo.

Para o dimensionamento, foram realizados cálculos utilizando-se o software

Matlab e para a representação de seus componentes, que foram previamente calculados,

utilizou-se o software SolidWorks.

Os cálculos foram realizados aplicando-se o conhecimento obtido em sala

de aula, através do roteiro que foi disponibilizado para o trabalho e com auxílio do livro

Máquina de Fluidos [HENN, Érico Antônio Lopes, Editora UFSM, 2006, 2ª Edição].



DADOS DE ENTRADA DO PROJETO:

Conversões

Vazão no SI:

Vazão em gpm:

Altura de elevação da bomba em ft:

Cálculo para o rotor de bomba:

Rotação Específica, nq:

Diâmetro do eixo, de1:

Primeiramente encontrar o rendimento total da bomba:

ou

Com Ns e Qgpm, através do gráfico da folha 20, obtém-se o rendimento total rendimento

obtido, t:



Potência destinada ao fluido:

A demanda de potência de um motor é de 10 a 20% da potência do fluido:

NB, deve compreender uma potência normalizada de um motor elétrico.

Utilizando o catálogo da Siemns, a potência normalizada do motor elétrico em W e Cv são,

respectivamente:

Motores Trifásicos com Rotor de Gaiola IPW 55 - TIPO:1LA7 164-2EA-9*

Cálculo do Momento Torçor:

Cálculo da tensão de ruptura do material:

Cálculo do diâmetro do eixo:



Cálculo do Eixo e Diâmetro do Cubo, de e dc:

Inserção de uma chaveta:

Conforme o catálogo de chavetas DIN 6885:

Diâmetro do eixo corrigido:

Diâmetro do Cubo

Henn propõe:

Diâmetro da Entrada do Rotor

Determinando Kvr1

Com o dado de nq e através do gráfico da folha 22, encontra-se o valor de Kvr1.

Velocidade radial do rotor ou velocidade meridional- Stepanoff:

Velocidade de entrada axial do rotor,

:

Rendimento volumétrico é determinado em função de nq no gráfico.

Com o dado de nq e através do gráfico da folha 21, encontra-se o valor de nv:



Vazão do rotor:

Cálculo da área:

Cálculo do diâmetro D1:

Ângulo de entrada da Pá, adotando:

Determinação da largura da pá, adotando:

A razão D2/D1 é em função de nq

Com o dado de nq e através da tabela da folha 09, encontra-se o valor de D2/D1

= 1.9000

Para bombas centrífugas radiais usa-se a fórmula de Pfleiderer para determinar o número

de pás:

Determinando a Espessura das pás do rotor



A espessura(s) depende do Diâmetro (D2).

Através da tabela da folha 10, encontra-se a espessura:

Largura da pá de entrada

Verificação de D2

Determinando Kvr2.

Com o dado de nq e através do gráfico da folha 22, encontra-se o valor de Kvr2:

Estimativa de vr2



Cálculo do rendimento hidráulico

Coeficiente de compensação



Largura da pá de saídas

Rendimento mecânico segundo Troskolanski:



Rendimento global da bomba, (última verificação)

Verificação do rendimento da bomba:

Traçado das Pás,

SECÇÃO DA VOLUTA

A largura b3 pode ser estimada a partir da largura da saída do rotor b2 (tabela)



Canal de Saída da Voluta

Semelhança Cinemática, pelo gráfico da folha 26 obteve-se:

A velocidade no canal é da ordem de:

O diâmetro previsto é dado por:

Diâmetro normalizado do difusor Ds

Tubos Amanco PBAfort Pressões de Serviço de 0,60 MPa, DN 75.

Normas de Referência:ABNT NBR 5647-1, 5647-2, 5647-3, 5647-4, 9822

Verificando se o comprimento ”l” está compatível com o tamanho da bomba.

Ângulo do difusor,



Comprimento de a:

Área máxima:

O parâmetro "xp" é associado a:

Cálculo das áreas:

Cálculo do raio em cada porção da voluta,

[m²]

[m²]

[m]

[m]

0 0 0.0001 0.0188 0.0004

45 0.0003 0.0004 0.0340 0.0156

90 0.0006 0.0007 0.0442 0.0258

135 0.0008 0.0010 0.0525 0.0341

180 0.0011 0.0012 0.0596 0.0412225 0.0014 0.0015 0.0660 0.0476



270 0.0017 0.0018 0.0718 0.0534

315 0.0020 0.0021 0.0772 0.0588360 0.0022 0.0024 0.0822 0.0638

Comprimento do difusor:

Ldif = 0.1816[m]



ANEXO A

Programação no Software MATLAB-R2013a

clear clc

disp ('Dados de entrada do Projeto:')

Q=80disp [m³/h]

H= 40

disp [m]

n=3500disp [rpm]

g=9.81disp [m/s²]

ro=1000disp [kg/m³]

disp('Conversões')

disp('vazão no SI') Qsi=Q/3600disp [m³/s]

disp('Vazão em gpm') Qgpm=Q/0.2278disp [gpm]

disp('altura de elevação da bomba em ft') Hft=H*3.28disp [ft]

disp ('Cálculo para o rotor de bomba') disp ('nq=n[rpm]*sqrt(Q[m³/s])/(H[m])^(3/4)' )

disp('Rotação Específica, nq') nq=n*sqrt(Qsi)/(H^(3/4))

disp ('Diâmetro do eixo, de1:')

disp ('Primeiramente encontrar o rendimento total da bomba:')



disp ('Ns=[n*sqrt(Qgpm)]/(Hft)^0.75 ou Ns=52*nq') Ns=52*nq disp('Com Ns e Qgpm, através do gráfico da folha 20, obtém-se

o rendimento total') disp ('rendimento obtido, nt:') nt=0.76

disp ('Potência destinada ao fluido:') Y=g*Hdisp [m²/s²] Nb2=ro*Y*Qsi/ntdisp [W]

disp ('A demanda de potência de um motor é de 10 a 20% dapotência do fluido: Nb1 = (1,1 a 1,2).Nb2')

Nb1=1.15*Nb2disp [W]

disp ('NB, deve compreender uma potência normalizada de ummotor elétrico.')

disp ('Utilizando o catálogo da Siemns,a potência normalizadado motor elétrico em W e Cv sâo, respectivamente')

NB=15000NBcv=20 disp('Motores Trifásicos com Rotor de Gaiola IPW 55 -

TIPO:1LA7 164-2EA-9*')

disp ('Cálculo do Momento Torçor:') Mt=71620*NBcv/ndisp [kgf.cm]

disp ('Cálculo da tnsão de ruptura do material') sigmarup=6100

disp [kgf/cm²] sigmaIII= sigmarup/(3*3.38)

disp ('Cálculo do diâmetro do eixo:') de1=(Mt/(0.1*sigmaIII))^(1/3)disp [cm]

disp ('Cálculo do Eixo e Diâmetro do Cubo, de e dc:')

disp ('Inserção de uma chaveta: de = de1 + t1')disp ('t1 conforme o catálogo de chavetas DIN 6885')

t1=0.35disp [cm]

disp ('diâmetro do eixo corrigido:') de=de1+t1disp [cm]

disp ('Diâmetro do Cubo - Henn propõe dc=(10 a 30 mm)+de') dc=1+dedisp [cm]

disp ('Diâmetro da Entrada do Rotor') disp ('Determinar Kvr1')



disp ('Com o dado de nq e através do gráfico da folha 22,encontra-se o valor de Kvr1')

kvr1=0.175

disp ('velocidade radial do rotor ou velocidade meridional-Stepanoff:')

vr1=kvr1*sqrt(2*g*H)disp [m/s]

disp ('velocidade de entrada axial do rotor - ve=(0,9 a1,0)*vr1:')

ve=0.9*vr1disp [m/s]

disp ('rendimento volumétrico é determinado em função de nq nográfico')

disp ('Com o dado de nq e através do gráfico da folha 21,encontra-se o valor de nv')

nv=0.973

disp ('vazão do rotor:') Qrotor=Qsi/nvdisp [m²/s]

disp ('Cálculo da área:') Ae=Qrotor/vedisp [m²]

disp ('Cálculo do diâmetro D1:') D1=sqrt((4*Ae/pi)+(dc/100)^2)disp [m]

disp ('Ângulo de entrada da Pá') disp ('adotando beta1=30º') beta1=pi/6

disp ('Determinação da largura da pá') disp ('adotando beta2=22º') beta2=11*pi/90

disp ('A razão D2/D1 é em função de nq') disp ('Com o dado de nq e através da tabela da folha 09,

encontra-se o valor de D2/D1')D2sobreD1=1.9

D2=D2sobreD1*D1 disp [m]

disp ('Para bombas centrífugas radiais usa-se a fórmula dePfleiderer para determinar o número de pá:')

z1=6.5*[(D2+D1)/(D2-D1)]*sin((beta1+beta2)/2) z=round(z1) disp('5<=z<=12')

disp ('Determinando a Espessura das pás do rotor') disp ('A espessura(s) depende do Diâmetro (D2). Através da

tabela da folha 10, encontra-se a espessura') s=3 disp [mm]



su1= (s/1000)/sin(beta1) disp [m]

tt1=pi*D1/z disp [m] phi1=tt1/(tt1-su1)

disp('phi1<1.25') r1=D1/2 disp [m] r2=D2/2 disp [m]

disp ('Largura da pá de entrada') b1=phi1*Qrotor/(2*pi*r1*vr1)disp [m]

disp ('Verificação de D2')

disp ('Determinar Kvr2') disp ('Com o dado de nq e através do gráfico da folha 22,

encontra-se o valor de Kvr2')kvr2=0.14

disp ('Estimativa de vr2') vr2=kvr2*sqrt(2*g*H)disp [m/s]

disp ('4<=delta<=4.5') delta=4

disp ('Cálculo do rendimento hidráulico')

nh=1-[0.42/[log(delta*(10^3)*(Qsi/n)^(1/3))/log(10)-0.172]^2]

disp ('Coeficiente de compensação') mi=1/[1+[1.2*(1+sin(beta2))]/[z*(1-(D1/D2)^2)]]

Htz=H/nh disp [m] Htinfinito=Htz/mi disp [m]

u2=[vr2/(2*tan(beta2))]+sqrt([vr2/(2*tan(beta2))]^2+(g*Htinfinito)) disp [m/s] vu2=g*Htinfinito/u2 disp [m/s] D21=u2/(pi*n/60) disp [m] rD2D21=(D2-D21)/D2 disp('-0.05<=(d2-d21)/d2<=0.05')

disp ('Largura da pá de saída') su2= (s/1000)/sin(beta2)

disp [m] t2=pi*D2/z disp [m]



phi2=t2/(t2-su2) disp('phi2<1.25') b2=phi2*Qrotor/(2*pi*r2*vr2) disp [m] nv2=Qsi/Qrotor disp ('Rendimento mecânico segundo Troskolanski:')

gamasi=ro*gdisp [N/m²] gamakgf=gamasi/gdisp [kgf/m²] Nu=gamakgf*Qsi*H/75disp [cv] Na=0.01*Nudisp [cv] Ndisco=1.72*(10^(-10))*gamakgf*(n^3)*(D2^5) disp [cv] Npm=Na+Ndisco nm=Nu/(Nu+Npm)

disp ('Rendimento global da bomba, (última verificação)') nB=nv*nh*nm

disp ('verificação do rendimento da bomba') rnBnt=(nB-nt)/nt disp('-0.05<=(nb-nt)/nt<=0.05')

disp ('Traçado das Pás') Rpa=(r2^2-r1^2)/[2*(r2*cos(beta2)-r1*cos(beta1))]

%Secção II da Voluta

disp ('A largura b3 pode ser estimada a partir da largura dasaída do rotor b2 (ver tabela)')

b3=[[((nq-10)/(40-10))*(1.2-1.8)]+1.8]*b2disp [m]

disp ('b4<b3') b4=b3-(4/1000)disp [m] r3=(0.2/1000)+r2 disp [m]

D3=2*r3 disp [m] phi= pi/4.5disp ('phi=40º')

disp ('Canal de Saída da Voluta') disp ('Semelhança Cinemática') disp ('Pelo gráfico da folha 26 obteve-se:') Kc=0.355 vc=Kc*sqrt(2*g*H)disp [m/s] disp ('A velocidade no canal é da ordem de:') vs1=0.5*vc

disp [m/s] disp ('O diâmetro previsto é dado por:')



Ds1=sqrt(4*Qsi/(pi*vs1))disp [m] disp ('diâmetro normalizado do difusor Ds') Patm=101325disp [Pa] ro=1000

disp [kg/m^3] P=Patm+ro*g*H-Qsi^2/(2*pi*Ds1^2/4)disp [Pa] disp ('Tubos Amanco PBAfort Pressões de Serviço de 0,60

MPa, DN 75.') disp ('Normas de Referência:ABNT NBR 5647-1, 5647-2,

5647-3, 5647-4, 9822') Ds=85.6/1000disp [m]

disp ('Verificando se o comprimento ”l” está compatívelcom o tamanho da bomba.')

disp ('ângulo do difusor, deltadif=f(vc)') deltadif=7*pi/180disp [7º] disp ('comprimento de a') a=b4/(2*tan(phi/2))disp [m] disp ('Área máxima') Acmax = Qsi/vcdisp [m2] disp ('O parâmetro "x" é associado a:') disp ('xp=(r-a)|(360º)-(r-a)|(0°)') disp ('cálculo das áreas:') teta=0:45:360

Acteta= (teta)*(Acmax/360)disp [m2] Aabe=b4*a/2disp [m2] disp ('Acteta=Aacd-Aabe')

Aacd=Acteta+Aabedisp [m2]

disp ('Cálculo do raio em cada porção da voluta,rv')

rv=sqrt(2*Aacd/phi)disp [m]

x=rv-a

disp [m] xp=x(length(x))-x(1)disp [m]

Ldif=(Ds-xp)/(2*tan(deltadif/2)) disp [m]

dimensionamento de uma bomba radial

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