BOMBASCLASSIFICAO, DESCRIO E SELEOMARCELOM. GALARAInstalao de Bombeamento Tpica(1) Casa de bombas(M)-Motor(B)-Bomba(2) Poo (resev. de suco)(3) Linha de suco(VPC) Vlv. de p com crivo (VPC) Vlv. de p com crivo(CL) Cotovelo 90(RE) Reduo excntrica(4) Linha de recalque(VR) Vlv. reteno(R) Registro(C) Cotovelo, curva...(5) Reservatrio de recalqueInstalao de Bombeamento Tpica(1) Casa de bombas- Edificaes destinadas a abrigar o conjunto motor-bomba(M) Motor de acionamento- Encarregado pelo acionamento- Eltrico - Eltrico- Combusto: Gasolina (diesel)- Turbina hidr. ou a gs- A escolha depende de:- Custo de energia- Grau de mobilidade- Segurana- Comodidade operacional- Etc.Instalao de Bombeamento Tpica(B) Bomba- Suco do fluido: do reservatrio de suco, impulsionando com o rotor at oreservatrio de recalque.(VPC) Vlv. p comcrivo- Unidirecional; permite a passagemdo fluido no sentido ascendente.- Mantm a carcaa da bomba e a linha de suco cheias (bomba escorvada),impedindo o retorno ao reservatrio de suco quando o motor desligado. impedindo o retorno ao reservatrio de suco quando o motor desligado.- Evita que a bomba aspire ar.Vlvula de p com crivoInstalao de Bombeamento Tpica(RE) Reduo excntrica- Liga o final da linha de suco boca de entrada da bomba. A excentricidade visaevitar a formao de bolsas de ar.- Aplicadas geralmente para linhas de suco comdimetros acima de 4.(VR) Vlvula de reteno- Unidirecional. Instalada na sada da bomba, antes do registro de recalque (R).- Impede que o peso da coluna de recalque recaia sobre a bomba (evitandovazamentos)- Impedir o refluxo do fluido no caso de defeito na VPC.Reduo excntricaInstalao de Bombeamento Tpica(R) Registro de recalque- Controle da vazo de recalque, abrindo ou fechando.- Aps a vlvula de reteno (VR).- Existemdiferentes tipos, o mais comum o registro de gaveta.Existem outros acessrios, vai depender da finalidade e complexidade do sistema.Pormestes representamuma composio comum. Pormestes representamuma composio comum.Bombas: Deslocamento positivo (volumtrica)Bomba de mboloBomba de engrenagem rotativaBomba de roleteBomba helicoidalSurgiram no incio da era industrial, sc. XIX.Usadas para deslocamento de fluidos altamente viscosos.Bombas: CentrfugasVoluta e Rotor de uma Bomba CentrfugaBombasTipos de Rotor Rotor Fechado Rotor Fechado Rotor Semi Rotor Semi--aberto aberto Rotor Aberto Rotor AbertoBombeamentoBombeamento dede lquidos limpos lquidos limposDepois do rotorDepois do rotor fechado o maisfechado o mais comum. comum.Baixa resistnciaBaixa resistncia estrutural estruturalPode provocarPode provocar recirculao a carcaarecirculao a carcaa da bomba. da bomba.Energia Cedida pela Bomba ao Fluido Bomba Acima do Nvel do Reservatrio de AspiraoEnergia Cedida pela Bomba ao Fluido Bomba Abaixo do Nvel do Reserv. de Aspirao (Afogada)Energia Cedida pela Bomba ao Fluido Leitura Instrumental da Altura Manomtrica em BombasEnergia Cedida pela Bomba ao Fluido11 22Curva do Sistema As curvas apresentam duas partes distintasComo fluido emmovimento,gerando carga de velocidade nosreservatrios de descarga e sucoe as perdas de carga.3 0a rp ph hg + +2 22a ra rv vJ Jg+ +Independe da vazo do sistema;carga de presso nos reservatriosde descarga e suco, e a alturageomtrica.e as perdas de carga.Associao de Sistemas Sistemas de bombeamento muitas vezes socompostos por vrias tubulaes interligadas, cadauma com os respectivos acessrios (curvas, redues,vlvulas, etc.) A combinao de sistemas deve ser feita de modoA combinao de sistemas deve ser feita de modoseparado, ou seja, a obteno da curva de cada trechoe aps isso, faz-se as devidas associaes. Srie ParaleloAssociao de Sistemas Associao em Srie Para cada vazo, o valor de altura manomtrica total ser a SOMA das alturas de cada sistemaAssociao de SistemasAssociao de Sistemas Associao em Paralelo Para cada altura manomtrica, o valor da vazo total do sistema ser a soma da vazo de cada tubulao.Associao de SistemasAssociao de Sistemas Associao Mista A associao a combinao dos anteriormente descritos. Inicialmente faz-se a associao dos sistemas paralelos 2 e 3, e chamamos de sistema 5.Associao de Sistemas Associao Mista Basta, aps, associar os sistemas 1 + 5 + 4 em srie.Associao de Sistemas Bombeamento simultneo a 2 ou mais reservatrios distintosNeste sistema a bomba pode alimentar ambos os reservatrios ou cada um individualmente.Associao de Sistemas Para resolver podemos proceder... Somente para o Res. 1: Traa-se a curva da tubulao 1 com base no Res. 1. Somente para o Res. 2: Traa-se a curva da tubulao 2 com base no Res. 2. base no Res. 2. Ambos os reservatrios sendo abastecidos: Nota-se que os sistemas esto em paralelo, traa-se a curva resultante do sistema em paralelo.Associao de SistemasApenas para ressaltar aimportncia das curvas,sobrepomos elas curva dabomba!Curvas de Bomba Obteno da curva caracterstica Muito semelhante aos ventiladores, o sistema para obteno de curva para bombas basicamente o apresentado abaixo.Shutt Shutt--off (Q=0) off (Q=0) Shutt Shutt--off (Q=0) off (Q=0)Curvas de Bomba Obteno da curva caracterstica Com os vrios pontos, traa-se a curva.Curvas de Bomba Obteno da curva caracterstica Dimetros diferentes de um mesmo equipamento FamliasCurvas de Bomba Tipos de curvasEstvelInstvel (drooping)AcentuadaFlat InstvelCurvas de Bomba Tipos de curvas de PotnciaNo over loading(bombas de fluxo misto)Over loading(bombas de fluxo radial)bombas de fluxo axialCurvas de Bomba Clculo da potncia Potncia hidrulica: o trabalho feito por uma bomba centrfuga o produto do peso lquido deslocado, pela altura desenvolvida.3 23 2kg m mW; ; ;m sH T H TPot Qh Pot Q hs (= ( Potncia consumida: para calcular o consumo basta utilizarmos o rendimento da bomba, obtido atravs do fabricante.HConsumoPotPot=[ ]mmanConsumo manGgH QPot H= ( )( )( ) ( )22 2 2 2380 0, 9367 5, 46E-3 1, 514E-55, 802E-3 3, 028E-5 8, 346E-8: ( ); : ( );Validade: 20 < Q < 250e 15 Rotao 2 Rotao 1 > Rotao 2Diam 1 > Diam 2 Diam 1 > Diam 2Leis de AfinidadesRelaes Entre Vazo, Presso, Potncia, Dimetro e RotaoClculo do Dimetro do Rotor O seguinte procedimento pode ser utilizado: Ex: 110m3/h, 25mClculo do Dimetro do Rotor Achamos o ponto: Q1= 113 m/h, H1=25,5mClculo do Dimetro do Rotor Calculamos usando as duas equaes abaixo. Optamos pelo resultado de maior dimetro, por segurana;Velocidade Especfica (rotao espec.) Bombas geometricamente semelhantes caractersticas de desempenho semelhantes. Uma base de comparao entre os vrios tipos de bombas centrfugas, dada pelo fator que relaciona os trs principais caractersticas do desempenho de uma bomba: a vazo;a vazo; a altura manomtrica; e a rotao. Velocidade Especfica (rotao espec.) Grfico para seleo: Variam MUITO as faixas de seleo, de autor para autor. O recomendado SEMPRE consultar o fabricante antes de tomar a deciso por este ou aquele equipamento!nq (rpm) Tipo de bomba (rotor)Deslocamento positivo - mbolo, engrenagens, lbulos,< 10Deslocamento positivo - mbolo, engrenagens, lbulos,parafusos, palhetas, etc.10 a 40 Centrfuga radial ou pura35 a 85 Centrfuga tipo Francis, ou seja, a helicoidal.80 a 150 Centrfuga de fluxo misto ou semi-axial125 a 500 AxialVelocidade Especfica (rotao espec.) Grfico para seleo:Cavitao Um aumento de velocidade acompanhado por umadiminuio na presso. Ex. Asa de avio. A fora de presso na regio inferior da asa maior do que a da superior sustentao. Se a diferena entre estas velocidades alta, a diferena entre aspresses tambmpode ser considervel. presses tambmpode ser considervel. Efeitos compressveis para gases e a cavitao nos escoamentos delquidos. A cavitao ocorre quando a presso no fluido reduzida apresso de vapor e o lquido evapora. possvel identificar isto utilizando a equao de Bernoulli.Cavitao Aumento da velocidade devido reduo de rea a presso diminuir (em coordenadas de linha de corrente!). Estadiminuio pode ser baixa o suficiente para atingir o valor da suapresso de vapor. Exemplo simples: mangueira de jardim. (somtpico de cavitao)Cavitao O fenmeno... Ebulio (apesar da temperatura ser baixa)... ... temos a formao de bolhas de vapor nas zonas de baixapresso. Quando o fluido escoa para uma regio de presso mais alta (baixavelocidade), as bolhas colapsam... velocidade), as bolhas colapsam... produzindo imploses que causam transientes de presso navizinhana das bolhas. ... gerao de rudo emexcesso... ... as bolhas colapsando prximas de uma fronteira fsica elaspodem, depois de um certo tempo, danificar a superfcie na reade cavitao (danificao do rotor, voluta, eixo, etc.).Cavitao ExemploCavitao Exemplo1111 223344Cavitao Rotor cavitadoCavitao Logo, definimos: Cavitao: processo de vaporizao do fluido quando a presso absoluta baixa at alcanar a presso de vapor do lquido, na temperatura em que se encontra. Nome: Cavitao produzir CAVIDADES. Provoca: Corroso;Corroso; Remoo de pedaos de rotor e tubulao junto entrada da bomba; Afeta o rendimento (altera a curva caracterstica); Trepidao e vibrao do sistema; Rudos; Aumento da potncia do eixo (bombas); Queda da potncia do eixo (turbinas); No caso da gua a corroso por cavitao varia em funo da temperatura com maiores efeitos para temperaturas prximas de 45C.Cavitao Materiais que resistem a corroso por cavitao: Ferro fundido; Alumnio; Bronze; Bronze-fosforoso; Bronze-Mangans; Ao fundido; Ao doce laminado; Ao-Nquel-Cromo; Ligas de ao inoxidveis especiais. Bombas que trabalham com material qumico Revestimento de neoprene.Cavitao Condies de cavitao A queda de presso, desde a entrada da suco at a entrada da bomba depende de: Altura esttica de suco; Comprimento da tubulao;Comprimento da tubulao; Rugosidade dos tubos; Perdas localizadas (acessrios). O projeto adequado da linha de suco minimiza o aparecimento da cavitao. Normalmente bombas afogadas no correm o risco de cavitar.Cavitao A curva da bomba sente o efeito. Como a gua vaporiza presso e temperatura constantes... Ao iniciar a cavitao em determinado ponto, isso observado diretamente na curva.Net Positive Suction Head (NPSH) Caracterizar as condies para que ocorra boa"aspirao. NPSH (APLS Altura Positiva Lquida de Suco) Esta grandeza representa a disponibilidade de energia com que olquido penetra na boca de entrada da bomba. lquido penetra na boca de entrada da bomba. a presso mnima em termos absolutos, em mCA, acima da pressode vapor do produto, a fimde evitar a formao de bolhas de vapor. Podemos dividir em: NPSHr Requerido (ou NPSR Net Positive Suction Required) NPSHd Disponvel (ou NPSA Net Positive Suction Available)NPSHr x NPSHdNPSR (NPSHr) RequeridoCaracterstica da bomba dado pelo fabricante;Varia com a velocidade e a vazo;NPSA (NPSHd) Disponvel NPSA (NPSHd) DisponvelCaracterstica do sistema;Refere-se as condies na entrada do flange de suco;Net Positive Suction Head (NPSH) Aplicando a eq. da energia entre os pontos: [0]: sup. Livre no reservatrio de captao [1]: entrada da bomba (altura do centro da bomba)2 20 1 1V p Vh H h J + + = + + +0 1 10 00002 20 j que o ponto (0), nosso referencial0 (velocidade superficial do fluido no reservatrio nula)a aatmmanV p Vh H h Jg gpH HhV+ + = + + += ===Net Positive Suction Head (NPSH) Coma equao anterior... PRESSO ESTTICA ABSOLUTA (entrada da bomba)21 12atm a ap VH h Jg = ALTURA TOTAL DE ASPIRAO (fornecida pelo vacumetro)21 12a atm a ap VH H h Jg g = = + + ENERGIA TOTAL ABSOLUTA (na entrada da bomba)21 12atm a ap VH h Jg g + = Net Positive Suction Head (NPSH) Altura Positiva Lquida de Aspirao ou Suco Disponvel NPSHd Sistema! Diferena entre a energia total absoluta e a presso de vapor dolquido (hv) Disponibilidade da energia com que o lquido penetra na boca deentrada da bomba entrada da bomba21 12vp VNPSHd hg g | |= + |\ atm a a vNPSHd H h J h Caso geral de NPSHd: Quando H0for diferente de Hatm; Quando a bomba estiver acima (-) ou abaixo (+) do nvel doreservatrio.0( )a a vNPSHd p h J h Net Positive Suction Head (NPSH) Altura Positiva Lquida de Suco Requerida NPSHr Bomba! Para defini-lo devemos identificar as parcelas de energia envolvidas.202VgParcela de energia necessria para que o lquido penetre na bomba Parcela de energia necessria para que o lquido penetre na bomba2gh Parcela Parcela de de energia energia necessria necessria para para vencer vencer as as perdas perdas de de energia energiaprovindas provindas da da variao variao da da velocidade velocidade relativa relativa ( (WW1 1) ) ee perdas perdas devido devido ao aoaumento aumento de de velocidade velocidade absoluta absoluta CC1 1..2 21 11 22 2W Chg g | | = + |\ Presses dinmicas Presses dinmicasWW1 1 devido velocidade absoluta na entradadevido velocidade absoluta na entrada do rotor. do rotor.CC1 1 devido turbulncia entre entrada e ps. devido turbulncia entre entrada e ps.1 2, coeficientes empricos Net Positive Suction Head (NPSH) Altura Positiva Lquida de Suco Requerida NPSHr Bomba!2 21 11 22 2reqW CNPSH hg g | |= = + |\ 2V Este termo geralmente negligenciado, por serEste termo geralmente negligenciado, por ser 202VgEste termo geralmente negligenciado, por serEste termo geralmente negligenciado, por ser pequeno. pequeno.NPSHrNPSHrdado graficamente pelo fabricante dado graficamente pelo fabricanteNet Positive Suction Head (NPSH) Condio para evitar cavitao0, 6 NPSHd NPSHr +Fator de segurana Fator de seguranaemprico emprico202a man a v manVh H J h Hg| |< + + + |\ emprico emprico Pelo equacionamento j apresentado, pode-se chegar em:manhH=Nmero de Thoma ou Fator de Cavitao da Bomba Nmero de Thoma ou Fator de Cavitao da BombaEsse termo representa oEsse termo representa o NPSHr. (mtodo terico, masNPSHr. (mtodo terico, mas no muito usual!) no muito usual!)Net Positive Suction Head (NPSH) Condio para evitar cavitao202a man a v manVh H J h Hg| |< + + + |\ ha = negativo: a bomba deve ser instalada abaixo do nvel do lquidomanhH=Esse valor obtido atravs de grficos em funo da rotaoEsse valor obtido atravs de grficos em funo da rotao especfica. especfica.No devemos utilizar esse mtodo para obter o NPSHr, No devemos utilizar esse mtodo para obter o NPSHr, SEMPRE recomendado usar valores do fabricante. SEMPRE recomendado usar valores do fabricante. ha = negativo: a bomba deve ser instalada abaixo do nvel do lquido(afogada) ha = positivo: a bomba deve ser instalada acima do nvel do lquido.Net Positive Suction Head (NPSH) A nvel de curiosidade... Tipo de Bomba0,0011 Centrfugas radiais0,0013 Helicoidais helico-radiais43qn =0,0013 Helicoidais helico-radiais0,00145 AxiaisNet Positive Suction Head (NPSH) EXEMPLO: Suponhamos que uma bomba de modelo hipottico Ex.1 seja colocadapara operar com 35 m c.a. de HMAN, vazo de 32,5 m/h, altura desuco de 2,0 metros e perda por atrito na suco de 1,5 m c.a.. Aaltura em relao ao nvel do mar onde a mesma ser instalada deaproximadamente 600 metros, e a temperatura da gua de 30C. aproximadamente 600 metros, e a temperatura da gua de 30C.Net Positive Suction Head (NPSH) EXEMPLO: Suponhamos que uma bomba de modelo hipottico Ex.1 seja colocadapara operar com 35 m c.a. de HMAN, vazo de 32,5 m/h, altura desuco de 2,0 metros e perda por atrito na suco de 1,5 m c.a.. Aaltura em relao ao nvel do mar onde a mesma ser instalada deaproximadamente 600 metros, e a temperatura da gua de 30C. aproximadamente 600 metros, e a temperatura da gua de 30C.Net Positive Suction Head (NPSH) EXEMPLO: Suponhamos que uma bomba de modelo hipottico Ex.1 seja colocadapara operar com 35 m c.a. de HMAN, vazo de 32,5 m/h, altura desuco de 2,0 metros e perda por atrito na suco de 1,5 m c.a.. Aaltura em relao ao nvel do mar onde a mesma ser instalada deaproximadamente 600 metros, e a temperatura da gua de 30C. aproximadamente 600 metros, e a temperatura da gua de 30C.9, 58 mca (retirado da tabela)0, 433 mca (retirado da tabela)2m1, 5mcaatm a a vatmvaaNPSHd H h J hHhhJ ====5, 64mca NPSHdNet Positive Suction Head (NPSH)NPSHr=4,95 NPSHr=4,95mca mcaNet Positive Suction Head (NPSH) EXEMPLO: Suponhamos que uma bomba de modelo hipottico Ex.1 seja colocadapara operar com 35 m c.a. de HMAN, vazo de 32,5 m/h, altura desuco de 2,0 metros e perda por atrito na suco de 1,5 m c.a.. Aaltura em relao ao nvel do mar onde a mesma ser instalada deaproximadamente 600 metros, e a temperatura da gua de 30C. aproximadamente 600 metros, e a temperatura da gua de 30C.0, 65, 64mca 4,95+0,65,64mca 5,55mcaNPSHd NPSHr +OK! No ir cavitar! OK! No ir cavitar!Porm aconselhvel evitar: Porm aconselhvel evitar:--Aumento de vazo; Aumento de vazo;--Aumento do nvel dinmico na captaoAumento do nvel dinmico na captao (reduz a altura manomtrica); (reduz a altura manomtrica);--Aumento da temperatura da gua. Aumento da temperatura da gua.MAIS EXERCCIOS: Cap.9MAIS EXERCCIOS: Cap.9 Bombas e Instalaes de Bombeamento (Macintyre) Bombas e Instalaes de Bombeamento (Macintyre)Golpe de Arete (Water Hammer) Este um outro fenmeno (problema) enfrentado eminstalaes hidrulicas. Abordagemapenas INFORMATIVA. Clculos pouco mais extensos. O QU GOLPE DE ARETE? Variaes de presso, resultantes de variaes da vazo, causadas por alguma perturbao, voluntria ou involuntria, que se impe ao fluxo de lquidos no interior de condutos. Abertura ou fechamento de vlvulas; Falhas mecnicas de dispositivos de proteo ou controle; Paradas de bombas (falta de luz por exemplo).Golpe de Arete (Water Hammer) A anlise do fenmenos pode evitar: Ruptura de tubulaes por sobrepresso (dimensionamento detubulaes comespessuras reduzidas); Avarias embombas; Colapso de junes;Avarias emacessrios (vlvulas, registros, etc.)Avarias emacessrios (vlvulas, registros, etc.) O fenmeno... A energia de presso, do golpe, se converte emtrabalho de compressodo lquido... ... deformando as paredes da tubulao, peas, vlvulas, at onde aonde de sobrepresso se propagar.Golpe de Arete (Water Hammer) O fenmeno... Pelo 2 postulado de Newton, juntamente com a quantidade demovimento... ... supomos uma partcula fluida de massa m velocidade V, emdeterminado instante t.mV Ft = Em um fechamento de vlvula, por exemplo, feito instantaneamente...a fora F tenderia ao infinito! Na prtica o fechamento leva umtempo determinado, mas apenas para darideia do fenmeno.Golpe de Arete (Water Hammer) Clculo do Golpe de Arete: Existemvrios mtodos de clculo. Principais: Mtodo de Parmakian ABNT: P-NB-591/77 Dispositivos de proteo: Sempre preocupados, tambm, com: custo operacional, manuteno,eficincia, etc.. Tubos com espessura (milmetros) superiores a 8x o dimetro do tubo(metros): Ex.: D=1,20mesp.=9,6mm. Usar encanamentos de dimetro grande (velocidades menores); Volantes de inrcia (aumentamo custo de energia, motores potentes); Vlvulas de alvio; Ventosas (reservatrios de ar); Chamins de equilbrio;Golpe de Arete (Water Hammer) Dispositivos de proteo (continuao): By-Pass; Vlvulas de reteno commolas (usadas emdimetros de 75 600mm); Reservatrios unidirecionais.Vlvulas de alvio Vlvulas de alvioVentosas VentosasGolpe de Arete (Water Hammer)Chamins de Equilbrio Chamins de EquilbrioBy By--Pass PassVlvula de reteno comVlvula de reteno com portinhola portinholaGolpe de Arete (Water Hammer)Reservatrio Reservatriounidirecional unidirecionalSeleo de Bomba Como sabemos, a seleo do equipamento depender, dentreoutras coisas, da perda de carga do sistema. Vrios mtodos, mais prticos e com bons resultados podem seraplicados. Equaes: universal, Hazen-Williams e Flamant; bacos (fabricantes, clssicos); Tabelas (fabricantes, literatura); Programas (fabricantes, ou clssicos). Por serem extremamente mais simples, e de aplicao direta asfrmulas empricas so de ampla utilizao emsistemas hidrulicos. Hazen-Williams; Flamant; Fair-Whipple-Hsiao; Chzy; Etc..Seleo de Bombas Flamant Muito utilizada em instalaes prediais para tubos de ferro galvanizado1,751,25VJ bD=b= 0,00023 b= 0,00023 (tubos de ferro e ao em uso) (tubos de ferro e ao em uso)b= 0,000185 b= 0,000185 (tubos de ferro e ao novos) (tubos de ferro e ao novos)1,25J bD=b= 0,000135 b= 0,000135 (tubos de PVC) (tubos de PVC)Para dimetros at 50mm. Para dimetros at 50mm. Hazen-Williams Mais utilizada em instalaes de bombeamento.1,851,85 4,8710,547QJC D=JJ[m/m]; Q[m/s] [m/m]; Q[m/s]Seleo de Bombas Hazen-Williamslm eqH JL =