Bombas Centrífugas - Seleção e Aplicação, Notas de estudo de Engenharia de Manutenção

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Seleção e Aplicação de

Bombas Centrífugas

20

40

60

80

100

0 100 200 300 400 500 Q m^3 /h

(^57 )

ø

ø

ø

47 (^7277)

ø

74, 78

ø ø

77

74,

Sumário

página

3 Conceitos básicos de hidráulica

3 Fluidos

7 Pressão

8 Vazão

9 Volume

10 Cálculo de volumes para sólidos geométricos

11 Golpe de aríete

12 Exercícios

14 Sistemas de Bombeamento

15 Considerações sobre a sucção

18 Cálculo do diâmetro da tubulação de sucção e recalque

20 Composição da altura manométrica total

22 Perdas de cargas

23 Principais componentes da tubulação de sucção e recalque

26 Curvas características do sistema

31 Curvas características das bombas

35 Cálculo do diâmetro do rotor na curva da bomba

38 Ponto de trabalho

41 Alteração do ponto de trabalho

42 Leis de similaridade

47 Potência consumida pela bomba

Conceitos Básicos de

Hidráulica

Fluidos : Fluido é qualquer substância não sólida, capaz de escoar e assumir a forma do recipiente que o contém. São divididos em líquidos e gasosos.

Principais propriedades dos fluidos :

Incompressibilidade: Fluidos não são compressíveis, isto é, não alteram o seu volume quando submetidos uma pressão.

Peso Específico (γ): É o peso da substância pelo volume ocupado pela mesma, cuja expressão é definida por:

Massa específica (ρ): É a massa por unidade de volume, cuja expressão é:

kgf/cm²

kgf/cm²

kgf/cm²

kgf/cm²

100 m 83,3 m 117,7 m^ 133,33 m

Água ⍴⍴⍴⍴ = 1000 kgf/m³

Água salgada ⍴⍴⍴⍴ = 1200 kgf/m³

Gasolina ⍴⍴⍴⍴ = 750 kgf/m³

kgf/cm²

100 m

Água ⍴⍴⍴⍴ = 1000 kgf/m³

Água salgada ⍴⍴⍴⍴ = 1200 kgf/m³

óleo ⍴⍴ ⍴⍴ = 850 kgf/m³

Gasolina ⍴⍴⍴⍴ = 750 kgf/m³

kgf/cm²

kgf/cm²

kgf/cm²

100 m 100 m 100 m

Relação entre peso e massa específica:

Influência do peso específico na relação entre pressão e altura de coluna de líquido:

g = 9,8 m/s^2

Onde: v v^1 = Velocidade na Secção 1 A^2 = Velocidade na Secção 2 A^1 = Área da Secção 1 2 = Área da Secção 2 Onde: Q = Vazão V = Velocidade A = Área

Viscosidade: É a resistência do fluido ao escoamento. A viscosidade tem importante influência devido às perdas de pressão no escoamento dos fluídos. Na forma popular podemos dizer que um óleo é mais grosso quando apresenta uma viscosidade maior e, ao contrário, mais fino quando sua viscosidade é menor. Assim, um líquido escoa facilmente quando sua viscosidade é baixa, é fino ou pouco encorpado que um fluido grosso ou muito encorpado, possui uma viscosidade alta e por isso, tem dificuldade em escoar.

Por exemplo: se despejarmos água em uma rampa inclinada ela escoará rapidamente, já se despejarmos mel, o mesmo irá demorar a escoar devido a sua viscosidade ser alta.

Pressão de Vapor (Pv): Pressão na qual transforma o fluido em estado líquido em estado gasoso. Quanto mais baixa a pressão de um fluido, mas perto se chega à pressão de vapor desse fluido. Esses vapores criam micro-bolhas de ar dentro do fluido que quando submetidos a uma alta pressão, implodem causando danos a partes metálicas de bombas ou outros componentes. Esse fenômeno é chamado cavitação.

A

V =^ Q

Pressão:

Pressão é uma força sobre uma área.

Lei de Pascal : "A pressão aplicada age igualmente em todas as direções e perpendicular às paredes do recipiente."

Pressão atmosférica: é a pressão exercida pela atmosfera num determinado ponto. É dada pela unidade Atm , ou seja, 1 atmosfera, que equivale a 1 Kgf/cm². O peso normal do ar ao nível do mar é de 1kg/cm². Porém, a pressão atmosférica diminui com o aumento da altitude. Quanto maior a altura em relação ao nível do mar, menor é a pressão atmosférica. Ex: A 3000 metros, é cerca de 0,7kg/cm². A 8840 metros, a pressão é de apenas 0,3 kg/cm².

Teorema de Stevin : Usa-se o Teorema de Stevin quando se necessita descobrir a pressão de um fluido em uma profundidade desejada:

Exemplo: pA = 4 kg/cm². pB =? γ água = 0,001 kgf/cm^3 h = 1000 cm (10 metros) pA – pB = γ. h 4 – pB = 0,001. 1000 4 – pB = 1 pB = 4 – 1 pB = 3 kg/cm².

Volume : O volume de um líquido é a quantidade de espaço ocupada por esse líquido. A unidade mais utilizada para medir o volume é metro cúbico (m^3 ), que equivale a 1000 litros de água. 1 dm^3 corresponde a 1 litro de água. Um cubo de 1 dm x 1 dm x 1 dm tem a capacidade de 1 litro.

Submúltiplos do m^3 :

x 1000 : 1000 m^3 dm^3 cm^3 mm^3

Para realizar a conversão da direita para esquerda, divide-se o valor por

1000. Para realizar a conversão da esquerda para a direita, multiplica-se o valor por

Exemplos de conversão: - 1000 dm^3 em m^3 = 1000 : 1000 = 1 m^3. - 1m^3 em cm^3 = 1 x 1000 x 1000 = 100.000 cm^3. - 100.000.000 mm^3 em m^3 = 100.000.000 : 1000 : 1000 : 1000 = 0,1 m^3. - 1m^3 em dm^3 = 1 x 1000 = 1000 dm^3. 

Na página seguinte veremos como calcular o volume dos principais sólidos geométricos.

Tabela de fórmulas para cálculo de volumes para sólidos geométricos:

Exercícios :

1. Defina o que é fluido.
2. Cite e explique pelo menos duas propriedades dos fluidos.
3. Cite os regimes de escoamento dos fluidos e descreva qual deles é o maior causador de atritos dentro da tubulação. Justifique sua resposta.
4. Qual a unidade de pressão mais utilizada em sistemas de bombeamento? Qual a relação dessa unidade para a unidade kgf/cm^2?
5. O que é pressão atmosférica? Quanto ela vale?
6. Qual a unidade de vazão mais utilizada em sistemas de bombeamento?
7. Faça as conversões:

a) 600m^3 para dm^3 =

b) 20.000.000 cm^3 para m^3 =

c) 15.000 dm^3 para m^3 =

d) 6.000.000 mm^3 para m^3 =

8. Calcular os volumes das figuras:

a)

b)

c)

d)

a = 2 m b = 3 m c = 5 m

r = 4 m h = 10 m

a = 1,5 m b = 10 m c = 2 m

r = 6 m h = 25 m

3. Qual a vazão desejada?

• Agora devemos saber qual a quantidade de fluido que o projeto necessita no reservatório de recalque.

Considerações sobre a sucção : A parte mais importante de um projeto de bombeamento é a sucção. Todos os cuidados devem ser tomados para que não haja problemas. O recalque é uma conseqüência do trabalho da sucção.

• a tubulação da sucção deve ser a mais reta e curta possível a fim de reduzir perdas de cargas.
• o diâmetro da tubulação de sucção deve ser maior que o diâmetro do recalque.
• a bomba deve estar o mais perto possível do reservatório de sucção.
• a tubulação de sucção deve ter uma submergência mínima de 5 vezes o diâmetro do tubo para evitar a formação de vórtice na sucção. Se o nível na sucção variar constantemente, deve-se colocar uma redução em cone (sino) para aumentar a área de sucção, evitando o vórtice.
• devem-se utilizar sistemas de “quebra vórtice” ou chicanas quando necessário.

sucção nível 5x Ø tubo

submergência mínima sucção nível

2x Ø tubo

Utilização de chicanas

Os tipos de sucção podem ser:

• Positiva (também conhecida pelo termo “bomba afogada”): é quando o reservatório de sucção está acima do nível da bomba.
• Negativa: é quando o reservatório de sucção está abaixo no nível da bomba

Para a bomba, a melhor situação é quando ocorre a sucção positiva, pois o próprio peso do fluido faz com que o liquido entre na bomba.

Quanto aos tipos de reservatórios de sucção, podem ser:

• Aberto: quando o reservatório não é pressurizado, sofrendo apenas a pressão atmosférica.
• Fechado: quando o reservatório é pressurizado com uma pressão além da pressão atmosférica.

A figura a seguir ilustra os tipos de sucção e reservatórios.

Cálculo do diâmetro da tubulação de sucção e recalque:

Para evitar o vórtice dentro da tubulação é necessário que o fluido bombeado escoe numa velocidade ideal. Para líquidos e óleos leves podem-se utilizar os valores de 1,0 a 2,0 m/s. Para água pode-se usar 1,5 m/s. Para líquidos mais viscosos, usar uma velocidade menor que 1,0 m/s. Os diâmetros dos furos dos flanges de sucção e recalque, não têm relação com o diâmetro da tubulação. Geralmente utiliza-se o diâmetro de sucção com um padrão comercial maior do que do recalque, por exemplo: recalque Ø4” – sucção Ø5”. Para calcular os diâmetros da tubulação, usa-se a fórmula a seguir:

A resposta da fórmula será o diâmetro da tubulação de recalque. Acrescenta- se um diâmetro comercial maior para a tubulação de sucção. Exemplo: Calcular o diâmetro da tubulação para uma vazão de 300 m^3 /h de água.

Como o resultado sai em metros, deverá ser convertido para milímetros ou mais usualmente no caso de tubulações, para polegadas.

0,266 m = aproximadamente 10”. Então a tubulação de recalque será de Ø10” e a sucção um padrão comercial maior, que será Ø12”. Os diâmetros comerciais de tubos mais encontrados são ½”, ¾”, 1”, 1 ¼”, 1 ½”, 2”, 2 ½”, 3”, 4”, 5”, 6”, 8”, 10”, 12”, 14”, 16”, 18”, 20” e 24”.

(^2 ) 1 , 128 V

Q

D = ⋅

Onde: D = diâmetro da tubulação em metros 1,128 = constante de fórmula Q = vazão em m^3 /h 3600 = fator de conversão de hora para segundo V = velocidade ideal do fluido

2 1 , 5

3600

300 D = 1 , 128 ⋅

D = 0 , 266 ( m )

Exercícios: Calcule o diâmetro da tubulação para as vazões de 100 m^3 /h, 500 m^3 /h e 700 m^3 /h de água.