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LOQ4085– OPERAÇÕES UNITÁRIAS I
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
ENGENHARIA QUÍMICA
Profa. Lívia Chaguri
E-mail: [email protected]
Bombas – Parte 1
- Introdução
- Classificação
- Bombas sanitárias
- Condições ótimas de utilização
Profa. Lívia Chaguri
E-mail: [email protected]
Conteúdo
Bombas – Parte 2
- Cálculo da altura manométrica (projeto)
- Balanço energético
- Cálculo da perda de carga
Profa. Lívia Chaguri
E-mail: [email protected]
Conteúdo
Bombas – Parte 3
- Curvas características
- Curvas características das tubulações
- Cavitação
Profa. Lívia Chaguri
E-mail: [email protected]
Conteúdo
Descrevem as características operacionais das bombas;
Curva mais importante: altura manométrica x vazão;
Observação da relação entre altura de projeto (Hp) e vazão
volumétrica (Q);
Escolha do tipo de bomba a serem utilizadas.
5
Curvas características
Curvas estáveis – para cada
altura manométrica existe um
único valor de vazão e vice-versa.
6
Pás do rotor comunicam aceleração á massa líquida,
transformando energia mecânica em cinética;
Energia é transformada parcialmente em energia de
pressão pelo aumento progressivo na seção da carcaça;
Rotação das pás, forma e dimensão das pás, influem na
intensidade de energia fornecida ao fluido;
Curva característica da bomba é modificada por esses
parãmetros;
Curvas características das bombas dos fabricantes:
baseadas em dados experimentais (ensaios com água –
para outros fluidos; gráficos de correção).
Turbobombas
Também chamadas de curvas dos sistemas;
Obtidas da equação de altura manométrica, em que a perda
de carga é calculada para diversos valores de vazão (Q);
Curva caraterística: mostra a variação da altura
manométrica com a vazão;
Variação da energia por unidade de peso que o sistema
solicita em função da vazão.
7
Curvas características das tubulações
pp hzg
vvPH
2
2
1
2
2 (1)
Obter os valores de vazão e os correspondentes valores da
altura manométrica, de modo a permitir traçar a curva
característica da tubulação esquematizada. Calcular a perda de
carga pela fórmula universal e comprimento equivalente. São
dados: comprimento total da tubulação 62 m, comprimento
equivalente Leq = 32 m e altura manométrica z = 9 m. Para
simplificar, supor que a tubulação é de aço 2”40S. O fluido em
bombeamento é água a 20 ºC (visco. Cinemát. =1,007*10-6
m2/s).
8
Exemplo 1
9
Exemplo 1 – Considerar aço comercial para obter rugosidade.
10
Exemplo 1 – Curva característica da tubulação – Fórmula Universal e
comprimento equivalente.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 5 10 15 20 25 30
Hp
(m
)
Q (m3/h)
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Cavitação
Origem: quando na entrada do impelidor, a pressão for
inferior à pressão de vapor do líquido circulante (na
temperatura em que este se encontra).
Nestas condições: grande bolha de vapor pode aparecer na
seção de entrada da bomba, interrompendo a circulação do
fluido.
Formação de várias bolhas, colapsando, gerando implosões
audíveis e vibrações.
Colapsos: provocam corrosões, desgastando e destruindo
pedaços do rotor e tubos de aspiração.
Rendimento da bomba diminui com a cavitação.
12
Cavitação
13
NPSH requerido e disponível
NPSH requerido (Net Positive Suction Head
required) ou simplesmente NPSHr:
Fabricantes definem, em função da vazão, qual o
valor da energia que deve existir no flange de
sucção da bomba,
Na entrada do impelidor a pressão seja superior à
da vaporização, evitando a cavitação.
NPSHr - parâmetro fornecido pelos fabricantes
juntamente com a curva das bombas.
NPSHr - carga exigida pela bomba para aspirar o
fluido do poço de sucção
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NPSH requerido e disponível
NPSHd – NPSH disponível;
Definido como o valor da diferença entre a energia
total absoluta na entrada da bomba e a pressão de
vapor do líquido, a temperatura em que está sendo
bombeado:
𝑁𝑃𝑆𝐻𝑑 =𝑃𝑠 − 𝑃𝑣
𝛾+
𝑉𝑠²
2𝑔 (8)
NPSHd = energia disponível no líquido na entrada da bomba (m.c.f.);
Ps = pressão absoluta (Patm+Pman) na entrada da bomba, kgf/m²;
Pv = pressão (ou tensão, segundo alguns autores) de vapor na
temperatura do fluido, kgf/m²
15
NPSH requerido e disponível
Tabela 1: Pressão atmosférica em função da Altitude
16
NPSH requerido e disponível
Tabela 2: Valores de pressão de vapor e densidade
da água em função da temperatura
17
NPSH requerido e disponível
Curvas características das bombas dadas por
fabricantes que seguem os padrões norte-americanos
(a grande maioria, aqui no Brasil), a altura cinética 𝑉𝑠²
2𝑔
não está incluída.
A equação para o cálculo do NPSHd, nesses casos,
será simplesmente:
𝑁𝑃𝑆𝐻𝑑 =𝑃𝑠 − 𝑃𝑣
𝛾 (9)
Energia disponível, com que o líquido penetra na bomba (NPSHd) deve
ser maior que a energia exigida pela bomba (NPSHr), para que não
haja cavitação.
Início de cavitação: NPSHd = NPSHr
18
NPSH requerido e disponível
Adicionar, por motivo de segurança, de 0,5 a 1,0
m.c.f. ao NPSHr
Evitar possíveis oscilações, por exemplo, na
pressão e na temperatura do fluido.
𝑁𝑃𝑆𝐻𝑑 = 𝑁𝑃𝑆𝐻𝑟 + 1,0 𝑚. 𝑐. 𝑓 (10)
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Escolha da bomba – catálogo fabricantes
Supondo a altura manométrica Hp=100m
Vazão de projeto de Q = 80m³/h Rotação (rpm)
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Escolha da bomba – catálogo fabricantes Intervalo de 50-250 rpm;
Curva de performance bomba Mega CPK050-250
4 curvas diferentes – variação do diâmetro do rotor da bomba;
Curva mais indicada: rotor de φ246 – curva superior a de projeto.
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Escolha da bomba – catálogo fabricantes Valores numéricos que acompanham cada curva representam a eficiência
de operação da bomba naquele ponto.
Para a bomba escolhida; eficiência entre 67 e 68,4% (bem próximo ao
ponto de máxima eficiência dessa bomba).
Eficiência da bomba
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Escolha da bomba – catálogo fabricantes Escolhida a bomba, analisar outros dois gráficos fornecidos pelo fabricante;
NPSH requerido e Potência da bomba.
NPSHr = 5 m
P = 40 kW
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Escolha da bomba – catálogo fabricantes Escolhida a bomba, analisar outros dois gráficos fornecidos pelo fabricante;
NPSH requerido e Potência da bomba.
NPSHr = 5 m
P = 40 kW
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Exemplo 2 Calcular a altura máxima (zm), a partir do nível da água no
reservatório até a linha de centro da bomba para que não haja
problemas de cavitação.
São especificados: diâmetro de sucção DN = 12 in 40 S (aço);
vazão necessária Q = 300m3/h; altitude local h= 600 m;
temperatura da água 30ºC; acessórios na sucção: válvula de pé
com crivo, uma curva de 90º de raio longo e duas reduções
graduais; comprimento da tubulação de sucção L= 9 m. A curva
da bomba fornecida pelo fabricante e a instalação são
fornecidas na figura a seguir:
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Exemplo 2
26
Exemplo 2
27
Exemplo 2
28
Exemplo 2
29
Exemplo 2
30
Exemplo 2