Projeto: Dimensionamento de uma estação de Bombeamento para um Bairro

Dimensionamento de uma estação de Bombeamento para um Bairro

Componentes:Paulo LuzardoAirton MedeirosFlauber CarlosJames SilvestreAntonioni TardelliThiago Amsterdam

Este projeto tem como intuito ensinar ao aluno os passos à serem tomados para o dimensionamento de uma estação de bombeamento desde da demanda até a bomba ,tomando como exemplo o abastecimento de água de um pequeno bairro e também ,mostrar alguns tipos de bombas existentes.

Definição:

Máquinas Hidráulicas são máquinas que trabalham fornecendo, retirando ou modificando a energia do líquido em escoamento.

1. MÁQUINAS OPERATRIZES:

Introduzem no líquido em escoamento energia de uma fonte externa.Transformam energia mecânica fornecida por uma fonte (um motor elétrico, por exemplo) em energia hidráulica.

Características adicionadas ao líquido:pressão e velocidade

(exemplo: bombas hidráulicas)

2. MÁQUINAS MOTRIZES:

Transformam a energia hidráulica que o líquido possui em outra forma de energia e a transferem para o exterior.Exemplos: turbinas, motores hidráulicos, rodas d’água;

ESQUEMA DE INSTALAÇÃO HIDRELÉTRICA

3. MÁQUINAS MISTAS:

Máquinas que modificam o estado da energia que o líquido possui.

Exemplos: ejetores (bombas injetoras) e carneiros hidráulicos.

BOMBAS HIDRÁULICAS são máquinas motrizes que recebem energia potencial de um motor ou de uma turbina e transformam parte dessa potência em:

Energia cinética (movimento) – bombas cinéticas Energia de pressão (força) – bombas de deslocamento

diretoAs bombas cedem estas duas formas de energia ao fluído bombeado, para fazê-lo recircular ou para transportá-lo de um ponto a outro.

São bombas hidráulicas em que é importante o fornecimento de energia à água sob forma de energia de velocidade.

Essa energia converte-se dentro da bomba em energia de pressão, permitindo que a água atinja posições mais elevadas dentro de uma tubulação.

TIPOS DE BOMBAS CINÉTICAS:

Bombas Centrífugas: Fluxo radialFluxo mistoFluxo axial

Com a facilidade de acesso à eletricidade e ao motor elétrico, as bombas cinéticas do tipo centrífugas passaram a ser preferidas devido ás seguintes razões:• maior rendimento;• menor custo de instalação, operação e manutenção;• pequeno espaço exigido para a sua montagem, comparativamente com as de pistão.

Tem-se principalmente uma ação de propulsão que incrementa a energia de pressão, alcançando os mesmos objetivos das bombas cinéticas.

Tipos:a) Movimento alternado (pistão)b) Rotativas

As primeiras bombas utilizadas em abastecimento de água, eram do tipo de deslocamento direto, de movimento alternado a pistão, movimentadas por máquinas a vapor.

•Bombas centrífugas: irrigação, drenagem e abastecimento.•Bombas a injeção de gás: abastecimento a partir de poços profundos.•Carneiro hidráulico e bombas a pistão: abastecimento em propriedades rurais.•Bombas rotativas: combate a incêndios e abastecimento doméstico.

“As BOMBAS CENTRÍFUGAS tem de um propulsor rotativo (rotor) que gira com grande velocidade dentro de uma caixa de metal, de forma espiral ou cilíndrica, denominada “corpo da bomba”.

O Fluxo da água no interior da bomba centrífuga pode tomar diferentes direções, o que faz com que sejam classificadas da seguinte forma: bombas de fluxo radial; bombas de fluxo axial; bombas de fluxo helicoidal ou misto.

A água entra pela parte central do rotor onde é lançada pelas pás deste e pela ação da força centrífuga, para a periferia da bomba e, daí, para o tubo de elevação.

Quando o líquido é forçado do centro para a periferia, há formação de vácuo, que é imediatamente preenchido pela água existente na canalização de sucção.

BH

h

A

MIN.

30 C

M

1

2

2

3

4

1

2

3

4

- VAlVULA DE PE- CURVA LONGA 90░- REGISTRO DE GAVETA- VALVULA DE RETENCAO

A pressão atmosférica local “empurra” a água para dentro da canalização de sucção, já que em seu interior a pressão é menor, devido ao vácuo causado pela ação do rotor.

Conclusão:Embora o termo “canalização de

sucção” seja bastante empregado, é a pressão atmosférica que empurra a água para dentro da bomba.

ROTOR:Elemento rotativo das bombas centrífugas; pode

ser de ferro fundido, bronze ou inox, dependendo das condições de emprego.

As bombas de fluxo radial podem ter rotores do tipo aberto, semi-aberto e fechado.

O rotor fechado tem as pás compreendidas entre dois discos paralelos, podendo ter entrada de um só lado (sucção simples) ou de ambos os lados.

É mais eficiente que os outros tipos, porém é recomendado para água limpa.

O rotor aberto tem pás livres na parte frontal e quase livres na parte posterior. No rotor semi-aberto, as pás são fixadas de um lado num mesmo disco, ficando o outro lado livre.

Estes dois tipos de rotores destinam-se a bombear líquidos viscosos ou sujos (com partículas sólidas em suspensão), pois dificilmente são obstruídos.

Feita geralmente em ferro fundido abriga o rotor em seu interior.

As carcaças das bombas de escoamento radial podem se apresentar como CARACOL (voluta ou espiral) ou turbina (circular) e para as bombas de escoamento axial e misto, o formato é geralmente cilíndrico.

As carcaças em forma de CARACOL são projetadas para que a vazão de escoamento em torno da periferia do rotor seja constante e para reduzir a velocidade da água ao entrar na canalização de recalque.

Nas bombas do tipo turbina os rotores são rodeados por palhetas guia que reduzem a velocidade da água e transformam a altura cinética (velocidade) em altura piezométrica (pressão).

Eixo; Mancais ou rolamentos; Selo mecânico: função de vedação. Gaxetas: anéis de amianto com a função de impedir vazamentos ou entrada de ar. Deve gotejar 2 a 6 gotas por minuto;

SELO MECÂNICO

H0= 50m (Altura estática);Ls= 15m (comprimento das partes retas da sucção);LR = 4,5km = 4500m (comprimento das partes retas do recalque);Tubo de ferro fundido novo.

População: 4000 habitantes; 1 Creche com 120 pessoas 1 Hospital: 20 leitos; 1 Mercado: 2000m²; 3 Escolas: 500alunos /escola; 2 Restaurantes: 3 refeição/dia x restaurantes;

1 lavanderia: 30 l /kg 10 estabelecimentos comerciais com 6 pessoas cada

Outras Atividades: 15.000 l/ dia;

Demanda

CALCULO DA VAZÃO: Consumo dos habitantes: -População: 4000 habitantes

Admitindo:Q1= 250 l/ dia x habitantesQ1= 250 x 4000 →Q1= 1000000 l/ dia Creche:1Creche : 50 l /dia x capitaQ2= 50 l/dia x per capita→Q2= 50 x 120→Q2=

6000 l/dia Consumo do hospital:1 Hospital: 20 leitos Q3= 250 l/dia x leito→Q3= 250 x 20→Q3=5000 l/

dia

Consumo dos restaurantes:Restaurantes: 3 refeição/dia x restaurantesQ4= 250 l/ dia x refeição→Q4= 250 x 3 x 2→Q8=

1500 l/dia Lavanderia1 lavanderia: 30 l / kgQ5= 30 l/kg x kg de roupa→Q5= 30 x 150

→Q4=4500 l/ dia Consumo dos Mercados1 Mercado: 5 l / m²Q6= 2000 m² x 5 →Q6= 10000 l/dia Consumo das Escolas: 3 Escolas: 500alunos / escola;Q6= 500 x 3 x 50→Q6= 75000 l/dia

Estabelecimentos comerciais10 Estabelecimentos comerciais com 6

pessoas / estabelecimento:Q7= 10 x 6 pessoas x 50→Q7= 3000 l/dia Outras atividadesQ8= 15000 l/dia Consumo TotalQ= Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7+Q8

→Q=1120000 l/dia

Q=1120000 /( 1000 x 24) = 46,67 m3 / h / (3600)=0,012963 m3 / s

DR = k x √ Q

Adotando k =1, tem-se: DR = 1 x √0,0,012963→ DR = 0,114

m Para tubos de ferro fundido:

θS = 125 mm θr = 100 mm

Comprimento virtual da sucção: PEÇAS DA SUCÇÃO:01 válvula de pé e crivo ------- 39,0 m 01 curva longa de 90° R/D = 5 --------

1,6m Comprimento de tubulação reta na

sucção ------- 15,0m

Comprimento virtual da sucção:Lvs = 55,6m = 0.0556km

Perda de Carga unitária da sucçãoUtilizando o ábaco de Hazen – Williams, tem-se:

Para Q = 12.963 l/s; θS = 125mm → j/k (c=100)s x k(c=120)

j/k (c=120)s = 19 x 0,713 = 13,547m / km

Perda da carga na sucção:ΔHS = 13,547 x 0.0556 =

0,753 m

Comprimento Vertical do Recalque:PEÇAS DO RECALQUE:04 curva 90° R/D = 1“ ------ 4 x 1.6 = 6,4m 01 válvula de retenção tipo leve ------ 8,4m01 registro de gaveta aberto ------ 0,7m03 curva de 45º ------ 3 x 0,7 = 2,1mSaída de Canalização ------ 3,2mComprimento de tubulação reta no recalque

------ 4500mComprimento virtual do recalque

Lvr = 4520,8m =4,5208km

Perda de Carga unitária no recalque: Para Q=12,963 l/s: θr = 100mm → j/k(c=100)r = 45 m/km

vr= 1,57 m/s → c=120→ k=0,713 logo:j/k(c=120)r = j/k(c=100)r x k(c=120)→

j/k(c=120)r = 40 x 0,713 → j/k(c=120)r=28,52m / kmPerda da carga no recalque:

ΔHr =28,52 x4,520→ ΔHr = 128,93m

ΔH= 0,753+ 128,93→ΔH= 129,68mAdicionando uma margem de segurança

de 10% tem-se:ΔH= 1,1 x 129,68→ΔH= 142,65m

Para pressão na secção igual a pressão do recalque temos logo:

HMan= H0+ ΔH→HMan = 50 + 142,65→HMan = 192,65m

Escolha primária da bomba:Q= 46,67 m3 / h =0,012963 m3 / s =

12,963 l/s= e HMan= 192,65mPara o fabricante Bombas IMBIL:Bomba centrifuga série BEW 80/10,

rendimento ή= 64%.

Pot = γ x HMan / 75ή Para temperatura de 35 ºC,o peso especifico da

água é γ= 994 kgf /m3 Pot = 994 x 0,012963 x 192,65/ (75 x 0.64) = 51,71

CV Usando uma margem de segurança para potência

de 20CV de 10% tem-se:Pot = 1,1 x 51,71 = 56,88 CV

Logo a potência a ser instalada de acordo com os motores elétricos fabricados no Brasil será: Pot instalada= 60 CV

Uma bomba centrífuga com bocais flangeados, de eixo horizontal, Marca IMBIL, modelo BEW 80/10, de monoestágio com rotores fechados, para recalque de água fria neutra a uma temperatura de 35°C.

Diâmetro de sucção = 125 mm;Diâmetro de recalque =100 mm;Diâmetro do rotor = 202,5mm;Rendimento = 64%;

Motor elétrico de 60CV, com quatro pólos 60 hz, 1750rpm,.

Vazão = 46,67m3 / h;Altura manométrica total = 192,65m;

NPSH requerido = 2,36m.

Para A = 50mPa / γ = 10- 0,0012 x A → Pa / γ = 10-

0,0012 x 50 = 9,94m

Para T = 35ºC:γ = 994 kgf/ m2 e Pv = 0,0572 kgf/ cm2 Pa / γ = 572 / 994 = 0,575m

Perda da carga da sucção: ΔHS =0,753 m

O NPSH requerido é obtido através da curva da bomba selecionada para Q=72,62m3 / h. Assim:

ΔH* = NPSHrequerido = 2,36m Desprezando a variação da energia cinética, tem-se:Ha <= 9.94- 0,575- 0,753 – 2,36Ha<= 6,252m. Deve-se colocar a bomba abaixo de 6,252m

Para trabalhar com segurança deve-se afogar a bomba (ou colocar abaixo do nível da água) em 1,5m.assim

Ha= -1,5m

Verificação da condição de não-cavitação:

NPSH disponível > NPSH requerido NPSH é a altura total da sucção,

referida à pressão absoluta, tomada no centro do bocal de sucção, menos a pressão do vapor do líquido a ser bombeado. A importância do cálculo do NPSH é conseqüência da necessidade de ser evitada a ocorrência de cavitação.

NPSH requerido é especificado nas curvas características das bombas;

NPSH disponível é característico do local da instalação da bomba (altura).

Verificação: NPSH disponível = Pa / γ – Ha – Pv / γ -

ΔHs = 9,94-(-1,5)-0,575-0,753 = 10,11m

NPSH disponível = 10,11m NPSH requerido = 2,36m Como NPSH disponível > NPSH

requerido, a condição de não cavitação está satisfeita.

O trabalho apresentado serviu para o aprendizado sobre o dimensionamento de uma bomba e conhecer alguns tipos de bombas também permitindo ao aluno de automação vislumbrar uma possível atividade a ser desempenhada em sua profissão.