Escolha das bombas e determinação do ponto de operação do sistema elevatório Para isso, é...
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Escolha das bombas e determinação do ponto de operação do sistema elevatório
• Para isso, é necessário:
• Análise das curvas do sistema elevatório e das bombas disponíveis no mercado, passíveis de serem utilizadas em cada caso
• Análise do tipo de operação do sistema de bombeamento (com uma bomba, bombas em paralelo e bombas em série)– A curva característica vai representar as condições hidráulicas
operacionais da bomba trabalhando com determinado número de giros na unidade de tempo
• Análise:– Etapas do projeto– Padronização de equipamentos eletro-mecânicos– Estudo dos transientes hidráulicos
• Na operação: NPSHd>NPSHr
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Operação com apenas uma bomba
• O ponto de operação do sistema de bombeamento é dado pelo cruzamento as curvas da bomba e do sistema elevatório
• Na escolha da bomba: pesquisar nas curvas características, aquela que eleva a vazão de projeto à altura manométrica, operando o mais próximo possível de seu ponto de melhor rendimento
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Escolha das bombas
Diversas rotações em que a máquina pode operar, as curvas características correspondentes e as parábolas de isoeficiência
Grá
fico
de s
eleç
ão
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São omitidas as linhas de isoeficiência
Escolhida a bomba, procura-se no catálogo do fabricante a respectiva curva característica que fornece o diâmetro do rotor, o rendimento e outros dados
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Associação de bombas centrífugas
• Razões técnicas:– quando um desnível elevado acarretar em um rotor
de grande diâmetro e alta rotação, e com isso altas acelerações centrífugas e dificuldades na especificação de materiais.
• Razões econômicas: – quando o custo de duas bombas menores é inferior
ao de uma bomba de maiores dimensões para fazer o mesmo serviço
– Aumento da demanda no decorrer do tempo
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Associação de bombas
• Com visão no final do plano anti-econômico dimensionar a bomba para a situação de vazão máxima
• A situação mais comum é aquela em que todas as bombas da associação são iguais, o que facilita a manutenção do sistema
• Associação em série: a entrada da segunda bomba é conectada à saída da primeira bomba. Mesma vazão, mas as alturas de elevação de cada uma são somadas para obter a altura de elevação total
• Associação em paralelo: cada bomba recalca a mesma parte da vazão total do sistema, mas a altura total de elevação é a mesma
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Operação de bombas em sérieOperação de bombas em série
• O sistema é empregado quando a elevatória deve atender a reservatórios em níveis ou distâncias diferentes ou alturas manométricas muito elevadas (é mais econômico)
• A mesma vazão passa pelas duas bombas
• Cada bomba é responsável por uma parcela da Hman total
• A curva Hman x Q das duas bombas é obtida pela soma dos valores de Hman de cada uma para uma mesma vazão de recalque
• Se as bombas forem iguais, cada uma vai fornecer metade a altura total do sistema Ponto de operação de cada
bomba em separado
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Operação de bombas em paraleloOperação de bombas em paralelo
• Cada bomba é responsável por parcela da vazão total a ser recalcada
• Bombas em paralelo vantagem operacional: se houver falha no funcionamento em uma das bombas, acontecerá apenas uma redução da vazão bombeada pelo sistema
• Flexibilização operacional no sistema: como a vazão é variável pode-se retirar ou colocar bombas em funcionamento em função das necessidades e sem prejuízo da vazão requerida
• Muitas vezes a utilização deste tipo de associação é realizada apenas como um sistema de segurança e não visando ou aumento ou a variação da vazão.
• A curva combinada das bombas em paralelo é obtida pela soma das vazões correspondentes à mesma altura das bombas
• Vazão - uma bomba isolada sempre fornecerá mais vazão do que esta mesma bomba associada em paralelo com outra igual porque a variação na perda de carga no recalque é diferente;
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Operação de bombas em paraleloOperação de bombas em paralelo
• 1 e 2 – pontos de operação de cada bomba separadamente. Qa=Qb + Qc• Tem-se sempre que Qa < 2Qd, isto é, associando-se duas bombas iguais,
não se consegue dobrar a vazão correspondente a uma única bomba instalada no sistema
• Caso uma das bombas parar de funcionar, a unidade que fica em operação tem seu ponto de funcionamento deslocado de 1 para 3, a despeito da diminuição da altura de elevação, há um aumento de potência necessária pelo aumento na vazão. É neste ponto que a potência do motor elétrico deve ser estudada
QaQb Qc Vazão (m3/s)
12
3
Qd
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Recomendações para associar Recomendações para associar bombas em paralelobombas em paralelo
• Selecionar bombas com curvas características do tipo estável (para cada Hman, uma só Q)
• Usar de preferências bombas de características semelhantes, isto é, que tenham a mesma variação percentual entre a vazão e a altura manométrica
• Empregar motores cujas potências sejam capazes de atender a todas as condições, sem perigo de sobre carga
• Projetar a instalação, de modo que: NPSHd > NPSHr, em qualquer ponto de trabalho provável
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Associação da curva da bomba com a curva característica do sistema
para vários tipos de recalque
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A curva do sistema é obtida somando-se as vazões das duas tubulações para a mesma altura manométrica
Q3
Para Q < Q3, apenas R2 será abastecido. Para vazões maiores, as tubulações funcionam como se estivessem em paralelo sob a mesma Hman
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Número de conjuntos elevatórios
• Análise técnica: quantidade de conjuntos motor-bomba é função das vazões envolvidas e de suas variações e dos equipamentos disponíveis no mercado
• Análise econômica: considerando os custos das obras civis e equipamentos a serem adquiridos, incluindo-se a operação e a manutenção do sistema
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Número de conjuntos elevatórios
• Recomendações:
• Pequenas elevatórias: duas bombas iguais, cada uma devendo estar apta para atender a Qmáx prevista (1 + 1reserva)
• Elevatórias maiores: mínimo de 3 bombas, que podem ser iguais, devendo duas quaisquer, poder atender a Qmáx prevista (mesmo no caso de bombas diferentes = 2 + 1 reserva)
• Elevatórias de grande porte: várias unidades de recalque
• Deve-se garantir uma reserva instalada que corresponda a, pelo menos, a cerca de 25% da capacidade total (Tsutya, 2006)
• Em elevatórias de pequeno porte, estas reservas devem ser superiores a 50%
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Exercícios
• Bombas
• NPSH
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• A bomba deverá recalcar uma vazão de 30 m3/h com uma rotação de 1750 rpm e, para etsa vazão, o NPSH requerido é de 2,50. A instalaçào está na cota de 834,50 m e a temperatura média da água é de 20oC. Considere que a folga para o NPSHd deva ser de 35%, determine o o comprimento de X. D = 75 mm, C = 150, considere válvula de pé com crivo e joelho com 90o (soma dos comprimentos equivalentes igual a 30,7m)
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Noções sobre motores elétricos
• Motor elétrico é a máquina destinada a transformar energia elétrica em mecânica
• Utilizado para o acionamento das bombas
Motores de corrente contínua Aplicações que exigem ajuste fino e controle preciso de velocidade. Elevado custo. Raramente utilizado em EE.
Motores de corrente alternada São os mais utilizados, já que a distribuição de energia elétrica é feita normalmente em corrente alternada.
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Noções sobre motores elétricos
Motores de corrente alternada
Motor síncronoMotor assíncrono ou de
indução
Motor assíncrono com rotor de gaiola
Motor assíncrono com rotor bobinado
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Noções sobre motores elétricos• Motor síncrono:
• Tem rotação constante determinada pela frequência e número de pólos. A rotação é dada por:
• rpm = número de rotação por minuto• f = freqüência da corrente• n = número de pólos
• Utilização no acionamento de bombas que exigem grandes potências e baixas velocidades (pot = 5000 CV, +- 16 pólos).
• Devido a sua maior eficiência, o dispêndio com energia elétrica em grandes instalações, passa a ter significativo valor na economia geral do sistema
• O custo inicial elevado e a fabricação ainda restrita no Brasil
n
frpm
120
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Noções sobre motores elétricos
• Motor assíncrono:
• a velocidade de rotação não coincide exatamente com a velocidade de sincronismo. Há uma ligeira redução na rotação, devido à carga, da ordem de 3 a 5%, em que é conhecida por escorregamento
• Motor assíncrono com rotor de gaiola – Mais utilizado nas pequenas e médias instalações de bombeamento
(até mesmo em grandes)
– 90% dos motores fabricados são deste tipo
– Usado para acionamento de bombas de rotação constante
– Rendimento elevado
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Noções sobre motores elétricos
• Motor assíncrono:
• Motor assíncrono com rotor bobinado– Utilizado para o acionamento de bombas com rotação variável e
possui enrolamento no rotor
– Está sendo substituído por motor de indução assíncrono com o uso de variador de rotação do tipo inversor de frequência, por ser mais simples e confiável
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Potência de motores para o acionamento de bombas
• A potência elétrica fornecida pelo motor que aciona a bomba, sendo m seu rendimento global, é dada por:
• Rendimento:
• O motor elétrico absorve energia elétrica da rede de alimentação e a transforma em energia disponível no eixo
• Pm – potência mecânica disponível no eixo
• Pe – potência elétrica que o motor retira da rede
)(..75
..103
cvHQ
Pm
manm
e
mm P
P
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