Trabalho Máquinas de Fluxo - Arthur e Yuri

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO CAMPUS UNIVERSITRIO DE RONDONPOLIS INSTITUTO DE CINCIAS AGRRIAS E TECNOLGICAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECNICA

Docente: Prof. Dr. Marcelo Mendes Vieira Discentes: Arthur Moraes e Videira Maurcio Carneiro Yuri de Souza Camargos

MQUINAS DE FLUXO E DESLOCAMENTO DIMENSIONAMENTO DE BOMBA CENTRFUGA RADIAL

RONDONPOLIS 2011

SUMRIO1. 2. 3. INTRODUO ........................................................................................................................ 3 OBJETIVO ............................................................................................................................... 4 DIMENSIONAMENTO DO ROTOR .......................................................................................... 5 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4. Velocidade de rotao especfica.................................................................................. 5 Dimetro do eixo ........................................................................................................... 5 Dimetro do cubo ......................................................................................................... 6 Dimetro de entrada ..................................................................................................... 6 ngulo de entrada ......................................................................................................... 7 Largura1 da P ............................................................................................................... 7 Verificao do dimetro externo .................................................................................. 8 Largura2 da p............................................................................................................... 9 Rendimentos ............................................................................................................... 10

DIMENSIONAMENTO DO CARACOL (OU VOLUTA) ............................................................. 10 4.1 4.2 Seo do caracol.......................................................................................................... 11 Bocal de sada (ou difusor) .......................................................................................... 12

5. 6. 7.

RESUMO DO PROJETO......................................................................................................... 13 CONCLUSO ........................................................................................................................ 18 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ........................................................................................... 19

Dimensionamento de bomba centrfuga radial

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1. INTRODUO

As bombas so equipamentos usados para a movimentao de fluidos. Seu principio de funcionamento a converso de energia mecnica em energia hidrulica, causando um incremento de presso entre a jusante e a montante da bomba. Elas podem ser divididas em contnuas e intermitentes assim como alternativas, rotativas, centrfugas, axiais e fluxo misto. A proposta de trabalho o projeto de uma bomba centrfuga que so o tipo mais simples e mais empregado das turbobombas. Nelas, a energia fornecida ao lquido primordialmente do tipo cintica, sendo posteriormente convertida em grande parte em energia de presso. A energia cintica pode ter origem puramente centrfuga atravs de palhetas e impulsores que giram no interior de uma carcaa estanque, jogando lquido do centro para a periferia do conjunto girante. A converso de grande parte da energia cintica em energia de presso realizada fazendo com que o fluido que sai de palhetas e impulsores passe em um conduto de rea crescente. Nas centrfugas radiais, toda a energia cintica obtida atravs do desenvolvimento de foras puramente centrfugas na massa lquida devido rotao de de palhetas e impulsores de caracterstica especiais. Bombas desse tipo so empregadas quando se deseja fornecer uma carga elevada ao fluido e as vazes so relativamente baixas. A direo de sada do fluido normal ao eixo e por isso essas bombas so chamadas tambm de centrfugas puras. As bombas centrfugas radiais, de baixas ou mdias potncias, so mquinas que normalmente operam acopladas diretamente aos motores de acionamento, formando o grupo motor-bomba.


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2. OBJETIVO

Nosso objetivo dimensionar uma bomba centrfuga radial para bombeamento de gua e que atenda as seguintes condies: - Altura - Vazo - Rotao


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3. DIMENSIONAMENTO DO ROTOR

3.1 Velocidade de rotao especfica

Iniciamos o dimensionamento da bomba pelo clculo da velocidade de rotao especfica ou coeficiente de forma do rotor.

Que nos leva a

rpm .

3.2 Dimetro do eixo

Devemos agora calcular o dimetro do eixo do rotor, levando em conta as foras exercidas sobre o mesmo durante o funcionamento da bomba. Comeamos definindo a potncia necessria no eixo:

Onde

o rendimento dado pelo grfico que o caracteriza em funo da vazo e da = 0,78. .

rotao especfica de Addison Isso nos leva a

necessrio ento escolhermos um motor eltrico que atenda esses requisitos. No catlogo Siemens de Motores Eltricos Trifsicos encontramos o motor 1LG4 2062EA-9* que oferece 40cv e tem uma rotao de 3555 rpm. Como ele possui 17% a mais da potncia calculada, podemos utiliz-lo para essa bomba. Vale destacar que haver uma pequena alterao na rotao especfica, que dever ser recalculada com a nova rotao, obtendo-se ento potncia a ser considerada nos clculos ser O dimetro do eixo dado por Dimensionamento de bomba centrfuga radial Pgina 5 . . Alm disso, a nova

Onde

Tal que Para o ao SAE-1045, temos Logo, obtemos

e

. .

Devemos agora somar ao dimetro a profundidade do rasgo da chaveta, denominado Da norma DIN-6085, para esse dimetro, obtemos Ento, o dimetro do eixo . .

3.3 Dimetro do cubo

O dimetro do cubo pode estar compreendido entre 30% a 40% a mais do dimetro do eixo. Seja , temos .

3.4 Dimetro de entrada

Seja

o dimetro de entrada, temos que a rea de entrada

E a vazo total

Onde

Por Stepanoff temos


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Onde

pode ser obtido no grfico em funo da rotao especfica.

O rendimento volumtrico dado por

Ou ento no grfico em funo da rotao especfica. Para Assim, E Isso nos leva a Isolando , temos . , temos e 5,30 e . .

3.5 ngulo de entrada

Seja o ngulo de entrada = Temos , onde .

.

3.6 Largura1 da P

Seja

a largura da p, temos

Onde


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Porm,

deve ser menor que 1,25 e o nmero de ps Z calculado deve ser aproximado

um nmero inteiro. Da tabela de Troskolanski, temos que

Logo, Para Ento Como

. < 300mm s=3mm

Para um

= 17 ,

. atingiu um valor acima de 1,25, sendo assim

Porm, aproximando Z para 7, adotamos .

Isso nos leva a

e, consequentemente

3.7 Verificao do dimetro externo

Devemos checar agora se o dimetro externo adotado prximo do dimetro externo que ser calculado a seguir. Essa variao no pode ser maior que 5%. Relacionando as seguintes frmulas


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Substituindo

Por Stepanoff, Como funo da rotao especfica, do grfico, obtemos

Frmula de Lomakine

Temos 2,82%, o que aceitvel.

. Comparando com

, a variao de apenas

3.8 Largura2 da p

Semelhante aos clculos da seo 3.6, temos

O que nos leva a

e


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3.9 Rendimentos

O rendimento adotado no projeto.

total calculado pode variar apenas em 5% em relao ao rendimento

Relacionando as seguintes frmulas

Obtemos aceitvel.

. Comparando com

, o erro de apenas 1,93%, o que

4. DIMENSIONAMENTO DO CARACOL (OU VOLUTA)Partiremos agora para o clculo da rea do caracol, relacionando as seguintes frmulas:

O valor de

obtido no grfico em funo de (

)

Grfico


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4.1 Seo do caracolFoi adotado um formato em trapezoidal

Adotando: Com valor de e

Encontrando uma rea do caracol igual a:

Substituindo em:


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4.2 Bocal de sada (ou difusor)Para o projeto do difusor relaciona-se as seguintes frmulas.

O valor de

encontra-se pelo grfico em funo de

.

A partir dessa frmula,

Isola-se , deixando-a da seguinte maneira.


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5. RESUMO DO PROJETO

Os resultados a seguir foram obtidos utilizando o software Microsoft Excel 2007. Os principais dados de entrada e interativos podem ser vistos na Tabela 1. Dados Hb (m) Q (m^3/h) e (m^3/s) n(rpm) rup1045(Kgf/cm^2) (Kgf/m^3) b= ef 49 150 3555 6100 975 0,78 0,0417

Coef Nb'=Nb(1,1 a 1,2) 1,174 Coef dc (1,3 a 1,4) t1 PI Qt 2 S Kc (fi) v Kvr1 Kvr2 1,35 4,1 3,1416 0,0427 17 3 0,35 40 9 0,975 0,19 0,14

Tabela 1 - Dados de entrada

Os resultados obtidos em cada seo deste trabalho esto apresentados em sequncia na Tabela 2 e na Tabela 3.


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Clculo nq nq 39,18202922 Clculo de "de" de' III Mt Nb'' Nb'=Nb de 2,468446985 535,0877193 804,8156196 34,02777778 39,94861111 28,78446985 Clculo do "dc" dc dc' 38,8590343 38,8590343 Clculo do "D1" Vr1 Ae D1 5,891164401 0,008060101 108,5009863 8060,101mm 0,108501mm 24,68447mm

ngulo de entrada u1 1 20,19630467 16,26170946 Largura da p D2 Z T1 su1 1 B1 186,0520663 6 56,81098359 10,71332105 1,232404865 0,026227255 26,22726mm 7,065865

Verificao do D2 vr2 u2 Htinf 4,34085798 35,63683656 77,87985579 0,718554287 Nh Htz D2' Erro D2 0,875611298 55,96090422 0,191452445 2,8207418%Tabela 2 Resultados

191,4524mm


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Largura B2 T2 su2 2 B2 97,41663411 10,26091086 1,117730775 0,018826145 18,82615mm Rendimentos Ndisco Nu Na Npm m b' Erro b' 1,9397% Voluta Vc rea 10,85214495 0,003839487 3839,487mm Seo do Caracol B3 B4 r3 a Aabe Aacd Difusor Vs' Ds' X L 5,426072475 0,098879587 98,87959mm 80,52616617 116,6011607Tabela 3 - Resultados

1,67967155 26,54166667 0,265416667 1,945088216 0,931719558 0,795428568

23,98450898 19,98450898 95,02603315 27,45349358 274,3222944


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Ento, as dimenses finais do rotor esto na Tabela 4. Item R1 R2 2 1 1+ 2 s z re b1 b2 raio dc Rasgo chaveta Medida 54,25049316mm 93,02603315mm 17 graus 16,26170946 graus 33,26170946 graus 3mm 6 14,39223492mm 26,2272554mm 18,82614519mm 19,42951715mm 3,4mm

Tabela 4 - Dimenses do rotor

E as dimenses da voluta esto na Tabela 5. Item a ngulo fi B3 B4 r3 R3-R2 b3/2 Medida 27,45349mm 40 graus 23,98451mm 19,98451mm 95,02603mm 2mm 11,99225mm

Tabela 5 - Dimenses da voluta

Na tabela 6 esto os dados para a construo da voluta.


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0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180

r 28,03347 30,63729 33,03653 35,27294 37,37578 39,36645 41,26119 43,07266 44,81096 46,4843 48,09947 49,66213 51,1771 52,64849 54,07987 55,47432 56,83457 58,16302 59,4618 60,73281 61,97775 63,19818 64,39549 65,57093 66,72567 67,86077 68,97718 70,07582 71,15749 72,22297 73,27295 74,3081 75,32902 76,3363 77,33045 78,31198 79,28137

(r-a) 0,579977 3,183801 5,583034 7,819449 9,922284 11,91295 13,80769 15,61916 17,35747 19,03081 20,64597 22,20864 23,7236 25,195 26,62637 28,02083 29,38108 30,70953 32,0083 33,27931 34,52426 35,74469 36,94199 38,11744 39,27218 40,40727 41,52369 42,62232 43,704 44,76947 45,81946 46,8546 47,87553 48,8828 49,87696 50,85849 51,82787

180 185 190 195 200 205 210 215 220 225 230 235 240 245 250 255 260 265 270 275 280 285 290 295 300 305 310 315 320 325 330 335 340 345 350 355 360

r 79,28137 80,23904 81,18542 82,12089 83,04582 83,96057 84,86545 85,76079 86,64688 87,524 88,39241 89,25238 90,10413 90,94792 91,78394 92,61242 93,43355 94,24753 95,05454 95,85475 96,64834 97,43547 98,21628 98,99094 99,75959 100,5224 101,2794 102,0308 102,7767 103,5172 104,2525 104,9826 105,7077 106,4279 107,1432 107,8537 108,5596

(r-a) 51,82787 52,78555 53,73192 54,66739 55,59233 56,50707 57,41196 58,3073 59,19339 60,0705 60,93892 61,79888 62,65064 63,49442 64,33045 65,15892 65,98006 66,79403 67,60104 68,40126 69,19485 69,98197 70,76279 71,53745 72,30609 73,06886 73,82588 74,57729 75,3232 76,06373 76,79901 77,52914 78,25422 78,97437 79,68967 80,40023 81,10614

Tabela 6 - Construo da Voluta


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6. CONCLUSOSeguindo o roteiro indicado pelo Prof. Dr. Marcelo Mendes, o qual est descrito na seo 3 e resumido na seo 4, conseguimos atingir os objetivos do projeto. Os desenhos construdos a partir dos resultados obtidos acompanham esse trabalho.


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7. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS- Notas de aula da disciplina Mquinas de Fluxo e Deslocamento, Engenharia Mecnica-UFMT ministrada pelo Prof. Dr. Marcelo Mendes. - HENN, rico Antnio Lopes. Mquinas de Fluido, Editora UFSM. 2 Ed.


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