DIMENSIONAMENTO E SELEÇÃO DE BOMBAS CENTRÍFUGAS

ÍNDICE

1. Introdução Teórica............................................................................................03

1. Memorial Descritivo..........................................................................................09

1. Memorial de Cálculo.........................................................................................10

1. Apêndice 1 ( tabelas de conversão e curvas das bombas)..............................18

1. Bibliografia.........................................................................................................30

1. Introdução teórica:

A seguir apresentaremos uma breve apresentação teórica, com intuito de orientar nosso dimensionamento do equipamento, particularmente uma bomba centrífuga.

1.1 Bombas:

São máquinas operatrizes hidráulicas que transferem energia ao fluido com a finalidade de transporta-lo de um ponto ao outro. Recebem energia de uma fonte motora qualquer e cedem parte desta energia ao fluido sob forma de energia de pressão, energia cinética ou ambas, isto é, aumentam a pressão do fluido, a velocidade ou ambas as grandezas.

1.2 Bombas Centrífugas:

É um tipo de bomba que tem por princípio de funcionamento a transferência de energia mecânica para o fluido a ser bombeado em forma de energia cinética. Por sua vez, esta energia cinética é transformada em energia potencial (energia de pressão) sendo esta a sua característica principal. O movimento rotacional de um rotor inserido em uma carcaça (corpo da Bomba) é o órgão funcional responsável por tal transformação.

* Componentes Gerais de uma Bomba Centrífuga

1.3 Classificação das Bombas centrífugas:

Em função dos tipos e formas dos rotores, as bombas centrífugas podem ser divididas na seguinte classificação:

1.3.1 Radiais ou Puras: Quando a direção do fluido bombeado é perpendicular ao eixo de rotação.

1.3.2 Fluxo misto ou Semi-Axial: Quando a direção do fluido bombeado é inclinada em relação ao eixo de rotação.

1.3.3 Fluxo Axial: Quando a direção do fluido bombeado é paralela em relação ao eixo de rotação.

* Corte de uma Bomba Centrífuga

1.4 Componentes das Bombas Centrífugas:

1.4.1 Rotor: Rotor é o componente giratório, dotado de pás que tem a função de transformar a energia mecânica de que é dotado em energia de velocidade e energia de pressão. Em função da velocidade específica da bomba, o rotor pode ser do tipo radial, semi-axial ou axial.

1. Voluta: é responsável pela contenção do fluido bombeado bem como provê oportunidade para a conversão da energia cinética contida no fluido em energia de pressão, passo fundamental para o bombeamento.

1. Difusor: Sua função é similar a da Carcaça, ou seja, converter parte da energia cinética do fluido em energia de pressão e principalmente, servir de direcionador do fluido da saída do rotor.

1. Eixo: A função do eixo é de transmitir o torque do acionador ao rotor. O eixo é projetado para que tenha uma deflexão máxima pré-estabelecida quando em operação, evitando-se desta forma que as folgas entre as peças rotativas e estacionárias se alterem em operação, evitando-se desgaste e maior consumo de energia.

1. Luva protetora do eixo: Tem a função de proteger o eixo contra corrosão, erosão e desgaste, causado pelo líquido bombeado, além de proter o mesmo na região do engaxetamento.

1. Anéis de desgaste: São peças montadas só na carcaça (estacionário), só no rotor (girante) ou em ambos, e que mediante pequena folga operacional, fazem a separação entre regiões onde imperam as pressões de descarga e sucção, impedindo desta forma um retorno exagerado de fluido de descarga para a sucção.

1. Caixa de Selagem: A caixa de selagem tem como principal objetivo proteger a bomba contra vazamentos nos pontos onde o eixo passa através da carcaça. O principais sistemas de selagem utilizados em bombas centrífugas são:

. gaxetas

. selo mecânico

1. Gaxetas: É um material deformável, utilizado para prevenir ou controlar a passagem de fluidos entre duas superfícies que possuam movimento, uma com relação a outra.Podem ser confeccionadas em fibras vegetais, minerais ou sintéticas.

1. Selo mecânico: Quando o fluido bombeado não pode vazar para o meio externo da bomba, por um motivo qualquer(líquido inflamável, tóxico, corrosivo, mau cheiro, etc..), utilizam-se os selos mecânicos.

Os mesmos são constituídos de superfícies polidas que são mantidas em

contato através de molas (superfícies de selagem perpendiculares ao eixo).

1. Mancais: Os mancais tema função de suportar o peso do conjunto girante, forças radiais e axiais que ocorrem durante a operação.Os mancais que suportam as forças radiais são chamados de mancais radiais e os que suportam forças axiais são chamados de mancais axiais.

*Vista externa de uma Bomba Centrífuga

2.0 Conceitos e termos técnicos, necessários para seleção de bombas;

Seguem abaixo alguns conceitos necessários para dar suporte e para maior entendimento do assunto.

2.1 Altura manométrica da instalação: É definida como sendo a altura geométrica da instalação mais as perdas de carga ao longo da trajetória do fluxo.

2.2 Altura geométrica; É a diferença de cota entre o nível de sucção e o nível de descarga do fluido.

2.3 Perda de Carga: refere-se a energia perdida pelo fluido no seu deslocamento, podendo dividir-se em:

2.3.1 Perdas de carga contínua: São as perdas que ocorrem ao longo da tubulação, em função do comprimento, material e diâmetro da mesma.

2.3.2 Perdas de Carga acidentais: São proporcionadas pelos elementos que compõem a tubulação, exceto a própria tubulação. Portanto seriam as perdas de energia observadas em peças como curvas, registros, válvulas, luvas, reduções ,etc...

2.4 Perda de carga Total: É o somatório de todas as perdas de carga que ocorrem no sistema, tais como perda de carga nas tubulações, válvulas, acessórios,etc.

2.5 Sucção Positiva ou bomba “afogada”: É quando o nível do fluido no reservatório de sucção está acima da linha de centro do rotor da bomba.

2.6 Sucção Negativa ou bomba não afogada: É quando o nível do fluido no reservatório de sucção está abaixo da linha de centro do rotor da bomba.

2.7 Vazão do sistema: É uma condição requerida pelo sistema de bombeamento, é pode ser definida como sendo o volume do fluido que passa por uma determinada seção por unidade de tempo.

2.8 Curva característica do sistema: seria definida como a curva obtida através da altura manométrica total correspondente a cada vazão, dentro de uma determinada faixa de operação do sistema.

2.9 Curvas características das bombas: São representações gráficas que traduzem o funcionamento da bomba, obtidas através de experiências do fabricante.

2.10 Potência hidráulica: O trabalho útil feito por uma bomba centrífuga é naturalmente o produto do peso do fluido deslocado pela altura desenvolvida.

2.11 Potência consumida: seria a potência hidráulica menos as perdas no próprio motor, na bomba, etc.

2.12 rendimento: É a relação entre a potência hidráulica e a potência consumida da bomba.

2.13 NPSH: Sigla da expressão inglesa -Net Positive Suction Head a qual divide-se em:

2.14 NPSH disponível : Pressão absoluta por unidade de peso existente na sucção da bomba (entrada do rotor), a qual deve ser superior a pressão de vapor do fluído bombeado, e cujo valor depende das características do sistema e do fluído.

2.15 NPSH requerido : Pressão absoluta mínima por unidade de peso, a qual deverá ser superior a pressão de vapor do fluído bombeado na sucção da bomba (entrada de rotor) para que não haja cavitação. Este valor depende das características da bomba e deve ser fornecido pelo fabricante da mesma.2.16 Cavitação: Fenômeno que ocorre quando a pressão absoluta na sucção baixar até atingir a pressão de vapor do fluido na temperatura onde se encontra, inicia-se um processo de vaporização do mesmo, formando-se pequenas bolhas , ou cavidades no interior das quais o fluido se vaporiza, quando a mesma é conduzida pelo fluxo, atingem as regiões de elevada pressão (próximo ao rotor), onde ocorre seu colapso, acarretando em choque mecânico e desprendendo de material na superfície do rotor. Para diminuir a possibilidade de cavitação, utiliza-se um diâmetro maior na aspiração com relação à descarga da bomba.

Este fenômeno ocorre no interior da bomba quando o NPSH_d (sistema), é menor que o NPSH_r (bomba). A cavitação causa ruídos, danos e queda no desempenho hidráulico das bombas

2.17 Ponto de trabalho: É o “casamento” entre a curva da bomba e a curva do sistema.

2.18 Escorva da Bomba: Eliminação do ar existente no interior da bomba e da tubulação de sucção. Esta operação consiste em preencher com o fluído a ser bombeado todo o interior da bomba e da tubulação de sucção, antes do acionamento da mesma. Nas bombas autoaspirantes basta eliminar o ar do interior da mesma. Até 8 mca de sucção a bomba eliminará o ar da tubulação automaticamente.

2.19 Vazão: Quantidade de fluído que a bomba deverá fornecer ao sistema. Unidades mais comuns: m³ /h, l/h, l/m, l/s

2.20 Válvula de Pé ou de Fundo de Poço: Válvula de retenção colocada na extremidade inferior da tubulação de sucção para impedir que a água succionada retorne à fonte quando da parada do funcionamento da bomba, evitando que esta trabalhe a seco (perda da escorva). 2.21 Crivo: Grade ou filtro de sucção, normalmente acoplado a válvula de pé, que impede a entrada de partículas de diâmetro superior ao seu espaçamento. 2.22 Válvula de retenção:Válvula(s) de sentido único colocada(s) na tubulação de recalque para evitar o golpe de aríete. Utilizar uma válvula de retenção a cada 20 mca de AMT. 2.23 Pressão Atmosférica: Peso da massa de ar que envolve a superfície da terra até uma altura de ± 80 Km e que age sobre todos os corpos. Ao nível do mar, a pressão atmosférica é de 10,33 mca ou 1,033 Kgf/cm² (760 mm/Hg). 2.24 Registro:Dispositivo para controle da vazão de um sistema hidráulico.

2.25 Manômetro: Instrumentoque mede a pressão relativa positiva do sistema. 2.26 “Shutoff” : Ponto onde a vazão é mínima e a altura manométrica é máxima.

1. Memorial Descritivo:

3.1 Escolha do Sistema de bombeamento: O sistema adotado para nossa aplicação, foi o sistema de captação de água potável, a partir de uma cisterna atendida pela concessionária, para abastecimento de um prédio residencial com 10 andares, com 02 apartamentos por andar. Cada apartamento possuirá 03 quartos e dependências de empregada.

3.2 Eletrobombas:

Deverão ser fornecidas e instaladas as eletrobombas para captação de água, sendo sempre uma de reserva.

As eletrobombas deverão ser de fabricação KSB e Dancor.

3.3 Apresentação Proposta:

O instalador deverá fazer constar de sua proposta as seguintes informações sobre as eletrobombas:

 Fabricante e modelo selecionado;

 Características construtivas;

 Catálogo com a curva de capacidade e identificação do ponto de seleção;

 Características do motor elétrico (marca, modelo, potência, classe construtiva e de isolamento, etc.).

3.4 Condições de Seleção:

As curvas de desempenho deverão apresentar características estáveis e ser selecionada em um ponto de maneira que a operação seja a mais eficiente possível.

Deverá ser evitada a seleção com impelidor máximo admissível para o tamanho da carcaça, de modo que, em caso de necessidade, seja possível a troca do impelidor, de maneira a obter maior altura manométrica total.

A eficiência no ponto de operação da bomba não deverá ser inferior a 10% da eficiência máxima possível para este impelidor e nunca menor do que a indicada na folha de dados.

3.5 Características Construtivas:

Deverão ser de um só estágio de bombeamento, tipo centrífugo, com seus materiais construtivos em conformidade com as pressões de trabalho e os indicados na folha de dados.

Cada conjunto motor-bomba deverá ser montado sobre uma base integral rígida de aço ou ferro fundido.

As bombas do tipo base-luva deverão ser do tipo back- pull out, com acoplamento entre o motor e a bomba através de luva flexível de fabricação “Falk” com espaçador.

Os motores elétricos deverão ser trifásicos de 110 / 220 Volts, 60 Hz, rotor em gaiolacom grau de proteção IP 21.

3.6 Condições de Instalação:

A base contendo o conjunto motor-bomba deverá ser apoiada sobre um bloco de inércia em concreto, que por sua vez deverá ser apoiado sobre molas flutuantes sobre uma placa de concreto armado de 10 cm, localizado sobre um lençol de cortiça dura de duas polegadas.

A ligação de bombas às tubulações de água deverá ser feita através de amortecedores de vibração em aço inox (Ref. Niagara).

1. Memorial de Cálculo :

4.1 Dados fornecidos pelo projeto, em virtude da disposição física das instalações:

Dados do Projeto da instalação:

.AS = 2,5 m (altura de sucção)

.AR = 30,0 m (altura de recalque)

.Comprimento linear de tubulação de sucção = 5,0 m

.Comprimento linear de tubulação de recalque = 35,0 m

.Diam. Tubo de sucção = a definir (através de cálculo)

.Diam. Tubo recalque = a definir (através de cálculo)

.Vazão requerida = 12 m³/h

.Potência disponível no transformador = 15 Kva (trifásico)

.Altitude do local = nível do mar (pressão atmosférica = 10,33 mca)

.Temperatura máxima da água = 30 °C

Conexões e acessórios no recalque:

1 reg. Gaveta

2 válvulas de retenção (01 horizontal e 01 vertical)

4 curvas de 90°

1 luva de redução

Conexões e acessórios na sucção:

1 válvula de pé c/ crivo

1 curva de 90 °

1 luva de redução

4.2 Cálculo da vazão e dos diâmetros das tubulações:

A instalação é um prédio co 10 andares, tendo 02 apartamentos por andar, cada apartamento possui 3 quartos mais dependências de empregada, desta forma:

4.2.1 Cálculo da população do prédio: (taxa normalizada: 2 pessoa /quarto)

a)2qt x 2 p/q x 2 x 10 = 120 pessoas

b)quarto de empregada = 1 p/q x 2 x10 = 20 pessoas

logo a população total será: 120 + 20 = 140 pessoas

4.2.2 Cálculo da estimativa de consumo:

De acordo com a tabela 2 do apêndice, a estimativa de consumo é de :

200 L/dia x 140 = 28.000 L/dia.

Adotando-se a autonomia de 3 dias, e desprezando-se a reserva técnica:

Volume total = 28.000 x 3 = 84.000 l = 84 m³.

Distribuição:

2/5 p/ a caixa d’água = 33,6 m³

3/5 p/ a cisterna = 50,4 m³

Logo o volume a ser bombeado para a caixa d’água será de 33,6 m³.

4.2.3 Cálculo da vazão:

O tempo de bombeamento é normalizado entre 2 a 5 horas.

Adotamos o tempo de 3 horas.

Logo: Q = v/t

Q = 33,6/3 = 11,2 m³/h

4.2.4 Determinação do diâmetro e velocidade de escoamento:

(A velocidade recomendada por norma é de 1,5 m/s), e:

Q = V. A

12 = 1,5 . A

11,2 /3600 = 0,003111

0,00311 = 1,5 . A

A = 0,002222 m²

A = ¶ d² / 4 d = 0,05138 m = 51,38 mm

Logo, d ~ 2” , Na aspiração adotamos 2 ½ “ (para diminuir a possibilidade de cavitação cavitação)

4.2.5 Cálculo das perdas de cargas no recalque:(Diâmetro 2”)

De acordo com a tabela 9 do apêndice (utilizamos conexões de aço no recalque por motivo de segurança)

1 registro de gaveta 2” – 0,4

1 válvula de retenção horizontal 2” – 4,2

1 válvula de retenção vertical 2” – 6,4

4 curvas de 90º (4 x 0,9) – 3,6

1 luva de vedação 2” – 0,64

01 bóia 1,0

comprimento linear da tubulação – 35,0

total = 50,24

Pela tab. 6, para vazão 11,2 m³ e tubo 2”, temos um coeficiente de perda de carga para PVC de 5,8 %

Hfr = 50,24 x 5,8% = 2,91m

4.2.6 Cálculo das perdas de carga na sucção:

De acordo com a tabela 7 do apêndice, obtemos:

Para diâmetro sucção = 2 ½” (Para diminuir o risco de cavitação)

1 válvula de pé c/ crivo – 25,0

1 curva de 90º - 1,4

1 luva de redução – 0,78

1 trecho reto de tubulação sucção – 2,0 m

Total = 29,18m

Pela tabela 6, do apêndice, para vazão de 12m³ / h e diâmetro de 2 ½ “, temos um coeficiente de atrito de 1,45%

Hfs = 29,18 x 1,45% = 0,423 m

Cálculo da altura manométrica total:

Amt = As + Ar + Hfr + Hfs

Amt = 2,5 + 27,5 + 2,91 + 0,423

Amt = 33,33 ~ 33mca

Amt = 33 mca

4.2.7 Cálculo do NPSH disponível: (vide tabelas 1 e 2 do apêndice)

NPSHdisp = Ho – Hr – H – Hs , onde:

Ho = Pressão Atmosférica local em mca;

Hv = Presão de Vapor do fluido, em metros;

H = Altura de sucção, em metros;

Hs = Perda de carga no escoamento da sucção, em metros

NPSHdisp = 10,33 – 0,433 – 2,5 – 0,423 = 6,97mca

4.2.8 Cálculo da potência necessária do motor:

PM = Q . H . 0,37 / η onde;

Q = vazão = 12 m³ / h

Hmt = Altura manométrica Total = 33 mca

η = 60% (arbitrado)

Pm = 12 x 33 x 0,37 /60 = 2,44 cv 3 CV (adotado por critério conservativo)

4.29 Definição da bomba:

Dados p/ seleção:

Vazão = 11,2 m³ / h

Altura manométrica total = 33mca

Potência do motor = 3 cv

NPSH disponível = 6,97 mca

NPSH requerido = 2,5 mca (tabela da Dancor) e 2,4 (tabela KSB)

Disponibilidade do transformador = 15KVA (Trifásico)

Após a consulta a catálogos de fabricantes, obtivemos a seleção das seguintes bombas:

Fabricante: Dancor: Modelo Cam – W14

Tensão 110 /220v

Potência 3,0 cv

BSP sucção 1 ½”

BSP elevação 1 ¼”

NPSHrequerido = 2,5 mca

Ou

Fabricante:KSB: Modelo Meganorm 32-125.1

Tensão 110 /220v

Potência 3,0 cv

BSP sucção 1 ½”

BSP elevação 1 ¼”

NPSHrequerido = 2,4 mca

ESQUEMA VERTICAL DA INSTALAÇÃO E MONTAGEM DAS BOMBAS

*Esquema de instalação da Bomba Centrífugas, para captação.

*Vista esquemática das Bomba Centrífugas instaladas

APÊNDICE 1 : TABELAS DE CONVERSÃO E CURVAS DAS BOMBAS

TABELA 6

PERDAS DE CARGA EM TUBULAÇÕES PLÁSTICAS (*), EM METROS POR CADA 100 METROS (%), DE TUBOS NOVOS

TABELA 7

COMPRIMENTOS EQUIVALENTES EM METROS DE TUBOS,PARA CONEXÕES PLÁSTICAS

(*) PVC rígido, polietileno e similares (exceção aos tubos específicos para irrigação, que possuem tabela própria). - Valores de acordo com a NBR - 5626 / 82- Para pressões até: 75 mca (PVC classe 15), 100 mca (PVC classe 20)- Para tubos e conexões usados, acrescentar 2% aos valores acima, para cada ano de uso.

TABELA 8

PERDAS DE CARGA EM TUBULAÇÕES METÁLICAS (*), EM METROS POR CADA 100 METROS (%), DE TUBOS NOVOS

TABELA 9

COMPRIMENTO EQUIVALENTES EM METROS DE TUBOS, PARA CONEXÕES METÁLICAS

(*) Ferro galvanizado, ferro fundido, alumínio ou aço carbono. - Valores de acordo com a NBR - 92/80;- Para tubos e conexões usados, acrescentar 3% aos valores acima, por cada ano de uso.

TABELA 12

ESTIMATIVA DE CONSUMO EM LITROS / DIA

Bibliografia:

. Manual Técnico de bombas KSB

. Manual Técnico bombas Schnider

.Apostila do professor da disciplina