Tema 2: Turbo máquina Hidráulicas,

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1 Tema 2: Turbo máquina Hidráulicas,
2.1 Definição Máquinas Hidráulicas -são máquinas que trabalham fornecendo, retirando ou modificando a energia do líquido em escoamento. 2.1.1 Tipos de Máquinas Hidráulicas Bombas- são máquinas fornecem energia aos fluidos. Esta energia pode ser na forma de pressão, energia cinética ou potencial. Turbinas (motores)-são máquinas que retiram energia de fluidos e convertem-na em energia mecânica.

2 2.2 Classificação de Bombas
Turbo-Bombas, Hidrodinâmicas ou Rotodinâmicas - são máquinas nas quais a movimentação do líquido é desenvolvida por forças que se desenvolvem na massa líquida em conseqüência da rotação de uma peça interna (ou conjunto dessas peças) dotada de pás ou aletas chamada de roto; Volumétricas ou de Deslocamento Positivo - são aquelas em que a movimentação do líquido é causada diretamente pela movimentação de um dispositivo mecânico da bomba, que induz ao líquido um movimento na direção do deslocamento do citado dispositivo, em quantidades intermitentes, de acordo com a capacidade de armazenamento da bomba, promovendo enchimentos e esvaziamentos sucessivos, provocando, assim, o deslocamento do líquido no sentido previsto.

3 Exemplos de bombas rotodinâmicas: bombas centrífugas.

4 Exemplos de bombas volumétricas: bombas êmbolo ou alternativas e as rotativas

5 2.3 Bombas Centrífugas Bombas Centrífugas - são bombas hidráulicas que têm como princípio de funcionamento a força centrífuga através de palhetas e impulsores que giram no interior de uma carcaça estanque, jogando líquido do centro para a periferia do conjunto girante.

6 Componentes de Bombas Centrífugas
Rotor - que é um conjunto de palhetas que impulsionam o líquido através da voluta, é fixado no eixo da bomba.

7 carcaça - é a parte da bomba onde, no seu interior, a energia de velocidade é transformada em energia de pressão, o que possibilita o líquido alcançar o ponto final do recalque. É no seu interior que está instalado o conjunto girante (eixo-rotor) que torna possível o impulsionamento do líquido.

8 Elementos fundamentais de um sistema de transporte de fluidos

9 Exprimindo a equação de Bernoulli em unidades de altura e rearranjando-a podemos obter: chamada curva característica da instalação ou simplesmente curva da instalação. Representa a energia necessária para transportar o caudal de fluido desejado na referida instalação. É uma exigência do sistema e não depende da bomba que se usa.

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11 Exercicio 1. Escreva a equação da curva de Instalação para o sistema com os dados abaixo: Hgeo= 20mm f = Conduta de sucção D = 200mm Leq=12m Conduta de pressão D = 150mm L = 300m Numero de cotovelos = 8 fcotovelos= 0.5 Numero de valvulas = 1 fvalvulas=2.0

12 Rendimentos de bomba Perdas de Energia - A quantidade de energia elétrica a ser fornecida para que o conjunto motor-bomba execute o recalque, não é totalmente aproveitada para elevação do líquido, tendo em vista que não é possível a existência de máquinas que transformem energia sem consumo nesta transformação. Rendimentos da bomba ɳ 𝑏 - Rendimento de uma bomba é a relação entre a potência fornecida pela bomba ao líquido (potência útil) e a cedida a bomba pelo eixo girante do motor (potência motriz).

13 -A relação entre a energia cedida pelo eixo do motor ao da bomba (que resulta na potência motriz) e a fornecida inicialmente ao motor é denominada de rendimento mecânico do motor ( ɳ 𝑚 ) -A relação entre a energia cedida pelo rotor ao líquido (que resulta na potência de elevação) e a fornecida inicialmente ao motor é chamada de rendimento total. ɳ= ɳ 𝑏 ɳ 𝑚

14 Potência solicitada pela bomba - Pb
Denomina-se de potência motriz (também chamada de potência do conjunto motor-bomba) a potência fornecida pelo motor para que a bomba eleve uma vazão Q a uma altura H. Nestes termos temos: 𝑃 𝑏 = 𝛾𝐻𝑄 ɳ Pb = potência em Kgm/s,

15 Curvas características da bomba
Q = vazão em m3/s H = altura manométrica, ɳ . = rendimento total 𝛾= peso especifico do liquido Curvas características da bomba

16 Exercicio:

17 Velocidade específica e lei de afinidades
A velocidade específica serve para caracterizar a rapidez de rotação de um impulsor. Cada forma particular de rotor tem uma velocidade específica típica. Pela análise dimensional pode-se mostrar que: Q – caudal volumétrico por fase m3/s H – altura de elevação por fase m n – velocidade de rotação rpm ou rps

18 valores típicos de velocidade específica
Bombas radiais lentas: 10 – 40 rpm Bombas radiais rápidas: 40 – 80 rpm Bombas diagonais: 80 – 100 rpm Bombas axiais: 200 – 500 rpm

19 Alterações nas condições de funcionamento de bombas
Variando o número de rotações a que uma bomba funciona altera-se a posição da curva característica da bomba:

20 Exercicio 1. Uma bomba centrifuga de 20Hp, 40L/s e 30m de altura manométrica está funcionando com 1750rpm. Quais serão as consequências de uma alteração de velocidade para 1450rpm. 2. Uma bomba fornece 0.019m3/s contra uma carga de 16.76m com uma velocidade rotativa de 1750rpm. Determine a sua velocidade especifica

21 3.

22 Associação de bombas em série e em paralelo
Instalando-se duas ou mais bombas em série, deve-se considerer a soma das Alturas de elevação que caracterizam cada uma das bombas, admitindo-se a mesma vazão unitária.

23 Se as bombas trabalharem em paralelo, admite-se a mesma altura manométrica, somando-se as vazões das unidades instaladas, desde que não seja alterada a altura manométrica (bombas semelhantes).

24 Canalização de sucção Caracteristicas de Canalização
Deve ser a mais curta possível, evitando-se ao máximo peças especiais, como curvas, cotovelos, etc. A tubulação deve ser sempre ascendente até atingir a bomba. Podem-se admitir trechos perfeitamente horizontais. Sempre que diversas bombas tiverem suas canalizações de sucção ligadas a uma tubulação única ( de maior diâmetro), as conexões deverão ser feitas por meio de Y ( junções), evitando-se o emprego de tês. A canalização de sucção geralmente tem um diâmetro comercial imediatamente superior ao da tubulação de recalque.

25 Alturas máximas de sucção

26 A disposição e o assentamento das bombas

27 NPSH: Energia disponível no líquido na entrada da bomba
A sigla NPSH do ingês “Net Positive Suction Head” é adotada universalmente para designar a energia disponível na sucção, ou seja, a carga positiva e efectiva na sucção. Há dois valores a considerar: NPSH requerido, que é uma caracteristica hidráulica da bomba, fornecida pelo fabricante; NPSH disponível, que é uma característica das instalações de sucção, que se pode calcular:

28 𝑵𝑷𝑺𝑯 𝒅𝒊𝒔𝒑𝒐𝒏𝒊𝒗𝒆𝒍 =±𝑯+ 𝑷 𝒂 − 𝑷 𝒗 𝜸 ×𝟏𝟎− 𝒉 𝒇
Onde: +H – carga ou altura de água na sucção (entrada afogada) -H – altura de aspiração Pa – pressão atmosferica no local Pv – pressão de vapor 𝛾- peso específico hf – soma de todas perdas de carga na sucção para que uma bomba funcione bem, é preciso que o 𝑁𝑃𝑆𝐻 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑣𝑒𝑙 ≥ 𝑁𝑃𝑆𝐻 𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑟𝑖𝑑𝑜

29 Cavitação Quando a pressão absoluta em um determinado ponto se reduz a valores abaixo de um certo ,limite, alcançando o ponto de ebulição da água esse liquido começa a ferver e as condutas ou peças (de bombas, turbinas ou tubulações) passam a apresentar, em parte, bolsas de vapor, ou cavidades preenchidas com vapor, denomina-se cavitação. Sempre que a pressão em algum ponto de uma bomba ou turbina atinge o limite crítico ( pressão de vapor), as condições de funcionamento tornam-se precárias e as máquinas começam a vibrar, em consequência da cavitação

30 Os efeitos da cavitação transmitem-se para estruturas próximas , reduzindo o rendimento e podendo causar sérios danos materiais às instalações.

31 Critério adotado para o exame das condições de funcionamento de uma instalação
𝜎= 𝐻 𝑎 − 𝐻 𝑠 − 𝐻 𝑣 𝐻 Onde H – altura efectiva da bomba Ha – altura correspondente a pressão atmosferica Hv – altura devido a pressão atmosférica local Hs – altura de sucção das bombas

32 Gráfico número de thoma vs velocidade específica

33 Canalização de recalque. Dimensionamento econômico. Formula de Bresse
Teoricamente, o diâmetro de uma linha recalque pode ser qualquer, mas de ponto de vista dos custos existe um diâmetro conveniente para o qual o custo total das instalações é um minimo. 𝐷=𝐾 𝑄 Que é a conhecida fórmula de Bresse, aplicável às instalações de funcionamento contínuo K varia de

34 Para o dimensionamento das linhas de recalque de bombas que funcionam apenas algumas horas por dia, propôs-se a fórmula 𝐷=1.3 𝑋 1 4 𝑄 Sendo: 𝑋= 𝑛 𝑜 𝑑𝑒 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝑏𝑜𝑚𝑏𝑒𝑎𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑝𝑜𝑟 𝑑𝑖𝑎 24

35 Diâmetro de uma linha recalque

36 Exercicio Dimensionar a linha de recalque esquematizada na figura abaixo com o critério de economia, calcule a potência do motor para as condições seguintes: Vazão=30l/s Período de funcionamento=24horas Altura de sucção = 2.5m Altura de recalque=37.5m Altura geométrica = 40m

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38 Informações necessárias a aquisição das bombas
1. Natureza do líquido a recalcar - água limpa, água suja, esgoto, etc. 2. Vazão necessária 3. Altura manométrica -Altura de recalque -Comprimento total do encanamento de recalque -Diâmetro da canalização de recalque. -Peças especiais existentes no encanamento de recalque -Material da canalização de recalque e o estado em que se encontra. -Altura de aspiração

39 -Comprimento total da canalização de sucção
-Diâmetro da canalização da sucção -Peças especiais existentes no encanamento de sucção -Material da canalização de sucção e o estado em que se encontra. 4. Periodo de funcionamento da bomba 5. Corrente eléctrica disponivel no local -Número de fases ( monofásica ou trifásica) -Tensão eléctrica -Ciclagem (50 ou 60 ciclos)

40 Exercicio

41 O único fabricante de bombas centrífugas de Chimoio possui dois tipos de impulsores de diâmetros D1=0.4m e D2=0.32m. os pontos de funcionamento óptimos obtidos num ensaio a 300rpm são respectivamente Q=30L/s, H=160m e Q=30L/s H=100m. Um cliente seu precisa de uma bomba para elevar um caudal de 25L/s a uma altura de 70m usando um motor a 1500rpm que solução recomendaria ao seu cliente.

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