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CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA - MG CURSO TÉCNICO DE MEIO AMBIENTE HIDRÁULICA APLICADA
AQUILES ARAÚJO MATTOS RENATO MAGNO DA SILVA VITOR VIEIRA MARCELO ARAÚJO
TRABALHO PRÁTICO DE DIMENCIONAMENTO DE BOMBAS:
BELO HORIZONTE 2003
AQUILES ARAÚJO MATTOS RENATO MAGNO DA SILVA VITOR VIEIRA MARCELO ARAÚJO
TRABALHO PRÁTICO: Hidráulica aplicada
Trabalho prático apresentado à disciplina de Hidráulica Aplicada, do Curso Técnico PósMédio de Meio Ambiente do Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais. Professor Marcus
Belo Horizonte 2003
Dados do trabalho: Vazão: soma dos 2 últimos nos da matrícula Desnível geométrico: soma de todos os nos de matrícula dos componentes do grupo Comprimento: soma dos 3 últimos nos multiplicado por 3. 8 curvas de 90º 3 curvas de 45º 4 tês passagem direta
DESENHO Dados: Vazão (Q): 9 + 7 + 1 + 1 + 6 + 3 + 1 + 3 = 31l/s Desnível geométrico (hg) = 4 +2 + 2 + 9 +7 + 3 + 1 + 2 +2 + 1 + 1 +4 +2 +2 +2 + 4 + 3 + 2 + 3 + 1 + 1 + 1= 61m Comprimento (L) = (9 + 7 + 1 + 1 + 6 + 3 + 1 + 3) x 3 = 93 x 10 = 930m 2 - Cálculo dos diâmetros da tubulação 2.1 Diâmetro de sucção: Tubulação anterior à bomba. Dados: Adotando: V = 1,00m/s Q = 31l/s ⇒ 0,031m3/s 0,60 m/s ≤ V ≤ 1,50 m/s
(a média em que teve ficar o diâmetro)
D = √4Q/πV Onde: D = diâmetro em m V = velocidade em m/s π = 3,14 Q = vazão em m3/s √4 x 0,031m3/s / 3,14 x 1m/s = 0,198m = 198mm ⇒ D = 200mm Diâmetros comerciais 15mm = ½” 20mm = ¾” 25mm = 1” 32mm = 1 ¼” 50mm = 2” 65mm = 2 ½” 75mm = 3” 100mm = 4”
150mm = 6” 200mm = 8” 250mm = 10” D = 200mm ⇒ 8” 0,60 m/s ≤ V ≤ 1,50 m/s V = 4Q/πD2 Para DN 150: V = 4 x 0, 031m3/s / 3,14 x (0,15)2 = 0,124 / 0,0706 = 1,76 Para DN 200: V = 4 x 0, 031m3/s / 3,14 x (0,20)2 = 0,124 / 0,1256 = 0,99 adotado DN 200 2.2 Cálculo do diâmetro de recalque Tubulação após a bomba Dados: 1,50m/s ≤ V ≤ 2,50m/s (a média em que teve ficar o diâmetro) Adotando V = 2m/s D = √4Q/πD D= √4 x 0, 031m3/s / 3,14 x 2m/s = 0,14m ⇒ 140mm V = 4Q/πD2 Para DN 100: V = 4 x 0, 031m3/s / 3,14 x (0,1)2m = 0,124m3/s / 0,0314m = 3,95m/s Para DN 150 V = 4 x 0, 031m3/s / 3,14 x (0,15)2m = 0,124m3/s / 0,07065m = 1,76m/s Adotado DN 150 2.3 Cálculo da perda de carga estimada. hf estimada = hf tubulação + 20% hf = 10,643 x C-1,85 x D-4,87 x Q1,85 x L = Onde: C = coeficiente de rugosidade de Hanzen-Williaws Onde: Material C Plásticos (PVC, PEAD) 140 Cobre 140 Ferro fundido novo 130 Aço galvanizado 125 Ferro fundido usado 90 a 110 DN 150 ⇒ Ferro fundido novo C = 130
D = diâmetro em m Q = vazão em m3/s L = comprimento em m hftub = 10,643 x (130)-1,85 x (0,15m)-4,87 x (0,031 m3/s)1,85 x L = hftub = 10,643 x (130)-1,85 x (0,15m)-4,87 x (0,031 m3/s)1,85 x 930m = hftub = 10,643 x 0,0001228 x 10290,48m x 0,0016 m3/s) x 930m = 20,24mca hfest = hftub + 20% ⇒ hfest = 24,29mca 2.4 Escolha da bomba Q = 0,031 m3/s Altura Manométrica = desnível geométrico (hg) + perdas de cargas (hfest) = Altura Manométrica = 61 + 24,29 = 85,29 mca Hman = 85,29mca Gráfico para escolha da bomba; Q = 31 l
x s
1
m3 x 1000 l
3,600 s
= 111,6m3/h h
Bomba escolhida.: EHF, 65-25, 3.500rpm Diâmetro do motor ∅: 230mm Rendimento (η): 72% O peso específico da água (δ) = 1Kgf/dm3 = 1000Kgf/m3 2.5 Cálculo da potência do motor (P)
/
P = δ x Hman x Q 75 η
/
P = 1000Kgf/m3 x 85,29 mca x 0,031 m3/s 75 x 0,76 =
/
P = 2643,99 57 = 46,39cv Onde: Potência (cv) < 2c 2 a 5c 5 a 10c > 10c
Acréscimo 50% 30% 20% 10%
Logo: P = 46,39cv + 10% = 51,03 cv ⇒ motor de 50cv Dados: Carcaça ABNT = 200m 2.6 Dimensão da casa de bomba Diâmetro nominal de sucção: (DNS) = 100mm Diâmetro nominal de recalque (DNR) = 65mm Comprimento total da base (lf) = LB + a +c = 60 g + 125 - 195 = 920mm
Largura total da base (ef) = Desenho:
Layout da casa de bombas:
nl 360mm
2.7 Cálculo de medida dos tubos Tubo de sucção: (lf ou 1m) + 0,20* + 0,10** - comprimento do registro - comprimento de redução excêntrica = 1 + 0,20 + 0,10 - 0,23 - 0,6 = 0,47 * parede ** até a água
Tubo entre as bombas: Largura entre as bombas + 2x a metade da largura entre as bombas - 2x metade do comprimento de T (tê) = 0,6 + 0,36 - 0,44 = 0,52 Tubo de recalque na casa de bombas: 1,5 + 0,20 + 0,10 + ½ da largura da bomba - ½ do comprimento do T (tê) = 1,5 + 0,20 + 0,10 + 0,18 - 0,22 = 1,76 Recalque da casa de bomba até a tubulação: Altura da bomba x comprimento de (ampliação + valor de retenção + registro de gaveta) + altura do T + profundidade da tubulação enterrada - 2x a altura da curva de 90º = 0,45 + (0,3 + 0,356 + 0,21) + 0,22 + 1,144 - 0,25 = 2,21 Descrição Ent. Tubulação de borda Tubo Registro de gaveta Somatório
DN 200 200 200 200
K 1 0,20 1,20
L (m) 0,47 0,47
Redução excêntrica Somatório
200x100 100
0,30 0,30
-
65x150 65 150 150 150 150 150 150 150 150 150 150
0,15 0,15 2,15 0,20 1,30 0,6 0,4 0,4 5,4
0,52 1,76 2,21 4,49
Decalque na casa de bomba Ampliação Somatório para DN Válvula de retenção Registro de gaveta tê T Tubo Tê passagem direta T Tubo Curva 90º Tubo Curva 90º Total
Adutora de recalque Tubo Curva 90º (8x) Curva 45º (3x) Tê passagem direta (4x) T Total
150 150 150 150
8x0,4 3x0,2 4x0,6 6,2
930 930m
150 150 150 150 150 150 150
0,2 0,4 0,4 1 2
14 1 15
Entrada do reservatório Registro de gaveta Curva 90º Tubo Curva 90º Tubo Saída da tubulação Total
2.7 Cálculo das equações das perdas de carga Equação de sucção: DN 200: ∑L = 0,47 - ∑K = 1,20 hf1 = 10,643 x C-1,85 x D-4,87 x Q1,85 x L = hf1 = 10,643 x (130)-1,85 x (0,2)-4,87 x Q1,85 x 0,47 = hf1 = 1,56Q1,85 hf2 = 0,0826 x C-1,85 x D-4 x Q2 x ∑K = hf2 = 0,0826 x (0,2)-4 x Q2 x 1,20 = hf2 = 61,95Q2 DN 100 ∑K = 0,30 hf2 = 0,0829 x (0,1)-4 x Q2 x 0,30 = hf2 = 247,8Q2 hfsucção = hf1 + hf2 = 1,56 x Q1,85 + 61,95Q2 + 247,8Q2 = 1,56Q1,85 +309,75Q2 2.8 Equação de recalque DN 150 ∑L = 4,49 + 930 + 15 = 949,49 ∑K = 5,,4 + 6,2 + 2 = 13,6 hf1 = 10,643 x C-1,85 x D-4,87 x Q1,85 x L = hf1 = 10,643 x (130)-1,85 x (0,15)-4,87 x Q1,85 x 949,49 = hf1 = 12.770,01Q1,85 hf2 = 0,0826 x (0,15)-4 x Q2 x 13,6 =
hf2 = 2218,982 DN 65
∑K = 0,15
hf2 = 0,0826 x (0,065)-4 x Q2 x 0,15 = hf2 = 694,09Q2 Recalque = ∑hf1 + ∑hf2 = 12.770,01Q1,85 + (2.218,98 + 649,09)Q2 = Recalque = 12.770,01Q1,85 + 2.868,07Q2 2.9 Equação do sistema elevatório Hman = hg + ∑hf = hg + hfS +hfR = Hman = 61 + 1,56Q1,85 + 309, 75Q2 + 12.770, 01Q1,85 + 2.868,07Q2 = Hman = 61 + 12771,57Q1,85 + 3177,82Q2 (Q em m3/s) 1m3/s = 1K/3600s x 1m3/K = Hman = 61 + 12771,57(Q/3600)1,85 + 3177,82(Q/3600)2 Hman = 61 + 0,00336Q1,85 + 0,000245Q2 (Q em m3/h) Tabela para o gráfico: Q (m3/h) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Gráfico:
Hman (mca) 61 61,955 64,483 68,427 73,712 80,289 88,123 97,183 107,447 118,894
Bomba Hman (mca) 128 127 126 125 124 122 119 114 109 100
Dados Finais: Q= 162 m3/h x 1000l/m3 x 1h/3600s = 45 l/s Hman = 108 mca N = 68 + 10% = 75% NPSHR = 10 Verificação de potência: P = δQHman/75 x N = (1000 x 0,045 x 108) / (75 x 0,75) = 86,4 + 10% = 95,4 cv Aumentar potência do motor Verificação da carga hidráulica na sucção (NPSH): HfS = 1,56Q1,85 +309,75Q2 = 1,56 (162/3600)1,85 + 309,75 (162/3600)2 = 0,632 NPSHD = ± Z + [(Pa – Pv ) / δ] x10 - hfS = 1,3 + [(9,7 – 0,238)/1] x10 – 0,632 = 10,13 que é > que 10 (NPSHR) OK!
