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
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
Gráfico de seleção
Escolha das bombas
Diversas rotações em que a máquina pode operar, as curvas
características correspondentes e as parábolas de isoeficiência
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
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
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
Operação 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
Operação 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;
Operação de bombas em paralelo
2
1
3
Qb
•
•
•
Qc
Qd
Qa
Vazão (m3/s)
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
Recomendações para associar
bombas 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
Associação da curva da bomba
com a curva característica do sistema
para vários tipos de recalque
A curva do sistema é obtida somando-se as vazões das duas tubulações
para a mesma altura manométrica
Para Q < Q3, apenas R2
será abastecido. Para
vazões maiores, as
tubulações funcionam
como se estivessem em
paralelo sob a mesma
Hman
Q3
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
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%
Exercícios
• Bombas
• NPSH
• 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)
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.
Noções sobre motores elétricos
Motores de corrente
alternada
Motor síncrono
Motor assíncrono ou de
indução
Motor assíncrono com rotor de gaiola
Motor assíncrono com rotor bobinado
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
120 f
rpm 
n
• 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
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
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
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:
103.Q.H man
Pm 
(cv)
75..m
•
•
•
•
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
m
P
m 
Pe