Máquinas hidráulicas e Análise de sistemas de recalque

1. Máquinas hidráulicas e Análise de sistemas de recalque

2. Promovem as trocas entre as energias mecânicas e hidráulicas: Turbinas  recebem energia hidráulica, via de regra de quedas d’água e transforma em energia mecânica Bombas  recebem energia mecânica de motores e transforma em energia hidráulica

3. Descrição e condições gerais de instalação de turbinas

4. São constituídas, basicamente de: • Distribuidor: orienta a água até o rotor e regula a vazão turbinada; 2. Rotor: peça dotada de um eixo sobre a qual estão dispostas pás. Nestas, a água provoca rotação, movimentando o eixo, gerando a potência do gerador Onde elas são aplicadas? Em instalações como as hidroelétricas

5. Os principais componentes são: • Barragem; • Tomada d’água; • Conduto forçado; • Casa de força; • Canal ou túnel de fuga

6. Os principais componentes são:

8. Descrição e condições gerais de instalação de bombas

10. Classificação • Quanto ao processo de transformação de energia no interior • Bombas volumétricas • Turbobombas Mais utilizadas  dotadas de uma par móvel (rotor), que se movimentam dentro da carcaça

11. Quanto à trajetória da água no rotor • radiais ou centrífugas  trajetória • normal ao eixo • axiais  segundo o eixo • mistas • Quanto ao no de rotores sobre o mesmo eixo • Simples estágio • Múltiplos • estágios

12. As turbobombas podem • admitir o líquido por um lado do rotor (sucção simples) • Por dois lados do rotor (dupla) O eixo entre a bomba e o rotor pode estar na posição horizontal (custo menor) ou vertical (Hs menor)

14. O rotor cede energia cinética ao fluido  desloca suas partículas para a extremidade periférica do rotor(força centrífuga) Cria-se uma zona de pressão baixa e uma zona de pressão alta As partículas são comprimidas entre as pás e a face interna do rotor  energia de pressão Isto é reforçado pelo alargamento da área de escoamento e de características construtivas

15. Rotores fechado, semi-aberto ou aberto O rotor fechado  pás compreendidas entre dois discos paralelos  mais eficiente que os outros tipos, porém recomendado para água limpa

16. Qual o efeito de uma bomba na linha de energia?

17. Instalação elevatória típica

18. registro Válvula de retenção Motor de acionamento Bomba Válvula de pé com crivo Redução excêntrica

19. Componentes • Válvula de pé: impedir o retorno do • líquido  bomba não trabalhar a • seco • Crivo: tem a finalidade de impedir a entrada • de partículas sólidas; • Redução excêntrica: evitar o acúmulo de bolhas • de ar na seção de entrada • da bomba;

20. Componentes • Motor de acionamento: fornecer • energia mecânica às • bombas; • Bomba: adicionar energia ao escoamento da • água

21. Componentes • Válvula de retenção: proteção contra • o retorno da água e manutenção da coluna • líquida na parada do motor; • Válvula ou registro: logo após à válvula de • retenção, visando à manutenção desta e o • controle da vazão  mais utilizado é o de • gaveta

23. Quando o eixo da bomba está acima do nível da água do poço de sucção  sucção positiva. Caso contrário, sucção negativa ou afogada

24. Parâmetros hidráulicos de uma instalação de recalque

25. Altura manométrica  energia de saída da bomba menos a energia de entrada Aplicando Bernoulli entre 2 pontos que contém uma bomba  E1 + Hm = E2 Se os 2 pontos estiverem à patm (como no caso de 2 reservatórios) e se a diferença de carga cinética for desprezível ...

26. Hm=Z2-Z1+DH Hm=Hg+DH Altura geométrica Hm=Hs+Hr Hg=hs+hr DH=DHs+DHr Hs=hs+DHs Hr=hr+DHr

27. Hs  altura manométrica de sucção Hr  altura manométrica de recalque hs  altura geométrica de sucção hs  altura geométrica de recalque DHs perda de carga na sucção DHr perda de carga no recalque

28. Potência e rendimento do conjunto elevatório

29. Potência hidráulica (cv) PH = gQHm/75 g = 1000 kgf/m3 Potência hidráulica (W)  trabalho realizado sobre o líquido ao passar pela bomba em 1 segundo PH = gQHm g = 9810 N/m3 Fonte de energia  potência para o motor, com rendimento hM potência para a bomba menor que a da energia Bomba com rendimentohB diminui a potência que ela recebe do motor

30. Energia Motor = hM Energia Bomba = hB Motor h =hMhB hB varia bastante, estando normalmente entre 30% e 90% Perdas na bomba  asperezas da superfície interna, recirculação do líquido no seu interior, vazamentos em junções, atrito entre suas partes, energia dissipada no atrito entre o fluido e a bomba

31. Potência do conjunto elevatório (cv) g = 1000 kgf/m3 Potência do conjunto elevatório (W) g = 9810 N/m3

32. Na prática, adota-se ainda uma folga para os motores elétricos 50% para bombas até 2 HP 30% para bombas de 2 a 5 HP 20% para bombas de 5 a 10 HP 15% para bombas de 10 a 20 HP 10% para bombas acima de 20 HP

33. Dimensionamento econômico da tubulação

34. Determinação da tubulação de recalque realizada segundo um critério econômico, considerando não somente a tubulação, mas todo o conjunto elevatório Diâmetro mais conveniente  menor custo total das instalações diâmetro econômico

35. Funcionamento contínuo (24 horas/dia) Fórmula de Bresse K varia entre 0,6 e 1,6  normalmente adota-se K = 1,2  É comum adotar o diâmetro comercial mais próximo Funcionamento descontínuo Quanto ao diâmetro de sucção, é comum adotar o diâmetro comercial imediatamente superior ao de recalque X  No de horas de funcionamento por dia

36. Curvas características das bombas

37. Geradas com diversas informações obtidas a partir de ensaios Q x Potência Q x h Q x Hm Q x Hm Para vários diâmetros ou rotações forma geral: Hm = aQ2 + bQ + c

38. P Q x P Pmín Q x h

39. Q x Hm x D curvas de iso-rendimento Bomba KSB Meganorm 100-200 Q x P x D

40. Diagrama em colina Em forma de tabela

41. Influências nas CC das bombas

42. As CC das bombas são influenciadas Pelo tipo de fluido Pela rotação do rotor Pelo diâmetro do rotor Estas variações podem ser previstas observando catálogos de fabricantes e/ou por equações baseadas na teoria da semelhança mecânica

43. Semelhança mecânica e sua aplicação a bombas

44. Semelhança mecânica  ferramenta para prever, a partir de um modelo, o comportamento de um protótipo previsão Modelo Protótipo Admite-se que o que ocorre no modelo, ocorrerá, de maneira semelhante, no protótipo Para o caso de bombas, há equações que relacionam o modelo (índice m) com o protótipo (índice p)

45. Modelo Paulo Afonso IV Usina Paulo Afonso IV

47. n  rotação em rpm Q  vazão em m3/s H  altura manométrica em m P  potência da bomba k é a razão de semelhança geométrica k = Lp/Lm onde L é uma dimensão linear

48. Se o modelo e o protótipo forem iguais geometricamente k = 1

49. As relações anteriores permitem colocar as variáveis Q, P e H em função da rotação n do rotor Elas são válidas para o caso de o modelo e o protótipo estarem operando com o mesmo fluido

50. Influência da rotação na curva característica