Escolha das bombas e determinação do ponto de operação do sistema elevatório

1. 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

2. 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

3. Escolha das bombas Gráfico de seleção Diversas rotações em que a máquina pode operar, as curvas características correspondentes e as parábolas de isoeficiência

4. 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

7. 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

8. 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

9. 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

10. 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;

11. 2 1 3 Qc Qa Qb Qd Vazão (m3/s) Operação de bombas em paralelo • 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

12. 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

13. Associação da curva da bomba com a curva característica do sistema para vários tipos de recalque

14. 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

15. 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

16. 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%

17. Exercícios • Bombas • NPSH

18. 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)

19. Noções sobre motores elétricos • Motor elétrico é a máquina destinada a transformar energia elétrica em mecânica • Utilizado para o acionamento das bombas

20. Noções sobre motores elétricos

21. 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 • 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

22. 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

23. 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

24. 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: • 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