Dimensionamento de Bomba Centrífuga

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FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE RONDÔNIA - UNIR CAMPUS FRANCISCO GONÇALVES QUILES
DEPARTAMENTO DO CURSO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO
BOMBAS CENTRÍFUGAS
CACOAL/RO
2024
DAVID CAVALCANTE RODRIGUES GABRIELA SILVA DO PRADO 
LARISSA GONZAGA DEL NERO
TIFFANI FLORENÇO MENEZES
BOMBAS CENTRÍFUGAS
Trabalho apresentado para cumprir requisitos de avaliação parcial na disciplina de Operações Unitárias ministrada pelo Prof.º André Grecco Carvalho.
CACOAL/RO
2024
INFORMAÇÕES
Este estudo foi conduzido em uma residência, com o objetivo de abastecimento residencial. O trabalho demonstra o dimensionamento de uma bomba centrífuga de estágio único com rotor fechado, aplicada para a transferência de água do reservatório principal para o reservatório elevado, que posteriormente direciona a água para a linha de consumo.
CARACTERÍSTICAS DO SISTEMA
A Figura 1 apresenta uma imagem do sistema em estudo, o qual transporta água de um reservatório com 3 metros de profundidade. A água é succionada por uma bomba centrífuga e transportada até o reservatório superior, onde é despejada para uso residencial.
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 Figura 1 - Bomba usada no transporte de água.
Tubulação de Sucção 1” (25.4 mm)
Altura de succção = 2 m 
Comprimento da Tubulação de Sucção = 0,5+0,5 = 1m
Altura de Recalque = 6 metros
Tubulação de Recalque 1” (25.4 mm)
Comprimento da Tubulação de Recalque = 
· Trecho horizontal próximo à bomba: 0,5 metros
· Trecho curvo até o nível do terreno: 4 metros
· Trecho horizontal ao longo do terreno: 3 metros + 3 metros = 6 metros
· Trecho vertical dentro da residência: 3 metros
· Trecho horizontal próximo ao reservatório superior: 2 metros + 1 metro + 0,5 metros = 3,5 metros
Comprimento Total da Tubulação de Recalque: 0,5 + 4 + 6 + 3 + 3,5 = 17 metros
Vazão volumétrica necessária = 2 m3/h
Seguindo a linha de dados do Tabela 01 foram calculadas as perdas localizadas em metros, de acordo com cada modelo de equipamento de canalização.
Tabela 01 - 
Tubulação de Sucção 1” (25.4 mm)	Tubulação de Recalque 1” (25.4 mm)
Joelho 90º (1) = 1,5 m	Joelho 90º (2) = 1,5 m
	Joelho 45º (3) = 0,7 m
	Joelho 45º (4) = 0,7 m
	Joelho 90º (5) = 1,5 m
	Joelho 90º (6) = 1,5 m
	Joelho 90º (7) = 1,5 m
	Joelho 90º (8) = 1,5 m
Total = 1,5 m 	Total = 8,9 m
Fonte: autores (2024)
Figura 2 - Tabela perda de carga - localizada 
Fonte: EDUCA ()
FORMULAÇÃO MATEMÁTICA
Para determinar se o regime do sistema era laminar, transitório ou turbulento utilizou-se da equação de Reynolds. Ressalvando que como as tubulações de sucção e recalque têm diâmetros diferentes, estas geram números de Reynolds distintos.
Onde:
Re = Reynolds
v = velocidade de escoamento do fluido m/s D = diâmetro interno da tubulação m
μ = viscosidade dinâmica do fluido
· Para a tubulação de sucção:
· Para a tubulação de Recalque
Como os dois escoamentos apresentam Re> 2.400 (conforme Brunetti, 2008), logo são turbulentos. Para a determinação do coeficiente de atrito (f) utilizou-se do Diagrama de Moody, anexo I e II, e com uma rugosidade efetiva de 0,0009 (sucção) e 0,0008 (recalque), obtendo-se os valores de f = 0,0202 e
f = 0,02 com base nos valores de Reynolds para sucção e recalque respectivamente.
Desta forma, utilizando-se da equação de Bernoulli, e as perdas de cargas posteriormente obteve-se:
Nesse caso os valores de P (pressão) e V (velocidade) serão desconsiderados, portanto, a utilização da pressão atmosférica e a velocidade entre os pontos é semelhante, além disso serão adicionadas as fórmulas das perdas de carga distribuída e localizada.
Em relação às perdas em metros nas duas áreas têm-se que na sucção são cerca de (2m) e no recalque (27,01 m). Devido a estas condições, gerou a necessidade de se calcular essas perdas de carga de forma separada. Diante disso atribuiu-se ao delta Z o valor de 17m sendo a altura total do sistema estudado, chegando a seguinte fórmula:
Logo o valor encontrado foi:
Também foi verificado a possibilidade de cavitação neste sistema, através do cálculo:
BOMBAS IDEAIS
Utilizando o Manual da KSB (de curvas características - A2740/42/44.4 P/ E/S/5) foi encontrado um modelo de bomba equivalente ao sistema estudado, conforme as figuras abaixo, sendo este o modelo 40-200 de 3500 RPM com 133mm. Foi observado que o NPSHd (7,14m)> NPSHr(4m) fato este que comprova que o sistema não sofrerá cavitação.
Figura 3: Modelos de bombas 3500 RPM
Fonte: KSB (2018)
Figura 4: Características do modelo 40-160 de 3500 RPM
Fonte: KSB (2018).
Analisando também o catálogo da thebe foi encontrado o modelo 18 uma bomba centrífuga monobloco e mancalizada de 3500 RPM com 136 mm.Foi observado que o NPSHd(5,85m) > NPSHr(2,2m) + 1 m fatos estes que comprovam que o sistema não sofrerá cavitação.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
A bomba designada em conformidade com os cálculos de hp/g e NPSHd é o modelo da KSB 40-160 de 3500 RPM, com 133mm, que é indicada para esse sistema, suprindo a vazão necessária de 50 m³/h. A funcionalidade da bomba se aplica perfeitamente para a situação, onde é necessário levar a agua de um reservatório maior para uma caixa externa elevada menor, que irá bombear a água para a indústria, nesta situação a necessidade de água é suprida e a bomba em questão não terá tanto desgaste já que cumpre adequadamente.
Referências
BRUNETTI, Franco. Mecanica de Fluidos. 2. ed. rev. - São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2008.
EVANGELISTA, Adão Wagner Pêgo. Propriedades fundamentais dos fluidos.
s.d. Disponível em:
<https://www.agro.ufg.br/up/68/o/1.1.2	Propriedades_dos_fluidos.pdf>. Acesso em: 31/10/2017
FOUST, Alan S. CLUMP, Curtis W. Princípios das Operações Unitárias.
1982.
THEBE. Catálogo de Bombas Injetora Thebe. Disponivel em:<http://www.thebe.com.br/Sistemas/Cron_Web/downloads/novo_catalogo
_geral
_produtos_2017.pdf>. Acesso em 31/10/2017
KSB, Manual de curvas características. Disponivel em:<http://biblioteca.univap.br/dados/000014/000014ba.pdf>. Acesso em 31/10/2017.
Anexo I
Anexo II
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