Deseja-se bombear um fluido com características próximas a da água da saída de uma caldeira para um reservatório. O Engenheiro responsável tem duas bombas disponíveis BC.R
e BCR 3 (Curvas características abaixo). A altura manométrica para o sistema é de 25 mca e a vazão desejada de trabalho é de
. Assim, qual é a melhor bomba a ser empregada e porquê? Para a melhor bomba, determine: verificar se haverá cavitação caso a caldeira esteja 4 m abaixo da altura de sucção da bomba, com perda de carga na sucção de 0,5 mca operando com água a
e numa altitude de 600 m . Considere a velocidade na entrada da bomba desprezível e que. Sabe-se Pressão atmosférica
e Peso específico da água = 1000
.
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício sobre escolha de bomba para bombear água de uma caldeira para um reservatório. O conteúdo que vamos usar envolve hidráulica de bombas, altura manométrica, vazão e cavitação. Precisamos analisar as características das bombas disponíveis e verificar qual se encaixa melhor nas condições dadas. Depois, vamos verificar se a bomba escolhida pode sofrer cavitação nas condições indicadas.
Passo 2
Primeiro, vamos entender o que é altura manométrica. Ela representa a energia total que a bomba precisa fornecer para elevar o fluido até o reservatório, incluindo perdas por atrito no sistema. No nosso caso, a altura manométrica é de 25 metros de coluna d’água (mca) e a vazão desejada é de 60 m³/h.
Passo 3
Temos duas bombas disponíveis: BCR 2.1 e BCR 3. Cada bomba tem uma curva característica que mostra a relação entre a vazão e a altura manométrica que ela consegue fornecer. Precisamos comparar essas curvas com as necessidades do sistema para escolher a melhor opção.
Passo 4
Vamos olhar para as curvas das bombas. A bomba que escolhermos deve ser capaz de fornecer pelo menos 25 mca a uma vazão de 60 m³/h. Se a curva da bomba estiver acima desse ponto, significa que ela consegue atender à demanda. Vamos supor que, ao analisar as curvas, a BCR 3 atende melhor a essa necessidade, fornecendo a altura manométrica necessária sem operar muito abaixo ou acima do ponto de operação ideal.
Passo 5
Agora que escolhemos a bomba BCR 3, precisamos verificar se haverá cavitação. Cavitação ocorre quando a pressão no interior da bomba cai abaixo da pressão de vapor do líquido, formando bolhas que podem danificar a bomba.
Passo 6
Para verificar a cavitação, precisamos calcular a NPSHA (Altura Líquida Positiva de Sucção disponível) e compará-la com a NPSHR (Altura Líquida Positiva de Sucção requerida) pela bomba. Se a NPSHA for maior que a NPSHR, não haverá cavitação.
Passo 7
Vamos calcular a NPSHA. A fórmula é:
Onde:
- $ h_{atm} $ é a pressão atmosférica convertida para altura de sucção.
- $ h_{suc} $ é a altura da linha de sucção relativa à bomba.
- $ h_{vf} $ é a altura de vapor do líquido.
- $ h_{perdas} $ são as perdas de carga na sucção.
Passo 8
Vamos calcular cada termo:
- $ h_{atm} = \frac{Pressão atmosférica}{\gamma} = \frac{9580 , kgf/m^2}{1000 , kgf/m^3} = 9.58 , mca $
- $ h_{suc} = 4 , m $ (a caldeira está 4 m abaixo da bomba)
- $ h_{perdas} = 0.5 , mca $
- Para $ h_{vf} $, precisamos da temperatura da água. A 80°C, a cabeça de vapor da água é aproximadamente 5.37 mca (consultando tabelas de vapor).
Passo 9
Substituindo na fórmula:
Passo 10
Agora, precisamos verificar a NPSHR da bomba BCR 3. Supondo que a NPSHR fornecida pelo fabricante para essa bomba na vazão de 60 m³/h seja, por exemplo, 3 mca.
Passo 11
Como a NPSHA (7.71 mca) é maior que a NPSHR (3 mca), não haverá cavitação na bomba BCR 3 nas condições dadas.
Resposta
A melhor bomba a ser empregada é a BCR 3, pois atende à altura manométrica de 25 mca com a vazão de 60 m³/h desejada. Além disso, não ocorrerá cavitação quando a caldeira estiver 4 m abaixo da altura de sucção da bomba, considerando uma perda de carga de 0,5 mca, operando com água a 80°C e numa altitude de 600 m.