Bomba centrífuga desempenha um papel vital em diversos setores industriais, sendo essenciais para o transporte eficiente de líquidos de um ponto a outro. Essas bombas operam convertendo energia mecânica em energia cinética e potencial, permitindo que o fluido seja movido de forma eficaz.
Para garantir o desempenho ideal e a durabilidade da bomba, é crucial realizar um cálculo preciso, levando em conta as características específicas do sistema, como vazão, altura manométrica, potência necessária, velocidade específica, NPSH (Net Positive Suction Head) disponível e requerido, ponto de operação e curva do sistema.
Esses fatores são fundamentais para assegurar que a bomba funcione de maneira eficiente e sem problemas operacionais ou de manutenção.
Com essas informações, você vai garantir que a bomba atenderá à demanda necessária de maneira eficiente e sem problemas operacionais e de manutenção.
Para obter uma visão detalhada sobre o funcionamento das bombas centrífugas, clique aqui e leia nosso artigo completo.
Exemplo prático de como calcular uma bomba centrífuga
Uma planta química produz 90 m³/h de condensado de processo numa temperatura de 30°C, densidade de 992,0 kg/m³, pressão de vapor 72 mmHg e viscosidade de 1,1 cP.
Este condensado será aproveitado em outra planta química que está a 1,2 km de distancia de acordo com desenho da figura 01.
A pressão sucção é 34,2 ft, já na descarga é 118,9 ft. Os dois tanques estão na pressão atmosférica.
Primeiro passo é organizar os dados
A organização dos dados é muito importante para evitar erros na hora dos cálculos. Essas informações geralmente não estão nas mesmas unidades de medida, sendo necessário padronizá-las. Fique atento nas unidades de medidas.
Converter as unidades de acordo com as fórmulas antes do cálculo economiza tempo e evita erros.
Dados para os cálculos
Calcular NPSH disponível da Bomba centrifuga ( NPSHd)
Para evitar cavitação é preciso se atentar a na pressão mínima do sistema e comparar com a pressão de vapor do fluido. (Clique aqui para saber mais sobre calculo de NPSH disponível)
NPSH(d) = Pressãosucção – Pvap + ΔH
NPSH(d) = 34,2 – 3,24 + 1,64 = 32,6 ft
Calcular Altura Manométrica
A altura manométrica é importante em sistemas de bombeamento, pois descreve a energia total associada ao fluxo que precisa ser transportado, vencendo as perdas de carga do sistema.
A HMT (altura manométrica total, em inglês) é expressa em unidades de comprimento, como metros.
Formula:
HMT = Altura Manométrica total (m) Ps = Pressão de sucção (em Pascals)
Pd = Pressão de descarga (em Pascals) Ρ = Densidade do fluído ( em Kg/m³)
v = Velocidade do fluído (m/s) hf = Perdas de carga no sistema (m)
g = Acelereação gravitacional ( 9,81 m/s)
Neste exemplo prático as perdas de carga já foram calculadas = 118,9 ft
HMT = 87,4 ft
Com essas informações, já podemos preencher a folha de dados e enviá-la ao mercado para obter cotações para a aquisição de uma bomba centrífuga que atenda a essa condição de processo.
Velocidade especifica
Velocidade específica de sucção é um critério de desempenho de uma bomba em relação à cavitação. Para uma bomba de projeto normal, os valores de Nss variam de 6.500 a 12.000.
Se ultrapassar esse valor, a bomba pode entrar no processo de cavitação, sofrer perda de carga, aumento de ruído e desgaste, além de maior consumo de energia.
Para verificar esta variável, utilizamos a seguinte fórmula:
Ponto de Operação
O ponto de operação de uma bomba centrífuga é o ponto em que a bomba está operando em uma determinada condição de processo, com uma vazão e uma pressão específica.
Ele é definido pela intersecção da curva característica da bomba com a curva do sistema em que a bomba está operando. É importante para garantir que a bomba esteja operando de maneira eficiente e econômica, com o menor consumo de energia possível.
Além disso, o ponto de operação também ajuda a garantir que a bomba esteja operando dentro de seus limites de desempenho, o que ajuda a prolongar sua vida útil e reduzir os custos de manutenção.
Curva do Sistema
A curva do sistema mostra a variação da perda de carga no sistema de acordo com a variação da vazão. Dessa forma, a curva representa a relação entre a vazão e a altura manométrica exigida pelo sistema no qual a bomba está operando.
Essa curva é determinada com base nas especificações do sistema, como o diâmetro da tubulação, a perda de carga e a altura do ponto de descarga.
A curva característica da bomba representa a relação entre a vazão e a altura manométrica gerada pela bomba em diferentes condições de operação.
Essa curva é determinada pelo fabricante da bomba e fornece informações importantes sobre o desempenho da bomba em diferentes condições de operação.
Ponto ótimo de operação
O ponto ótimo de operação de uma bomba centrífuga é o ponto em que a bomba opera com a máxima eficiência e com o menor consumo de energia possível, para uma determinada condição de processo.
Esse ponto é determinado pelo cruzamento da curva característica da bomba com a curva do sistema em que a bomba está operando.
O ponto ótimo de operação é geralmente definido pelo ponto de maior eficiência da bomba, conhecido como “ponto de melhor eficiência” ou “BEP” (do inglês, Best Efficiency Point).
Nesse ponto, a bomba opera com o menor consumo de energia possível para uma determinada vazão e altura manométrica.
As características operacionais de uma bomba são convenientemente mostradas plotando a altura (h), a potência (P) e a eficiência (n) em relação ao fluxo (Q).
É importante observar que a eficiência atinge um valor máximo e depois diminui, enquanto a altura no início diminui lentamente com Q, mas eventualmente diminui rapidamente.
As condições ideais de operação são mostradas como o ponto de serviço, ou seja, o ponto onde a curva de altura corta a ordenada através do ponto de eficiência máxima.
Onde H é o head (ft) e Q a capacidade volumétrica (gpm), assim as constantes a, b e c contemplam a especificação da curva da bomba. O fabricante irá determinar estas constantes extraídas da curva.
Conclusão:
O dimensionamento correto de uma bomba centrífuga envolve uma série de cálculos detalhados e a consideração de múltiplos fatores operacionais.
No exemplo prático abordado, destacamos a importância de organizar os dados de entrada, converter unidades de medida adequadamente e calcular parâmetros essenciais como o NPSH disponível e a altura manométrica total.
Além disso, entender o ponto de operação e a curva do sistema é crucial para garantir que a bomba opere de forma eficiente, minimizando custos de energia e manutenção.
Com essas informações, é possível escolher a bomba centrífuga mais adequada para atender às necessidades específicas do processo, garantindo assim a eficiência e a longevidade do equipamento.
