Projeto de Instalação Elevatória de Água

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ENGENHARIA DE CONTROLE E AUTOMAÇÃO
5º semestre
Disciplina Fenômenos de Transportes II
Classificação: Projeto
Assunto: Instalação Elevatória 
Bimestre: 1º 
Professor: Richard Pimenta
Equipe: Tayara Natalia Antonio RA 0919454032
 Marcio José Lopes RA 0901347176
 Leandro Marciel Bernardino RA 0909345308
 Renan Oliveira Silva RA 0920365601
 Higor Felipe RA 0954516407
 Tiago H. F. Manzatto RA 0901345770
 Luciano Andrade RA 0901382227
 Vitor Ramirez RA 0911344949
07/04/11
SUMÁRIO
Objetivos 
Introdução 
Definição da Bomba
Cálculo para determinar o diâmetro aproximado do tubo. 
Cálculo para conversão do diâmetro do tubo de metros para polegadas
Conversão do diâmetro de polegadas para metros	
Cálculo da nova velocidade do fluido (SUCÇÃO)
Cálculo da nova velocidade do fluido (RECALQUE) 
Cálculo do número de Reynolds
Cálculo do coeficiente de atrito da tubulação
Cálculo do comprimento total da tubulação
Cálculo das perdas distribuídas - SUCÇÃO
Cálculo das perdas distribuídas - RECALQUE
Cálculo das perdas singulares 
Cálculo das perdas singulares RECALQUE 2”
Cálculo das perdas singulares SUCÇÃO 3”
Cálculo das perdas totais do sistema 
Cálculo das perdas singulares totais do sistema (sucção + recalque)
Cálculo das perdas de entrada:
Cálculo das perdas de saída:
Cálculo para determinação da carga manométrica
Cálculo para determinação da pressão
Conclusão
Bibliografia
Anexos (desenho técnico do projeto)
Objetivo.
Este projeto tem como finalidade a recalcar água de um poço para duas caixas d’água elevadas e idênticas, com vazão de 3,5 litros por segundo em cada caixa, visando suprir as necessidades de uma rede industrial. O mesmo aborda a elaboração de desenhos, lista de materiais e especificações técnicas constando as partes mecânicas do sistema, para os cálculos deste projeto foram utilizadas unidades técnicas em vez das unidades do SI (Sistema Internacional), visto que nos catálogos dos fabricantes usam-se mais as unidades técnicas.
Introdução.
Este projeto consiste em sanar a necessidade de um cliente, através da solicitação do mesmo (Richard Pimenta) foi elaborado um estudo a fim de analisar todas as condições necessárias para desenvolvimento do mesmo.
Analise de campo: Para um projeto ser totalmente eficaz deverá ser analizado o local fisico da instalação.
Desenvolvimento do projeto:
- Dimensionamento da tubulação no recalque e na sucção;
- Calculo das perdas de cargas nas tubulações e conexões;
- Dimensionamento das bombas e motores;
- Projeto Auto Cad e montagens mecânicas;
Descritivo do projeto (funcionamento mecânico):
O projeto executado consiste em um recalque de água por uma bomba que através de um tubo de 3” puxa água de um poço (sucção), protegida por uma válvula pé de crivo, passa pela bomba e através de uma válvula de retenção em serie com registro de gaveta (manobra da bomba), que será levada até 2 reservatórios por meio de tubos de 2” (recalque), com a vazão de 7 L/s que fará a distribuição da água.
Definição da Bomba
Adotamos a instalação de bombas KSB por serem eficientes e baixo custo. A KSB também é conhecida no mercado pelo alto padrão de qualidade empregado em seus produtos. Suas peças sobressalentes tem custo reduzido, são facilmente encontrados para situações emergenciais. As demais partes que compõem o sistema também foram analisadas criteriosamente quanto à disposição no projeto, à quantidade, o material a ser utilizado, visando à instalação de uma rede de recalque de água que satisfaça a necessidade do cliente.
 A Bomba escolhida: Q=> 7 Libras /s =25,2 metros cubicos / h; Hb= 39,9m
Modelo: KSB Ansichen - conforme norma ansi b73.1
Bomba centrífuga horizontal, corpo espiral, sucção na horizontal com recalque vertical na linha de centro da bomba, auto-escorvante, montado sobre pés, simples estágio, projeto "back-pull-out", rotor totalmente aberto, ajuste externo para manter a performance. Projetada para atender a norma "ANSI/ASME B73.1" para bombas de processo químico incorporando a mais avançada tecnologia para satisfazer as exigências mais rigorosas de indústria.
 
CALCULOS DO PROJETO:
•Cálculo para determinar o diâmetro aproximado do tubo.
Aplicando a velocidade recomendada para redes de instalações industriais na equação da vazão, temos:
Equação da vazão
 Q = A * V
SUCÇÃO:
Vazão: 7L/s
Q = vazão
A = Área
V = Velocidade
Q = A * V
Q = π * (r) ² * V
Q = π * (D)² * V
 2
Q = π * D ² * V
 4
7 * 10 -3 = π * D ² * 2
 4
D ² = 7 * 10 -3 * 4
 π * 2
 
D = 7 * 10 -3 * 4
 π * 2
D = 0,066755m
RECALQUE
Vazão: 7 l/s
Q = A * V
Q = π * (r) ² * V
Q = π * (D)² * V
 2
Q = π * D ² * V
 4
7 * 10 -3 = π * D ² * 3
 3
D ² = 7 * 10 -3 * 4
 π * 3
 ____________
D = 7 * 10 -3 * 4
 π * 3
 D= 0,054505m
•Cálculo para conversão do diâmetro do tubo de metros para polegadas
D = (diâmetro encontrado em m)
 (valor de 1” em m)
D = 0,066755= 2,62” para tubos de SUCÇÃO 3”
 0,0254
D = 0,054505 = 2,14” para tubos de RECALQUE 2”
 0,0254
•Conversão do diâmetro de polegadas para metros
 D = 3* 0,0254 = 0,0762 m SUCÇÃO
 
 D = 2 * 0,0254 = 0,0508 m RECALQUE
•Cálculo da nova velocidade do fluido (SUCÇÃO)
Q = A * V
Q = π * ( r ) ² * V
Q = π * (D)² * V
 2
Q = π * D ² * V
 4
7 * 10 -3 = π * (0,0762) ² * V
 4
V = 7 *10-3* 4
 π * ( 0,0762)²
V = 1,5349 m/s
•Cálculo da nova velocidade do fluido (RECALQUE)
 Q = A * V
Q = π * ( r ) ² * V
Q = π * ( D )² * V
 2
 Q = π * D ² * V
 4
7 * 10 -3 = π * (0,0508) ² * V
 4
V = 7 * 10 -3 * 4
π * ( 0,0508)²
V = 3,453 m/s
• Cálculo do número de Reynolds
Número de Reynolds
Re = ρ * V * D = V * D
 μ 	 υ
Massa especifica = ρ
Velocidade = V
Diâmetro = D
Viscosidade dinâmica = μ
Viscosidade cinemática = υ
Re < 2000: Escoamento laminar
2000 < Re < 2400: Escoamento de transição
Re > 2400: Escoamento turbulento
SUCÇÃO:
Re = v * D
 u
Re =1,5349*0,0762
 10-6
Re = 116.959,38
Re = 1,16* 10 5
RECALQUE:
Re = v * D
 u
Re = 3,453 * 0,0508
 10-6 
Re = 175.412,4
Re = 1,75 * 10 5
Como o valor de Reynolds é menor que 2000, podemos classificar o escoamento do fluido como escoamento laminar.
 Cálculo do coeficiente de atrito da tubulação
Para encontrar o coeficiente de atrito (f) do sistema, deve-se calcular o valor do diâmetro hidráulico (Dh) sobre a constante de rugosidade do material (K). Posteriormente, utiliza-se os dados obtidos do número de Reynolds com os valores obtidos Dh/K, no Ábaco de Rouse, conforme figura 1.1, realizando o cruzamento dos valores para obter o coeficiente de atrito (f).
Figura 1.1 – Gráfico/Tabela Ábaco de Rouse
Material	Constante de Rugosidade absoluta ( K)
PVC	0,06 mm
 Cálculo do (f) SUCÇÃO:
Pvc: Dh = 0,0762 Dh = 1.270
 K 0,06*10 -3 K
 Pvc
f = 0,018
 Cálculo do (f) RECALQUE:
Pvc: Dh = 0,0508 Dh = 846,7
 K 0,06*10 -3 K
 Pvc
f = 0,023
• Cálculo do comprimento total da tubulação
SUCÇÃO 3”:
2,5+1,5+7 = 11 m
RECALQUE 2”:
22+4+7 = 33m
• Cálculo das perdas distribuídas - SUCÇÃO
Equação das perdas distribuídas
h = f * * 
Onde: f (coeficiente da perda de carga distribuída);
L (comprimento total da tubulação); 
Dh (diâmetro hidráulico);
v² (velocidade); 
g (gravidade).
Pvc : 
h = 0.018 * 11 * (1,5349) ²
 0,0762 2*10
h = 0,3060 m
 Cálculo das perdas distribuídas - RECALQUE
Pvc : 
h = 0,023* __33__* (3,453) ²
 0,0508 2*10
h = 8,9072m
• Cálculo das perdas singulares 
No projeto serão utilizados os seguintes materiais:
02 Curvas 90º 
01 Válvula de Retenção 
01 Válvula Gaveta Manual 
01Crivo de Válvula e Pé 
01 Junção T 
20 Pontos de Adesivos Plásticos para PVC entre tubulações 
01 Medidor de Vazão “manômetro” 
01 Válvula de Controle de Vazão
Equação das perdas singulares
hs = Ks * 
onde: Ks (coeficiente da perda de carga singular);
v² (velocidade); 
g (gravidade)
Singularidade Ks
Bocais	 2,75
Curvas 90° 	 0,90
Redução concêntrica	 1,20
Entrada normal	 0,50
Entrada de borda	 1,00
Junção 	 0,40
T saída bilateral	 1,80
Válvula gaveta manual	 0,20
Válvula de retenção	 0,50
Medidor de vazão	 3,80
Válvula de controle de vazão	 2,50
• Cálculo das perdas singulares RECALQUE 2”
 Cálculo das perdas singulares para as curvas de 90º
hs = Ks * hs = 0.9 * (3,453)² 
 2*10
hs = 0.0,5365 m * 2 curvas = 1,073m
Cálculo das perdas singulares para a válvula de retenção
hs = Ks * hs = 0.5 *(3,453)² 
 2*10
hs = 0.2980 m
Cálculo das perdas singulares para a válvula gaveta manual
hs = Ks * hs = 0.2 * (3,453)² 
 2*10
hs = 0.1192 m
Cálculo das perdas singulares para a Junção em T
hs = Ks * hs = 0,40 * (3,453)² 
 2* 10
hs = 0.2384 m
Cálculos das perdas singulares para os pontos de solda (cola) e flanges entre tubulações
Nº de pontos de solda = Comprimento total da tubulação
 Comprimento unitário tubo
Nº de pontos de cola = _44_ 8m pontos de cola
 6 m
hs = Ks * hs = 0,01 * (3,453)² 
 2*10
 
hs = 0,005961 m * 18 pontos de solda (cola) = 0,1072m
Cálculo das perdas singulares para medidor de vazão
hs = Ks * hs = 3.8 * (3,453)² 
 2*10
hs = 2,2654 m
Cálculo das perdas singulares SUCÇÃO 3”
Cálculo das perdas singulares para as curvas de 90º
hs = Ks * hs = 0.9 * (1,5349)² 
 2*10
hs = 0.1060m
Cálculos das perdas singulares para os pontos de cola e flanges entre tubulações
hs = Ks * hs = 0.01 * (1,5349)² 
 2*10
hs = 0,0012 m * 06 pontos de cola = 0,0072m
Cálculo das perdas singulares para o crivo de válvula e pé
hs = Ks * hs = 0.75 * (1,5349)² 
 2*10
hs = 0.0883 m
Cálculo das perdas totais do sistema
Equação das perdas totais
H12 = + 
Onde: 
 (somatória de todas as perdas singulares);
 (perda distribuída do material)
Cálculo das perdas singulares totais do sistema (sucção + recalque)
 = 4,3027m
Cálculo das perdas distribuídas totais do sistema (sucção + recalque)
pvc = 9,2132m
 
PVC= 4,3027 + 9,2132 = 13,5159m
Cálculo das perdas de entrada:
He ==
He = ((1,5349)²/20)
 
He = 0,1177 m
Cálculo das perdas de saída:
He =
He =( 26 + (3,453)²/20)
 
He = 26,5961 m
Cálculo para determinação da carga manométrica
Equação da conservação de cargas:
H1 + HB = H2 + H
 +HB=+H
Pvc:
 + HB = + H
 + HB = + H
((1,5349)² /2*10) + HB = 26+ (3,453)²/ 2*10 + 13,5159
HB= 40.11506 - 0,117796 HB = 39,9972 m 
Cálculo para determinação da pressão
Pvc:
He = 
0,117795 = (0 + (1,5349)²/ 2*10 + P1 /10000)
 
0,117795 = (0,117795 + P1 / 10000) 
 
0,117795*10000 = 0,117795 + P1
1177,95 = 0,117795 + P1
P1 = 1177,95 - 0,117795
P1 = 1177,83 pa
Pvc: 
Hs = 
26,5961 = (26 + (3,453)² /2*10 + P2 /10000)
 
26,5961 = 26,5961 + P2 
 10000
26,5961* 10000 = 26,5961 + P2
265,961 = 26,5961 + P
P2 = 265,961 - 26,5961
P2 = 239,364,9 pa 
Cálculo para determinação da pressão
Pressão total = P1 + P2
Pressão total = 1177,83 + 239,364,9
Pressão total =2.394.826,83 pa ou 2394 kpa
Conclusão
Considerando que o objetivo inicial do projeto foi o de incentivar os alunos a aplicarem todos os conhecimentos adquiridos em sala de aula para conclusão e definição da vazão, pressão, velocidade, diâmetro e material mais adequado para instalações de redes industriais, válvulas, bombas, vedações, enfim, para conseguirmos atingir tal patamar, foi necessária a utilização de diversas formas de pesquisa, recorrendo a sites, livros e auxílio do professor Richard Pimenta, portanto conseguimos chegar à conclusão de que todo esforço foi válido para aprimoramento de nossos conhecimentos e o projeto atende as especificações e exigências do projeto, pois analisamos os benefícios atrelados à segurança ideal para o sistema e o projeto se tornou totalmente satisfatório.
Bibliografia
http://www.ceset.unicamp.br/~mariaacm/CET0301/Hidraulica%202.pdf
(10/03/2011)
http://www.escoladavida.eng.br/mecflubasica/aulasfei/22010/exp_Reynolds.htm
(18/03/2011)
http://www.escoladavida.eng.br/mecflubasica/aulasfei/22010/prepara%C3%A7%C3%A3o_aulas/experi%C3%AAncia_de_perda_de_carga_distribu%C3%ADda.pdf
(22/03/2011)
http://www.escoladavida.eng.br/mecflubasica/aulasfei/22010/prepara%C3%A7%C3%A3o_aulas/experi%C3%AAncia_de_perda_de_carga_singular.pdf
(04/04/2011)
http://www.escoladavida.eng.br/mecflubasica/aulasfei/22010/prepara%C3%A7%C3%A3o_aulas/experi%C3%AAncia_de_bomba_22010.pdf
(04/04/2011)
http://www.info-inside.com/tabela-peso-especifico-de-materiais.html
(04/04/2011)
Bombas e instalações de bombeamento, 2º Edição, Capítulo 30: Perdas de cargas
Autor: Arquibald Joseph Macintyre
Mecânica dos fluidos / Franco Brunetti, São Paulo: Prentice Hall, 2005
Anexo
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