Aula sobre dimensionamento de conjunto moto-bomba.

 Aula sobre dimensionamento de conjunto motor-bomba.

Por, Marcelo Fontinele, MF Engenharia & Consultoria.

O dimensionamento de um conjunto moto-bomba (motores acoplados a bombas) é uma tarefa crucial em sistemas de bombeamento de líquidos em diversos setores, como saneamento, agricultura, construção e indústria. O processo envolve a escolha correta do motor e da bomba, com base nas características do fluido, na altura manométrica, na vazão necessária e na eficiência do sistema.

1. Fundamentos do Dimensionamento

O conjunto moto-bomba é composto por dois elementos principais: o motor elétrico e a bomba. O motor fornece a energia necessária para mover o fluido através da bomba. O dimensionamento envolve o ajuste desses dois componentes para que o sistema opere de maneira eficiente, com uma boa relação entre custo e desempenho.

• Motor: A escolha do motor deve levar em conta a potência necessária para acionar a bomba de acordo com as características do fluido (viscosidade, temperatura, etc.), a altura de recalque, a vazão desejada e as perdas no sistema.

• Bomba: A bomba é responsável por mover o fluido, e sua escolha depende de fatores como o tipo de fluido, a altura manométrica total (HMT) e a vazão requerida.

2. Cálculos Importantes

• Altura Manométrica Total (HMT): A HMT é a altura que o fluido precisa ser elevado e é composta por:

  • Altura geodésica (H): A diferença de altura entre o nível do reservatório de sucção e o de recalque.
  • Perdas de carga (Hp): Perdas de pressão devido ao atrito nas tubulações e nos acessórios (válvulas, cotovelos, etc.).
  $$HMT = H + Hp$$
  

• Potência da Bomba (P): A potência requerida pela bomba é dada por:

  $$P = \frac{{\rho \cdot g \cdot Q \cdot HMT}}{{\eta_{\text{bomba}}}}$$

  Onde:

  • $\rho$ = densidade do fluido (kg/m³)
  • $g$ = aceleração da gravidade (9,81 m/s²)
  • $Q$ = vazão (m³/s)
  • $HMT$ = altura manométrica total (m)
  • $\eta_{\text{bomba}}$ = eficiência da bomba

• Potência do Motor (P_motor): A potência do motor é calculada com base na potência da bomba e na eficiência do motor:

  $$P_{\text{motor}}=\frac{P_{\text{bomba}}}{{\eta }_{\text{motor<span class="vlist"><span class="mord"><span class="mord"><span class="msupsub"><span class="vlist-t vlist-t2"><span class="vlist-r"><span class="vlist-s"></span></span><span class="vlist-r"><span class="vlist"></span></span></span></span></span></span></span><span class="vlist-s"></span>}}}$$

3. Escolha da Bomba

O tipo de bomba a ser utilizado depende do fluido e das condições operacionais. Existem diversos tipos de bombas, como:

• Bombas centrífugas: São as mais comuns para sistemas de bombeamento em que a vazão e a altura manométrica não são muito grandes.
• Bombas volumétricas (ou positivas): Usadas quando é necessário bombear líquidos viscosos ou quando há necessidade de pressões mais altas.

A seleção da bomba é feita através de um gráfico característico da bomba (curva Q-H), onde é possível determinar a altura manométrica que a bomba alcança para diferentes vazões. A escolha do ponto de operação deve ser feita no ponto de interseção entre a curva da bomba e a curva do sistema, levando em consideração a HMT e a vazão exigida.

4. Escolha do Motor

O motor deve ser dimensionado para fornecer a potência necessária para a bomba, com uma margem de segurança para eventuais sobrecargas e variações nas condições de operação. Para determinar a potência do motor, leva-se em conta:

• A potência da bomba calculada
• A eficiência do motor
• A fator de serviço (se o motor operará em condições normais ou exigentes)

5. Curvas Características e Eficiência

• Curva da Bomba (Q-H): Mostra a relação entre a vazão e a altura manométrica para diferentes condições de operação. O ponto de operação é onde essa curva se intersecta com a curva de sistema.
• Curva do Motor (P-V): Mostra a potência necessária para diferentes vazões.

6. Ajustes e Considerações

• Eficiência do Sistema: O conjunto moto-bomba deve ser escolhido considerando a eficiência tanto do motor quanto da bomba. A eficiência global do sistema é crucial para evitar desperdícios de energia e otimizar os custos operacionais.
• Fatores de Segurança: Sempre deve-se considerar um fator de segurança em relação ao sobrecarga do motor e a variação de vazão.

7. Exemplo de Dimensionamento

Considerando uma necessidade de bombeamento de água com uma vazão de 100 m³/h (2,78 l/s) para uma altura manométrica de 20 metros, e uma bomba centrífuga com eficiência de 70% e um motor com eficiência de 90%, podemos calcular a potência necessária:

1. Potência da bomba:

   $$P_{\text{bomba}} = \frac{{1000 \cdot 9,81 \cdot 2,78 \cdot 20}}{{0,7}} = 75,2 \, \text{kW}$$
   

2. Potência do motor:

   $$P_{\text{motor}} = \frac{75,2}{0,9} = 83,56 \, \text{kW}$$
   

Portanto, um motor de aproximadamente 85 kW seria ideal para esse conjunto moto-bomba.

8. Conclusão

O dimensionamento de um conjunto moto-bomba é um processo crítico que envolve cálculos precisos da altura manométrica, vazão e potência. A escolha adequada dos componentes resulta em maior eficiência e menor custo operacional. É fundamental também considerar as características do fluido, as perdas no sistema e as condições de operação para garantir um sistema de bombeamento eficiente.