Bombas - Leis de Afinidade

As leis de afinidade das máquinas turbo podem ser usadas para calcular a capacidade de volume, altura manométrica ou consumo de energia em bombas centrífugas ao alterar a velocidade ou os diâmetros das rodas.

 

As Leis de Afinidade de bombas centrífugas ou ventiladores indicam a influência na capacidade de volume, altura manométrica (pressão) e/ou consumo de energia de uma bomba ou ventilador devido a

  • mudança na velocidade da roda – rotações por minuto (rpm)
  • semelhança geométrica – mudança no diâmetro do impulsor

Observe que existem dois conjuntos de leis de afinidade:

  • leis de afinidade para uma bomba centrífuga específica – para aproximar curvas de altura, capacidade e potência para diferentes velocidades de motor e/ou diferentes diâmetros de rotores
  • leis de afinidade para uma família de bombas centrífugas geometricamente semelhantes – para aproximar as curvas de carga, capacidade e potência para diferentes velocidades de motor e/ou diferentes diâmetros de rotores

Leis de afinidade de bomba para uma bomba centrífuga específica

Capacidade de Volume

A capacidade volumétrica de uma bomba centrífuga pode ser expressa como

1 / q 2 = (n 1 / n 2 ) (d 1 / d 2 ) (1)

Onde

= capacidade de fluxo de volume (m 3 /s, gpm, cfm, ..)

n = velocidade da roda – rotação por minuto – (rpm)

d = diâmetro da roda (m, pés)

Cabeça ou Pressão

A altura manométrica ou pressão de uma bomba centrífuga pode ser expressa como

dp 1 / dp 2 = (n 1 / n 2 ) 2 (d 1 / d 2 ) 2                          (2)

Onde

dp = carga  ou pressão (m, ft, Pa, psi, ..)

Poder

O consumo de energia de uma bomba centrífuga pode ser expresso como

1 / P 2 = (n 1 / n 2 ) 3 (d 1 / d 2 ) 3                            (3)

Onde

= potência (W, bhp, ..)

Alterando a Velocidade da Roda

leis de afinidade de bombas centrífugas

Se o diâmetro da roda for constante – a mudança na velocidade da roda da bomba pode simplificar as leis de afinidade para

Capacidade de Volume

1 / q 2 = (n 1 / n 2 ) (1a)

Cabeça ou Pressão

dp 1 / dp 2 = (n 1 / n 2 ) 2                             (2a)

Poder

1 / P 2 = (n 1 / n 2 ) 3                              (3a)

leis de afinidade da bomba - mudando o diagrama de velocidade da roda

Observação! Se a velocidade de uma bomba for aumentada em 10%

  • o fluxo de volume aumenta com 10%
  • a cabeça aumenta com 21%
  • a potência aumenta com 33%

Se quisermos aumentar a capacidade de vazão de um sistema existente em 10% , temos que aumentar a fonte de alimentação em 33% .

 

Alterando o Diâmetro do Impulsor

Se a velocidade da roda é constante, uma mudança no diâmetro do rotor simplifica as leis de afinidade para

Capacidade de Volume

1 / q 2 = 1 / d 2                            (1b)

Cabeça ou Pressão

dp 1 / dp 2 = (d 1 / d 2 ) 2                          (2b)

Poder

1 / P 2 = (d 1 / d 2 ) 3                         (3b)

leis de afinidade da bomba - mudando o diagrama do diâmetro da roda

 

Exemplo – Leis de Afinidade da Bomba – Alteração da Velocidade da Bomba

A velocidade da bomba é alterada quando o tamanho do impulsor é constante. A vazão inicial é de 100 gpm , a altura manométrica inicial é de 100 pés , a potência inicial é de 5 bhp , a velocidade inicial é de 1750 rpm e a velocidade final de 3500 rpm .

A capacidade de fluxo final pode ser calculada com (1a):

2 = q 1 n 2 / n 1

    = (100 gpm) (3500 rpm) / (1750 rpm)

    = 200 gpm

A cabeça final pode ser calculada com (2a):

dp 2 = dp 1 (n 2 / n 1 ) 2

= (100 pés) ((3500 rpm) / (1750 rpm)) 2

    = 400 pés

O consumo final de energia pode ser calculado com (3a):

2 = P 1 (n 2 / n 1 ) 3

= (5 cv) ((3500 rpm) / (1750 rpm)) 3

    = 40 cv

Exemplo – Leis de Afinidade da Bomba – Alteração do Diâmetro do Impulsor

O diâmetro do impulsor da bomba é reduzido quando a velocidade da bomba é constante. O diâmetro é alterado de 8 para 6 polegadas .

A capacidade de fluxo final pode ser calculada com (1b) :

2 = q 1 (d 2 / d 1 )

    = (100 gpm) ((¨6 in) / (8 in))

    = 75 gpm

A cabeça final pode ser calculada com (2b) :

dp 2 = dp 1 (d 2 / d 1 ) 2

    = (100 pés) ((6 pol) / (8 pol)) 2

    = 56,3 pés

O consumo final de energia pode ser calculado com (3b) :

2 = P 1 (d 2 / d 1 ) 3

    = (5 cv) ((6 pol) / (8 pol)) 3

    = 2,1 cv

Leis de afinidade de bombas para uma família de bombas geometricamente semelhantes

A capacidade de volume pode ser expressa como

1 / q 2 = (n 1 / n 2 )(d 1 / d 2 ) 3                                        (4)

Onde

= capacidade de fluxo de volume (m 3 /s, gpm, cfm, ..)

n = velocidade da roda – rotação por minuto – (rpm)

d = diâmetro da roda

Cabeça ou Pressão

A altura manométrica ou pressão de uma bomba centrífuga pode ser expressa como

dp 1 / dp 2 = (n 1 / n 2 ) 2 (d 1 / d 2 ) 2                                      (5)

Onde

dp = carga  ou pressão (m, ft, Pa, psi, ..)

Poder

O consumo de energia de uma bomba centrífuga pode ser expresso como

1 / P 2 = (n 1 / n 2 ) 3 (d 1 / d 2 ) 5                                       (6)

Onde

= potência (W, bhp, ..)

Observe que as leis de afinidade para ventiladores não são idênticas às bombas.

 

Fonte: https://www.engineeringtoolbox.com/affinity-laws-d_408.html

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