Um cálculo da cabeça da bomba de reforço de um edifício determina quanto energia a bomba deve acrescentar para fornecer o fluxo necessário na instalação mais desfavorecida. No fluxo de projeto, adicione a elevação, a exigência de pressão residual na saída e as perdas de sucção até à instalação; depois subtraia a altura de pressão de entrada utilizável no ponto de partida definido. Expresse todos os termos na mesma unidade e verifique o resultado com uma curva de bomba. Isto não é simplesmente a altura do edifício mais um fator de segurança arbitrário. A carga final deve usar a rede de tubulações real do projeto, zonas de pressão, condição mínima de abastecimento, exigência de pressão na instalação e regras de encanamento adotadas.
Escolha as duas extremidades do cálculo
Antes de inserir números, desenhe uma linha desde a fonte de água até à instalação crítica. Para um conjunto alimentado pela cidade, a referência inicial pode ser a flange de sucção da bomba de reforço em pressão de sucção mínima credível. Para um conjunto de tanque de reserva, pode ser o nível de água mais baixo permitido no tanque. A referência final é normalmente a instalação mais exigente ou outro ponto de controlo de pressão especificado. Indique cada elevação relativamente ao mesmo datum.
Diferentes pontos de partida produzem equações com aparências diferentes que são fisicamente equivalentes quando as suas perdas são tratadas de forma consistente. Se a pressão disponível for medida na entrada do serviço do edifício, inclua o medidor, o dispositivo de refluxo, o filtro e as perdas de tubo entre esse medidor e a entrada da bomba. Se a pressão for medida na sucção da bomba enquanto opera a fluxo de projeto, não subtraia novamente essas perdas a montante. Este erro pode duplicar ou omitir uma queda de pressão significativa.
O Equipamento de regulador de reforço BorraPumps pode ser avaliado para o abastecimento de água do edifício uma vez que o fluxo e a cabeça estejam especificados. A sua página de produto solicita pressão de entrada e saída porque esses números importam tanto quanto o fluxo solicitado da bomba. Um Bombas de impulso vertical ISG é um tipo de produto diferente e deve ser revisto separadamente em relação à carga real e ao arranjo de instalação.
Escreva o equilíbrio de cabeça numa única unidade
Para água num edifício, uma declaração preliminar útil é:
Cabeça de bomba requerida = diferença de elevação + cabeça de pressão residual requerida + perdas de atrito e componentes a jusante − cabeça de pressão de entrada utilizável.
Todos os termos devem referir-se ao mesmo fluxo de projeto e pontos consistentes. Uma equação de energia mais completa inclui diferenças de cabeça de velocidade onde os tamanhos e velocidades de tubo as tornam relevantes. O Manual de fontes de energia do Departamento de Energia dos EUA descreve componentes de pressão, elevação, velocidade e atrito da cabeça da bomba. O calculador de cabeça dinâmica total da Universidade do Estado de Washington também distingue a pressão de fonte disponível do levantamento, perdas e pressão necessárias no destino. Um designer de edifícios ainda precisa calcular os componentes reais do projeto, não copiar os valores padrão de um calculador.
Para água limpa perto de temperaturas ordinárias de edifícios, 1 psi é aproximadamente 2,31 pés de água. Use a densidade de fluido exata quando a temperatura ou o meio tornarem esta aproximação inadequada. Converta apenas termos de pressão; uma elevação de 60 pés já é 60 pés de cabeça. Não multiplique essa elevação por 2,31 novamente. Se trabalhar em unidades métricas, a altura de pressão em metros é a pressão em pascais dividida pela densidade do fluido vezes a aceleração da gravidade.
| Componente principal | Informação típica necessária | Verificação de contabilidade |
|---|---|---|
| Elevação estática | Elevações da bomba/fonte e do dispositivo crítico | Mesma referência e zona de pressão correta |
| Pressão residual do dispositivo | Requisito do dispositivo ou equipamento na vazão de projeto | Usar base de projeto e código aceitos |
| Perdas em tubos e conexões | Comprimentos, diâmetros internos, conexões, fluxo de ramificação | Calcular no percurso de fluxo dominante |
| Perdas do dispositivo | Medidor, preventor de refluxo, filtro, válvula, PRV | Usar dados do fabricante na vazão de projeto |
| Pressão de entrada disponível | Caso de baixa medição/utilidade ou nível de água no tanque | Indicar onde a pressão é medida |
| Diferença na velocidade de rotação | Áreas de tubulação nas duas fronteiras escolhidas | Incluir quando material; não inventar uma margem fixa |
A tabela é uma lista de verificação, não um conjunto de valores padrão. Um projetista deve usar desenhos reais, componentes testados e a pressão de fixação exigida pelo código adotado. O Material de mecânica de fluidos da Universidade de Purdue fornece os conceitos subjacentes de perda de carga e curva de bomba para leitores que desejam a derivação hidráulica completa.
Encontrar o dispositivo crítico e a zona de pressão
O dispositivo fisicamente mais alto é frequentemente crítico, mas nem sempre. Um ramal distante com dispositivos restritivos pode exigir mais altura do que um dispositivo ligeiramente mais alto próximo ao tubo de subida. Compare os caminhos que combinam elevação, pressão residual e fricção de forma mais desfavorável. Um dispositivo comercial de alto fluxo em um nível inferior pode governar um caso de operação diferente. Documente o caminho e a distribuição de fluxo utilizados no cálculo.
Bairros de vários andares podem ser divididos em zonas de pressão inferiores e superiores para evitar pressão excessiva nos pisos baixos. Calcule cada zona separadamente. Adicionar toda a altura do edifício a uma bomba que serve apenas a zona superior pode superestimar sua capacidade; assumir que uma pressão de descarga serve todos os pisos sem reguladores pode gerar sobrepressão nos dispositivos inferiores. Se uma válvula de redução de pressão fizer parte do projeto da zona, considere suas perdas operacionais e limites de pressão, em vez de tratá-la como uma peça invisível.
A estimativa do fluxo do dispositivo é desenvolvida separadamente. Veja como calcular o fluxo da bomba de reforço do apartamento para um fluxo de trabalho de demanda provável. Ambos os valores devem estar em uma programação de bomba: um número de altura sem o fluxo em que ela é necessária não pode identificar o ponto de operação.
Trabalhar através de um exemplo transparente
Considerar um hipotético dever de zona superior de 125 gpm. A elevação vertical desde a referência de sucção do reforçador até ao dispositivo crítico é de 75 pés. A pressão residual requerida nesse dispositivo assume-se ser de 20 psi, equivalente a cerca de 46,2 pés de água. As perdas calculadas na tubagem, acessórios e dispositivos a jusante a 125 gpm totalizam 18 pés. A pressão mínima medida na entrada da bomba enquanto fornece esse fluxo é de 25 psi, ou cerca de 57,8 pés de água. Negligenciando uma pequena diferença de cabeça de velocidade para esta ilustração, a cabeça de bomba requerida é 75 + 46,2 + 18 − 57,8 = 81,4 pés.
O exemplo é uma demonstração aritmética, não uma regra para um edifício em particular. O valor de 20 psi no dispositivo, as perdas de 18 pés e a pressão de entrada de 25 psi são assumidos — não retirados de uma especificação BorraPumps ou afirmados como limites de código. Se a bomba suga de um tanque ventilado em vez de uma linha de cidade pressurizada, a condição de pressão de entrada muda e o resultado pode ser muito maior. Se os 25 psi foram medidos a montante de um dispositivo de refluxo em vez de na flange de sucção, a sua perda de pressão deve ser considerada antes de subtrair a cabeça de entrada disponível.
Não aplique um “extra de cabeça 10%” genérico apenas porque as entradas são incertas. Identifique qual entrada é incerta, procure uma medição ou curva de perdas de produto confiável, e utilize uma margem de projeto explicitamente documentada se o engenheiro decidir que uma é necessária. Grandes margens ocultas tanto no fluxo quanto na cabeça podem afastar uma bomba da sua região de operação eficiente.
Calcule as perdas no fluxo de projeto
A fricção na tubagem depende do fluxo, diâmetro, comprimento, rugosidade e propriedades do fluido. As perdas em acessórios e válvulas dependem dos componentes reais e da sua configuração instalada. A perda de pressão para um medidor ou conjunto de refluxo deve vir dos dados do produto selecionado no fluxo relevante. Perdas medidas a um fluxo mais baixo não se transferem simplesmente para o caso de fluxo máximo. Se várias bombas funcionarem juntas, os fluxos do cabeçote de sucção e descarga diferem do fluxo de cada ramal individual; não aplique o fluxo total definido a cada ramal.
Para um edifício existente, as leituras do manómetro sob carga podem ajudar a reconciliar o cálculo teórico, mas um par de leituras não constitui uma curva de bomba completa. Registe o fluxo, bombas em operação, pressão de entrada, pressão de descarga, nível do tanque se presente, e localização do sensor ao mesmo tempo. Uma válvula fechada ou regulada, um filtro entupido ou um regulador de pressão com defeito podem tornar a diferença de pressão medida enganosa. Corrija esses defeitos antes de especificar uma bomba de substituição maior.
Verifique as curvas da bomba e do sistema em conjunto
Uma bomba centrífuga não fornece uma cabeça fixa a cada fluxo. Leia a curva do fornecedor no fluxo requerido, ajuste do impulsor ou velocidade, e condição do líquido. O ponto de operação real é onde a curva da bomba encontra a curva do sistema. Notas da Purdue sobre pontos de operação da bomba explicam essa interseção. Uma cabeça máxima citada a zero fluxo não é a cabeça de projeto no pico de fluxo do projeto.
Para um conjunto escalonado, examine a condição de baixa demanda de uma bomba, a condição de pico com múltiplas bombas, e a condição de falha se a redundância for prometida. Bombas em paralelo partilham aproximadamente a mesma cabeça diferencial enquanto as suas contribuições de fluxo dependem das suas curvas. Dobrar simplesmente o fluxo de catálogo de uma única bomba a uma cabeça arbitrária não é confiável. Se for utilizado controlo de velocidade variável, verifique toda a gama de velocidade esperada, fluxo mínimo, limites do motor, e posição do sensor de controlo. A setpoint de pressão não é idêntica à cabeça da bomba: o controlador lê um ponto específico no sistema de tubagens enquanto a bomba adiciona uma diferença de pressão entre a sua sucção e descarga.
O guia de dever/standby de bomba de reforço explica como uma exigência de caso de falha altera as curvas que devem ser verificadas. Para um edifício com serviço 24 horas, o engenheiro pode exigir que uma bomba suporte o pico com outra indisponível; noutros projetos, um serviço de emergência reduzido pode ser aceite. Esta é uma decisão do projeto, não uma propriedade universal de um conjunto de duas bombas.
Revise as condições mínimas e máximas de fornecimento
O caso de baixa pressão na entrada geralmente regula a cabeça mínima da bomba necessária para manter o serviço no piso superior. O caso de alta pressão na entrada pode regular a sobrepressão de descarga e o comportamento de controlo. Uma linha de cidade pode oscilar com o horário do dia e a operação da utilities. Solicite as condições da utilities e meça o site existente durante um período representativo, sempre que possível. Se o abastecimento for um tanque, utilize ambos os níveis de água baixos e altos e verifique o sistema de controlo em ambos os extremos.
As condições de sucção também afetam o risco de cavitação e a proteção contra baixa água. Uma bomba selecionada apenas pelo cabeçote de descarga pode ainda ser inadequada se a entrada não puder fornecer o fluxo necessário. Verifique a altura de sucção líquida positiva disponível em relação ao requisito da bomba candidata usando a temperatura real da água do projeto e o arranjo de sucção. Evite operar um reforçador a partir de um serviço municipal inadequado ou de um tanque que não possa reabastecer seu volume armazenado como esperado.
O que uma consulta completa ao fornecedor deve incluir
Indique o fluxo de projeto e a diferença de cabeça requerida juntamente, com os limites de cálculo. Inclua pressão mínima e máxima na entrada, pressão requerida no sensor de controle ou na instalação crítica, temperatura e qualidade da água, tamanhos de tubos, arranjo do tanque, expectativa de operação/standby, voltagem e frequência, dimensões de instalação e esquema de controle pretendido. Solicite curvas de ponto de operação e dados elétricos, e peça os pontos de operação para cada caso de escalonamento. O faixa de reforço de abastecimento de água BorraPumps pode ser usado para identificar tipos de produto candidatos, mas a correspondência final depende dessas condições.
Para um hotel, múltiplos padrões de uso podem afetar as zonas de fluxo e pressão simultâneas; consulte o guia de seleção de reforçadores para hotéis em vez de transferir este exemplo sem alterações. Mantenha a estimativa de fluxo, o cálculo de cabeça e a configuração do conjunto de bombas como decisões documentadas separadas para que uma alteração em uma entrada possa ser rastreada através do cronograma de aquisição.
Perguntas frequentes
A cabeça da bomba é apenas a altura do edifício?
Não. A elevação é apenas uma das componentes. A pressão residual necessária nos pontos de consumo, as perdas de carga nas tubagens e nos componentes, bem como a pressão disponível à entrada, também são fatores importantes para o caudal especificado.
Posso subtrair a pressão da rede pública à altura do edifício?
Só após converter a pressão em altura de coluna de água e definir onde a pressão é medida. Utilize uma pressão de alimentação mínima credível sob o fluxo de projeto; inclua perdas entre o ponto de medição e a entrada da bomba.
Porque é que a curva da bomba apresenta diferentes valores de altura manométrica?
A altura manométrica desenvolvida por uma bomba centrífuga varia em função do caudal e da velocidade de rotação. Selecione a bomba com base no ponto de funcionamento pretendido e não no valor máximo de altura manométrica indicado na etiqueta.
O ponto de ajuste de pressão de descarga é a cabeça total da bomba?
Não. O ponto de ajuste é a pressão em um sensor. A cabeça da bomba é a energia adicionada entre a sucção e a descarga, expressa como o comprimento de uma coluna de fluido.
Aprimoramento
A palestra do NPTEL IIT Kharagpur sobre curvas características de bombas explica por que a cabeça selecionada deve ser verificada na vazão calculada; ela não substitui um cálculo de encanamento específico do projeto.
Assista à palestra sobre curvas características de bombas no YouTube.