A definição acadêmica de "elevação" se refere ao trabalho realizado por uma bomba de água solar em uma unidade de peso de líquido, ou seja, o aumento de energia de uma unidade de peso de líquido depois que ele passa pela bomba de água solar.

No entanto, em aplicações práticas, a sustentação não é expressa em unidades de energia, mas sim como altura da coluna líquida (H), medida em metros (m). Outras unidades comuns para sustentação incluem quilogramas (kg) e megapascals (mpa), com a relação de conversão sendo: 1mpa = 10kg = 100m.

O elevador da bomba de água solar é um parâmetro de trabalho crucial para a bomba de água solar e desempenha um papel fundamental na seleção de bombas de água solares. Ele determina se a bomba de água solar pode fornecer água para o local necessário.

Se a elevação for muito baixa, a água não chegará ao seu destino. Por outro lado, se a elevação for muito alta, isso pode levar ao aumento do uso de energia e dos custos de eletricidade, e potencialmente fazer com que o motor superaqueça e falhe.

Para profissionais da indústria, calcular a altura manométrica de uma bomba de água solar é uma habilidade essencial. Hober agora detalhará o método para calcular a altura manométrica de uma bomba de água solar.

Cálculo da altura manométrica da bomba de água solar

De acordo com fórmulas padrão, a altura manométrica da bomba solar de água (H) é calculada como: H = z + hw

• 'z' representa a elevação vertical da água, ou a diferença de altura entre a superfície da água no ponto de entrada e a superfície da água no ponto de saída.
• 'hw' é a perda de carga, que inclui tanto a perda de carga ao longo do caminho (hf) quanto a perda de carga local (hw).

A perda de carga (hf) é calculada usando a fórmula de Darcy ou a fórmula de Xie Cai:

hw = ξ * v² / 2g

• ξ é o coeficiente de perda de carga local. Para seu valor, consulte a literatura relevante.
• v é a velocidade do fluxo no tubo. Geralmente, hw ocorre em pontos como entrada, curvas, válvulas e saídas.

No entanto, esse cálculo geralmente não é realizado em aplicações práticas. Vamos nos concentrar em como calcular a altura manométrica da bomba solar em orçamentos de projetos reais.

Cálculo prático da altura manométrica da bomba solar de água

Considere este cenário: transportar água de uma piscina para o terraço do terceiro andar. Com 'A' representando a bomba de água solar e '123' indicando os andares, sob condições ideais, a elevação da bomba de água solar pode ser simplesmente entendida como a distância vertical do ponto B ao C. Esta altura, geralmente em metros, representa a cabeça da bomba.

Note que a altura de B a C se refere à altura vertical, não ao comprimento do pipeline. Se a rota de B a C for inclinada, a altura vertical deve ser calculada.

Em operações do mundo real, o líquido bombeado não se move diretamente para cima ou para baixo, mas viaja horizontalmente e através de curvas e tês. Isso representa perdas, então deve ser considerado no cálculo do levantamento da bomba.

Se o líquido for água limpa em temperatura normal e a tubulação for feita de PVC ou aço, as seguintes estimativas aproximadas podem ser usadas:

• 1 cotovelo ≈ 0,5 metro de perda de carga da bomba de água solar
• 10 metros de distância horizontal ≈ 1 metro de perda de carga da bomba

Usando o exemplo acima, se a distância horizontal de A a B for 10 metros, a altura vertical de B a C for 20 metros e a distância horizontal de C a D for 10 metros, então a altura da bomba necessária é:

1 + 0,5 + 20 + 0,5 + 1 = 23 metros [10 metros de distância horizontal AB + perda de cotovelo no ponto B + distância vertical BC + perda de cotovelo no ponto C + 10 metros de distância horizontal CD]

Com este método de cálculo rápido, você essencialmente concluiu um curso básico em cálculo de cabeça de bomba de água solar. No entanto, em aplicações reais, os oleodutos geralmente não são estritamente horizontais ou verticais, e podem incluir seções inclinadas.

Não se preocupe, Hober apresentará abaixo o melhor método de cálculo de elevação de bomba de água solar.

O método de cálculo para a altura manométrica da bomba solar de água é:

Altura da bomba = altura vertical + perda na tubulação + pressão de saída

Vamos analisar:

1. Altura vertical
   • Isso se refere à diferença de altura vertical entre o ponto central da saída da bomba de água solar e o ponto final da tubulação.
   • Se a diferença de altura for substancial (mais de 100 metros), ela será considerada como a diferença de altura do plano horizontal até o final da tubulação, ignorando efetivamente a elevação de sucção de três a cinco metros.
2. Perda de pipeline
   • Perda na tubulação refere-se à perda de energia quando o líquido flui pela tubulação, incluindo perda por atrito e perda de acessórios (como válvulas e cotovelos).
   • O cálculo de perdas na tubulação é complexo e requer o conhecimento da vazão (Q em m³/h), do diâmetro do tubo (DN em mm), do comprimento total da tubulação (em metros), do material da tubulação e do número de acessórios, como válvulas, tês ou cotovelos.
3. Pressão de saída
   • Esta é a pressão da água no final do tubo.
   • Frequentemente, o objetivo não é apenas elevar a água, mas também garantir uma pressão específica na saída. Por exemplo, se estiver bombeando água do rio montanha acima para irrigação por aspersão, a água precisa de pressão suficiente no topo da montanha para facilitar a pulverização.

Exemplo prático

Vamos aplicar isso a um cenário do mundo real:

Suponha que um projeto exija uma vazão de 200 m³/h, um comprimento total de tubulação de 1100 metros, uma altura vertical desconhecida, uma inclinação de 30 graus, um plano para usar tubo de aço sem costura DN200 mm e uma pressão de saída necessária de 10 kg. Qual seria a elevação da bomba?

• Calcule a altura vertical: A 30 graus, o valor da função seno é aproximadamente 0,523. Portanto, 1100 metros * 0,523 = 575 metros, indicando uma altura vertical de 575 metros.
• Perda de tubulação: Para DN200mm e Q=200m³/h, a perda por 100 metros é de 2,1 metros. Para 1100 metros, isso equivale a 23,1 metros.
• Pressão de saída necessária: 10 kg, equivalente a aproximadamente 100 metros.

Assim, a altura manométrica total de projeto para esta bomba de água solar é: 575 + 23,1 + 100 = 698,1 metros. Incluindo as perdas de válvulas e cotovelos, a altura manométrica da bomba não deve ser menor que 700 metros.

Principais considerações ao selecionar uma bomba de água solar

É crucial determinar a elevação apropriada para uma bomba de água solar. A seleção incorreta da elevação pode levar a ineficiências, consumo excessivo de energia e até mesmo falhas mecânicas ou queima do motor. Por exemplo, uma bomba solar submersível de aço inoxidável com uma elevação de 15 metros pode ser selecionada para uma aplicação industrial, mas se apenas 10 metros forem necessários, isso pode causar problemas operacionais, como vibração excessiva. Ajustar a válvula na saída da bomba pode mitigar isso, mas também leva ao desperdício de eletricidade e aumento de custos.

Portanto, calcule o elevador próximo ao requisito real e evite grandes margens. Por exemplo, se a altura da bomba de água solar for de 20 metros e o tubo horizontal for um tubo DN50 com extensão de 100 metros, considere a perda do tubo horizontal e fatores adicionais, como cotovelos e válvulas. Para transporte de água, um elevador de bomba solar de 27-30 metros pode ser adequado. Para cálculos de perdas específicas, é aconselhável consultar os engenheiros da Hober.

Ao calcular a altura manométrica, evite equívocos. A altura manométrica não é apenas a altura vertical ou o comprimento do oleoduto. É essencial considerar a vazão, o comprimento total do oleoduto, o diâmetro e o material, equilibrando o investimento inicial com os custos operacionais. Lembre-se do método de conversão de unidades e confirme os detalhes com a equipe técnica do fabricante, se necessário.