O Laboratório de Operações Unitárias

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO CARLOS

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA

Laboratório de Operações Unitárias

Experimento 1 – Determinação do ponto de operação

Discentes

Ana Beatriz - 498475

Lucas - 598112

Mayara Galvão - 612944

Osny Cocate – 597856

Vinicius Araujo – 507679

São Carlos - SP

Abril/2018

1. Objetivos

O experimento visa a determinação e comparação do ponto de operação teórico e experimental de uma bomba centrifuga de curva característica conhecida. Para isso, visa-se estudar o balanço de energia para determinação da curva do sistema e realização de medidas experimentais de vazão real do sistema.

2. Medidas realizadas

        Para determinação do ponto de operação da bomba teórico foi necessário, além de obter os dados de vazões e altura manométrica (H) fornecidos pelo fabricante, medir o comprimento da tubulação e contar os acessórios. Essas medidas estão dispostas nas tabelas abaixo. A configuração designada para o grupo foi ajustada antes de ligar a bomba. A configuração foi de V2 aberta, V3 meia aberta, V1 e V4 fechadas.

Tabela 1 - Quantidade de acessórios no sistema. Fonte: Acervo pessoal.

Acessórios	Quantidade
Cotovelo raio curto 90º - PVC	12
Cotovelo raio curto 90º - Ferro	1
Cotovelo raio curto 45º	4
Cotovelo raio longo	1
Tê 90º passagem direta	1
Tê 90º saída lateral	3
Entrada normal	1
Saída de tanque	1
Válvula de Gaveta aberto	1
Válvula gaveta 1/2 aberto	1
Válvula Globo aberto	2

Tabela 2 - Comprimento da tubulação do sistema. Fonte: Acervo pessoal.

Tubulação	Comprimento (m)
PVC	7,11
Aço	0,70
Cobre	0,67

        

A fim de medir a vazão do sistema, mediu-se previamente a massa do balde de coleta de água. Em seguida, foram coletadas as vazões no ponto de saída do processo. Enquanto a água era coletada no balde, o tempo foi medido e posteriormente a massa total pesada em uma balança analógica. Para diminuir erros experimentais, a vazão foi medida em triplicata. Os dados estão dispostos na tabela a seguir.

Tabela 3 - Dados experimentais de vazão. Fonte: Acervo pessoal.

Tempo (s)	Massa (g)	Vazão (kg/s)	Vazão (m³/h)	Vazão média (m³/h)
9,85	7,65	0,726	2,62	2,62
9,47	7,35	0,723	2,61
11,09	8,55	0,726	2,62

A temperatura da água no tanque no momento da medição de vazão foi de 23°C. Por fim, mediu-se a distância entre a saída de água até o começo do conteúdo de água no tanque, sendo essa considerada a diferença de altura nos cálculos a seguir. O valor do delta z obtido foi de 10,5cm.

3. Tratamento dos dados

3.1 Equacionamento

Com a interseção entre a curva da bomba e a curva do sistema, é possível determinar o ponto de operação teórico. A curva do sistema é determinada segundo o balanço de energia mecânica.

O transporte de água de um ponto com menor energia potencial para um ponto com maior energia potencial é realizado através da bomba, que fornece trabalho ao sistema. Dessa forma, deve-se analisar o sistema em dois pontos: antes da bomba (sucção) e depois da bomba (recalque):

 

[pic 1]

Figura 1 - Representação simplificada de um sistema de bombeamento. Fonte: Acervo pessoal.

Os pontos 1 e 2, de menor energia potencial e antes da bomba, representam a porção em que ocorre a sucção e os pontos 3 e 4, de maior energia potencial, depois da bomba (recalque). A diferença de energia entre os pontos 1 e 2, e 3 e 4 equivalem à perda de carga nessas regiões.

Perda de carga na sucção:

                                                                (1)[pic 2]

Perda de carga no recalque:

                                                                (2)[pic 3]

 

O trabalho útil que a bomba fornece trata-se da altura manométrica do sistema. A relação entre a altura manométrica e as energias nos pontos próximos à entrada e saída de água na bomba é:

                                                                        (3)[pic 4]

Substituindo as equações de perda de carga na sucção e recalque na da equação manométrica:

                                                 (4)[pic 5]

Introduzindo as equações de energias cinética, potencial e diferença de pressão do balanço de energia:

                                        (5)[pic 6]

 

Para o caso específico deste experimento, as seguintes considerações foram tomadas:

Quando os tanques se encontram abertos, não há variação de pressão: