O Relatório de Bombas

CURVA CARACTERÍSTICA DE BOMBAS

E. A. R. FREIRE1, J. C. A de SOUSA1

1Universidade Federal do Maranhão, Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas, Coordenação do Curso de Engenharia Química.

RESUMO – O trabalho descreve o experimento de Curva Característica de Bombas, tendo como escopo a análise da variação de pressão na entrada e na saída da bomba, tendo em vista, a variação de vazão para o fluido de trabalho, água. O sistema consistiu em um reservatório de água, bomba, vacuômetro, manômetro e pistões que controlassem a vazão da água para a tubulação. Dessa forma foi possível construir a curva característica da bomba experimentalmente e compara-la com a do fabricante e ainda supor um sistema de tubulação que operasse juntamente com a bomba. A análise da curva experimental foi similar comparada com a do fabricante o que revela a eficácia do experimento e ainda comparou-se a curva da bomba experimental com a curva do sistema hipotético e determinou-se o ponto de trabalho. Além disso, conseguimos observar o fenômeno da cavitação.

PALAVRAS-CHAVE: bomba centrífuga, variação de pressão, vazão, altura útil, curva do fabricante, ponto de operação.

1. INTRODUÇÃO

Máquina de fluido é o equipamento que promove a troca de energia entre um sistema mecânico e um fluido, transformando energia mecânica em energia de fluido, ou vice-versa (Souza, 1969). Estes equipamentos são acoplados a sistemas completos de tubulações para transferir fluidos, no estado líquido, de um ponto a outro de acordo com o aumento da vazão do escoamento. A vazão e a altura manométrica do fluido estão estritamente interligadas de acordo com o sistema em análise.

As perdas por componentes da tubulação são tratadas como descontinuidades nas linhas de corrente e nas linhas de energia, e são comumente chamadas de perda de carga. (Potter, 2014). Devido a essas supressões, é possível observar uma diminuição da energia cinética do fluido, e, por conseguinte, uma diminuição de sua pressão, ou ainda, em um sistema elevatório, a perda de altura.

Ao passar pela bomba, o fluido recebe uma quantidade de energia por unidade de peso, que determina uma altura correspondente. Esta altura é denominada Altura Útil de Elevação. Já a Altura Manométrica Total é a quantidade de energia por unidade de peso do fluido que este precisa absorver para vencer o desnível da instalação, a diferença de pressão e a resistência da tubulação.

Um gráfico da Altura Útil da Bomba em função da vazão é chamado de curva do sistema, e as curva que relaciona a carga transferida pela bomba em função da vazão é denominada Curva do Fabricante (Çengel & Cimbala, 2007). Este último gráfico deve ser fornecido pelo fabricante da bomba, e de acordo com ele determina-se qual o melhor equipamento para o sistema a ser construído.

No funcionamento de máquinas de fluxo, é possível perceber regiões onde ocorre rarefação do líquido. Quando a pressão absoluta abaixa até a pressão de vapor do líquido, na temperatura em que se encontra, tem início o processo de vaporização (GERMER, 2013).

Ponto de operação é a região onde um sistema-bomba funciona com a maior eficiência possível e corresponde ao ponto em que a altura de carga da bomba e a altura de carga requerida do sistema coincidem (FOX et al, 2014).

Portanto, este trabalho tem como escopo o estudo das curvas que determinam um sistema constituído de uma bomba, determinar a curva do fabricante, além de familiarizar-se com seu funcionamento, e entender o fenômeno da cavitação.

2. EQUAÇÕES

A altura útil do fluido é calculada por:

                                                                 (1)[pic 1]

Sendo:

H – Altura útil de elevação do fluido (m)

 – Diferença de pressão entre um ponto e outro (Pa)[pic 2]

 – Diferença de velocidade entre um ponto e outro (m/s)[pic 3]

 – Diferença de altura entre um ponto e outro (m)[pic 4]

 – Peso específico do fluido (N/m³)[pic 5]

 – gravidade (9,81 m/s²)[pic 6]

E de acordo com a Equação (1) é possível construir a curva característica da bomba.

No entanto, as diferenças de velocidades e as diferenças de altura foram desprezadas em nosso experimento, considerando o fluido com mesmo diâmetro na seção de sucção e descarga e que não havia variação de energia potencial, portanto a equação se reduz a Equação (2):

                                                                                         (2)[pic 7]

O peso específico  é calculado de acordo com a Equação (3):[pic 8]

                                                                                         (3)[pic 9]

Sendo:         

- massa específica do fluido (kg/m³)[pic 10]

3. CAMPANHA EXPERIMENTAL

A seleção dos materiais ocorreu conforme o roteiro experimental disponibilizado (De la Salles, 2016).

3.1 Materiais:

Os materiais estão de acordo com a Tabela 1.

Tabela 1 – Materiais utilizados no procedimento

Bomba centrífuga ½ HP Dancor;

Termômetro digital;

Tanque para armazenar o fluido;

Válvulas à montante e à jusante do sistema;

Manômetros.

3.2 Procedimento Experimental:

Mediu-se a temperatura do fluido com o auxílio de um termômetro digital para que o experimento fosse propriamente iniciado. O valor da temperatura foi anotado.

[pic 11]

Figura 1 - Fluxograma do procedimento experimental.

Com a alimentação de fluido já ligada, foi-se regulando a vazão de saída com o auxílio de duas válvulas. Observou-se o comportamento das pressões nos manômetros de entrada e saída. Os valores observados foram anotados.