A Curva de Bomba Centrifuga

Avaliação das condições de uma bomba centrífuga com rotação variável.

Ana L. Roman; César A. Silva; Fernanda S. Chaves; Júlia Guerra; Pamela L. Soares.

Resumo

O presente relatório expõe os resultados obtidos no experiment realizado no Laboratório de Engenharia Química da Universidade Federal de São João del Rei. A prática objetivou analisar o comportamento da bomba centrífuga mediante variações na vazão do fluído de escoamento e na rotação, com base nessas modificações e em equações que regem a Mecânica dos Fluídos, foi possível construir o gráfico da curva de bomba. Ademais, a partir dos valores de potência foi possível calcular o rendimento da bomba.

Palavras-chave: Bomba centrífuga, Mecânica dos fluidos, Curva de bomba.          

Introdução

A necessidade de bombeamento e da transferência de fluídos se encontra presente em diversos ramos da indústria. Os processos que trabalham com bombas centrífugas, que são as mais utilizadas no transporte de líquidos, possuem, em geral, uma demanda de vazão variável. O controle dessa vazão pode ser feito de várias maneiras, sendo uma das mais usuais aquelas em que se utiliza uma válvula de restrição para manipular a perda de carga do sistema. Desta maneira, a diminuição da vazão é acompanhada por um aumento da perda de carga. Uma alternativa a este método seria utilizar um conversor de frequência que, reduzindo a rotação de trabalho do motor, alteraria a curva da bomba. Com isso, a diminuição da vazão conduz também a um menor valor da perda de carga, gerando uma economia de energia, quando comparada ao método que utiliza válvula de restrição.

As bombas centrifugas são bem simples, o líquido penetra no rotor em sentido paralelo ao eixo de acionamento dele, sendo dirigido pelas pás do rotor para a sua periferia, segundo trajetórias normais ao eixo de acionamento. Conforme o rotor gira, o fluido é succionado através da seção de alimentação da bomba e escoa radialmente para fora da bomba. A energia é adicionada ao fluido pelas pás moveis e tanto a pressão quanto a velocidade absoluta são aumentadas ao longo do escoamento no rotor.

Para que seja feita a escolha da bomba é necessário a determinação das curvas características. Estas relacionam a altura manométrica (H), a capacidade (Q), eficiência (η) e a potência (p) para uma determinada bomba numa velocidade de rotação.

A altura manométrica é a energia por unidade de peso que o sistema solicita para o transporte do fluido do reservatório de sucção para o reservatório de descarga, com uma determinada vazão. Ao conservar a forma e o diâmetro do rotor da bomba, a energia transferida ao fluido varia com o número de rotação (n). Dessa forma, a altura manométrica aumenta junto com o n, alterando também a curva característica da bomba [6].

A fim de obter a curva da bomba (H versus Q) mantendo uma rotação e variando a vazão por meio da válvula gaveta, dados do sistema foram coletados e a eficiência da bomba foi obtida para quatro rotações diferentes da bomba da unidade experimental.

 Experimental

Altura manométrica com vazão variável.

Inicialmente, para coleta de dados do sistema, foi medida a temperatura do fluido, a altura do braço da alavanca e a diferença de altura vertical na tomada de pressão, que seriam utilizados posteriormente.

Após esse processo, a válvula do recalque foi aberta totalmente, ajustando-se assim uma rotação que foi mantida fixa para primeira análise da bomba. Com isso, a vazão foi sendo alterada em 5 pontos diferentes e as alturas no manômetro foram anotadas a cada variação. Também foi realizada uma medição de vazão a partir da massa coletada da saída do sistema, num tempo de 10 segundos, em triplicata. Dessa forma, obteve-se a altura manométrica para cada vazão e medida a vazão em triplicata.

Validação dos parâmetros altura manométrica, vazão, rotação e potência.

Para validar tais relações, foi medido o diâmetro da tubulação de recalque, uma vez que toda a tubulação apresentava mesmo diâmetro. Foi também coletada a distância do eixo da bomba até a altura do braço da alavanca onde foi medida a força com o dinamômetro, e o desnível entre as tomadas de pressão.

Com isso, foi mantida a válvula totalmente aberta, e modificada a rotação da bomba centrífuga 5 vezes. A vazão foi medida da mesma forma que a primeira parte do experimento. Foram anotadas as leituras do tacômetro e dinamômetro.

Resultados e Discussão

Operou-se a bomba centrifuga em diferentes vazões, por meio de cinco aberturas distintas da válvula. Analisou-se a altura h no manômetro em U, a massa de água coletada num béquer, sendo esta liberada por um período de 10 segundos foi pesada em balança analítica. O procedimento foi realizado em triplicatas para cada variação. A rotação da bomba foi fixada em 2079 rpm, esta medida utilizando um tacômetro. Os valores das medidas com a massa do balde descontada são apresentados abaixo:

Tabela 1: Dados experimentais
Válvula	Δh     (m)	m1     (kg)	t1     (s)	m2    (kg)	t2    (s)	m3    (kg)	t3           (s)
Fechada	0,1050	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000	0,000
volta[pic 1]	0,0870	2,357	9,99	1,998	10,2	1,840	10,43
volta[pic 2]	0,0800	2,556	9,57	2,560	10,2	2,498	10,37
volta[pic 3]	0,0750	3,082	10,41	3,098	10,5	3,084	10,52
Aberta	0,0700	3,138	10,38	3,092	10,1	3,276	10,72