3o EXPERIMENTO

LABORATORIO DE HIDRAULICA CURSO ENGENHARIA CIVIL3o EXPERIMENTO Levantamento de curvas de bomba centrifugas

PARTE CONCEITUAL:Bomba centrfuga uma turbo-mquina e o equipamento mais utilizado para bombear lquidos: no saneamento bsico, na irrigao de lavouras, nos edifcios residenciais, na indstria em geral, elevando, pressurizando ou transferindo lquidos de um local para outro.A bomba centrfuga cede energia para o fluido medida que este escoa continuamente pelo interior da bomba. Embora a fora centrfuga seja uma ao particular das foras de inrcia, ela da o nome a esta classe de bombas. A potncia a ser fornecida externa bomba, seja um motor eltrico, um motor diesel, uma turbina a vapor, etc. A transferncia de energia efetuada por um ou mais rotores que giram dentro do corpo da bomba, movimentando o fluido e transferindo a energia para este. A energia em grande parte cedida sob a forma de energia cintica - aumento de velocidade - e esta pode ser convertida em energia de presso.O fluido entra na bomba por um bocal de suco. Neste bocal a presso manomtrica pode ser superior (positiva) ou inferior atmosfrica: (vcuo) ou presso negativa. Do bocal de suco o fluido encaminhado a um ou mais rotores que cedem energia ao fluido, seguindo-se um dispositivo de converso de energia cintica em energia potencial de presso. O fluido sai da bomba pelo bocal de recalque. A energia cedida ao fluido se apresenta sob a forma de diferena de presso entre a suco e o recalque da bomba. Esta energia especfica (energia por unidade de massa) conhecida como altura manomtrica total (Hman). Em funo desta transferncia de energia que podemos: elevar, pressurizar ou transferir fluidos.A figura 1 a seguir, mostra um exemplo visual de uma bomba centrifuga denominada vertical. Nesse esquema podemos verificar as partes internas da bomba de forma didtica.

(fonte: Melo Junior, 1998)O estudo de uma bomba centrifuga se faz necessrio quando o engenheiro civil deve mencionar em projetar uma rede hidrulica. A parte vital da obra hidrulica sem dvida a parte do bombeamento. Por isso, ao escolher a bomba o engenheiro deve primeiramente levantar em laboratria a curva caracterstica da mesma de forma a permitir acompanhar o desempenho da mesma.A figura 2 traz um retrato de um levantamento hiptetico de uma bomba centrifuga vertical.

(fonte: Melo Junior, 1998)

Na figura 2 a curva levantada pela perda de carga (altura manometrica) em funo da vazo, sendo que o ponto de encontro entre a curva caracterstica da bomba e a curva do sistema de tubulao fornece o ponto ideal de trabalho do sistema.

3o EXPERIMENTO - Levantamento de curvas de bomba centrifugas OBJETIVO EXPERIMENTALEm laboratrio foi proposto o levantamento das curvas caracterstica e universal de uma bomba ensaiada. As curvas descritas so das funes:HB = f(Q) curva caracterstica = f() curva universal

Procedimento ExperimentalPara a realizao da experincia foi utilizada a bomba centrifuga vertical existente na bancada de ensaios. O dimetro da tubulao de entrada corresponde a 38,1 mm e na sada o dimetro vale 25,4 mm.As tomadas de presso entre a seco de entrada e a seco de sada da bomba, que tm um desnvel de 53 cm, foram ligadas ao manmetro diferencial de mercrio (Hg), conforme a figura 3. A diferena de tomada de presso foi dada em mm de Hg.O reservatrio localizado na sada da tubulao tem uma seco transversal de 31,6 x 31,6 cm foi utilizado para determinao da vazo real do fludo (gua) que passou pela bomba centrfuga.

Figura 3 Esquema de montagem da leitura da bomba centrifuga.

Equacionamento da BombaPara a curva foi utilizado o mesmo principio dos experimentos anteriores, onde a perda de carga total inicial igual a de sada, pois o sistema deve manter a conservao da energia.Assim;H1 + Hbomba = H2V12/2.g + p1/ + z1 + Hbomba = V22/2.g + p2/ + z2 Como z1 = 0 (referencial de nvel)Hbomba = (V22 V12) /2.g + (p2 p1)/ + z2 (equao 1)Tendo que:p2 p1 = h . (Hg H2O) (equao 2)z2 = 0,53 m; Hg = 13.600 kgf/m3; H2O = 1.000 kgf/m3Com os valores deduzidos e os de tabela de massa especfica (densidade) dos fludos mercrio e gua, em seguida utilizando a frmula do clculo da velocidade de escoamento (v), temos:v = 4 . Qvazo / ( . D2rotor da bomba) (equao 3)No clculo da vazo real, utilizando as dimenses do reservatrio (conforme dados e figura 3 anteriores), temos:Q = Area tanque . hvariao do reservatrio / ttempo cronmetro (equao 4)

Formulrio Adicional para a bomba centrifugaCom base nas equaes: 1, 2 e 3, para a determinao das curvas caractersticas da bomba deve-se utilizar ainda o equacionamento adicional a seguir. Onde com os valores de projeto da bomba que so fornecidos pelo fabricante podemos finalizar o dimensionamento. A bomba utilizada tem como valores de fornecedor para velocidade de rotao (n) e dimetro de rotor (Drotor da bomba), respectivamente 3.500 rpm e 90 mm.As frmulas do coeficiente manomtrico (), equao 4, e coeficiente de vazo (), equao 5, so: = g . Hbomba / n2rotao . D2rotor (equao 5) = Q / nrotao . D3rotor (equao 6)

Testes realizadosDe forma didtica foi realizado o experimento com base na parte de clculos para sete (07) testes. Os valores foram tabelados na tabela anexa 1. Para mostrar o processo de clculo mostra-se a seguir os clculos para o primeiro teste.Soluo (primeiro teste): Usando a equao 4, temos o clculo da vazo:Q = 0,316 . 0,316 . 0,20 / 22 = 0,91.10-3 m3/sCom o valor da vazo real, passamos para o prximo passo que ser a determinao da velocidade de entrada (v1), pela equao 3:v1 = 4 . 0,91.10-3 / . 0,03812 = 0,80 m/sA velocidade de sada (v2) com o uso da mesma equao 3, ser de:v2 = 4 . 0,91.10-3 / . 0,02542 = 1,80 m/sO clculo da variao de presso p (p2 p1), ser determinado pela equao 2:p = 0,310 . (13600 1000) = 3906 kgf/m2A determinao da perda de carga da bomba (Hbomba) ser obtido pela equao 1.Hbomba = (1,802 . 0,802 / 20) + (3960 / 1000) + 0,53 = 4,57 m

Valor do coeficiente manomtrico () ser dado pela equao 5: = 10 . 4,57 . 602 / 35002 . 0,0902 = 1,66Valor do coeficiente de vazo () ser obtido pela equao 6: = 0,91.10-3 . 60 / 3500 . 0,0903 = 2,14.10-2O processo de clculo o mesmo para os prximos pontos, sendo sempre variado a altura do reservatrio e o tempo de medio. Com isso, podemos obter a tabela 1 a seguir, referente aos valores do coeficiente manomtrico.Tabela 1 Valores de entrada e determinados para o coef. manomt. () e de vazo ().h(mmHg)h(cm)t(s)Q(m3/s)x10-3v1(m/s)v2(m/s)p(kgf/m2)Hbomba(m)

x10-2

31020220,910,801,8039104,571,662,14

36020230,870,761,7245405,181,882,05

41020270,740,651,4651705,782,101,74

46020330,600,531,1858006,382,311,41

51020430,460,400,9164306,962,521,08

56020630,320,280,6370607,602,760,75

61010570,170,150,3476908,222,980,40

Com os valores retirados da tabela 1, podemos construir os grficos referentes s figuras 4 e 5 abaixo.

Figura 4 Curva caracterstica da vazo real pela perda da bomba centrifuga.

Figura 5 Curva caracterstica da vazo real pela perda da bomba centrifuga.

Deve-se salientar que o fato das curvas serem extremamente descendentes deve ser devido ao fato do rotor da bomba ser estreito, com poucas ps.

3o EXPERIMENTO Levantamento de curvas de bomba centrifugas(a ser entregue) FICHA 1

Nome:____________________________R.A.:_________

Com base no que foi comentado em aula e nas observaes levantadas anteriormente nesse capitulo experimental, preencha a tabela a seguir com os valores correspondentes a aula experimental, os demais parmetros faltantes, de modo a melhor fixao do conceito levantado anteriormente. Preencha de forma correta quais so as frmulas utilizadas na determinao final dos coeficientes manomtrico () e de vazo ().

Tabela 1 Valores de entrada e determinados para o coef. manomt. () coef. de vazo ().h(mmHg)h(cm)t(s)Q(m3/s)x10-3v1(m/s)v2(m/s)p(kgf/m2)Hbomba(m)

x10-2

3102022

3602023

4102027

4602033

5102043

5602063

6101057

Indique as frmulas utilizadas para os clculos que preencheram a tabela 1 e possibilitaram construir os grficos 1 e 2 acima.

Vazo (Q) FICHA 2

Velocidade (v)

Variao de presso (p)

Perda da bomba (Hbomba)

Coeficiente manomtrico ()

Coeficiente de vazo ()

IMPORTANTE: Ser computado 2,0 (dois) pontos para avaliao NP2, pelo preenchimento correto dessa tabela e frmulas utilizadas. As fichas 1 e 2 deveram ser completadas, destacadas e entregues ao professor responsvel pela aula.