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AULA DE LABORATRIO N. 4

ASSOCIAO DE BOMBAS EM SRIE E PARALELO

1.INTRODUO

frequente associar bombas em instalaes elevatrias de gua ou esgoto, em instalaes industriais, com o objetivo de ampliar o campo de variao da vazo e da altura manomtrica, flexibilizar a operao do sistema e aumentar a segurana operacional. Pode-se associar duas ou mais bombas numa mesma instalao em srie ou em paralelo.

1. 1 Associao em srie

A associao em srie visa aumentar a energia fornecida ao fluido e utilizada em instalaes com grandes alturas de elevao, ou ento, quando h necessidade do desenvolvimento de grandes presses.

possvel obter a associao em srie de duas maneiras diferentes:

- Colocao de mais de um rotor no mesmo eixo da bomba (bombas multicelulares), conforme figura 1.

Figura 1: Associao em srie em uma mesma carcaa

- Colocao de duas ou mais bombas independentes interligadas, conforme figura 2. Nesse caso, a descarga de cada bomba conectada suco da seguinte, de modo que a vazo ser a mesma em todas as bombas, enquanto que a presso total do sistema ser a soma das presses desenvolvidas pelas bombas associadas.

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Figura 2: Associao em srie de bombas independentes

A curva caracterstica, Hman = f (Q), do conjunto, obtida a partir das curvas de cada uma das bombas, somando-se as alturas manomtricas correspondentes aos mesmos valores de vazo, conforme figura 3.

Figura 3: Processo de obteno da curva da associao em srie

1.2 Associao em paralelo

A associao em paralelo visa aumentar a vazo recalcada e dar ao sistema uma maior flexibilidade, em termos de atendimento da demanda, atravs da retirada ou colocao das unidades em funcionamento. muito utilizada em abastecimento de gua de cidades e servios industriais. Pode ser feita, tambm, de duas maneiras diferentes:

- Colocao de um rotor de dupla suco, conforme figura 4.

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Figura 4: Associao em paralelo em uma mesma carcaa

- Colocao de duas ou mais bombas independentes interligadas, conforme figura 5. Nessa associao, a tubulao de recalque de cada bomba conectada tubulao de recalque do sistema, de modo que a presso, na sada, ser a mesma em todas as bombas, enquanto que a vazo total ser a soma das vazes desenvolvidas pelas bombas associadas.

Figura 5: Associao em paralelo de bombas independentes

A curva caracterstica, Hman = f (Q), do conjunto, obtida a partir das curvas de cada uma das bombas, somando-se as vazes correspondentes aos mesmos valores de alturas manomtricas, conforme figura 6.

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Figura 6: Processo de obteno da curva da associao em paralelo

2. ESQUEMA DA BANCADA DE TESTE DO LABORATRIO

A figura 7 apresenta uma vista de frente da instalao do laboratrio, que constituda essencialmente das seguintes partes:

1) Conjunto moto bomba 1.

2) Conjunto moto bomba 2.

3) Reservatrio.

4) Medidores de vazo.

5) Medidores de presso.

6) Registros controladores de vazo.

7) Quadro eltrico de comando e controle.

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Figura 7: Vista de frente da bancada de teste da associao de bombas

3. PARTES COMPONENTES DA BANCADA

3.1 Conjunto moto bomba 1

Trata-se de uma bomba centrfuga, acionada por um motor eltrico de dupla velocidade de rotao com as seguintes caractersticas:

Dimetro externo do rotor = 130 mm;

Nmero de palhetas = 7;

Rotao de acionamento baixa = 1400 rpm;

Presso mxima para a baixa rotao = 0,6 kg/cm2;

Vazo mxima para baixa rotao = 21;

Potncia mxima para baixa rotao = ... Hp;

Rotao de acionamento alta = 2800 rpm;

Presso mxima para a alta rotao = 2,5 kg/cm2;

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Vazo mxima para a alta rotao = 40;

Potncia mxima para a alta rotao = 5,5 Hp.

3.2 Conjunto moto bomba 2

Trata-se de uma bomba centrfuga com caractersticas anlogas anterior, mas acionada por um motor dinamomtrico capaz de permitir o valor do torque no seu eixo de rotao.

3.3 Reservatrio

A bancada possui um reservatrio, com capacidade de 1200 litros, dividido em duas partes: uma para a vazo recalcada e outra para a vazo aspirada, com um sistema de intercmbio entre as partes, permitindo nvel de gua constante e funcionamento contnuo do grupo.

3.4 Medidores de vazo

Trata-se de dois medidores tipo rotmetro instalados em derivao na sada de cada bomba.

O rotmetro, tambm conhecido como fluxmetro, consiste em um tubo de vidro de seo crescente dentro do qual existe um flutuador de metal que se movimenta conforme a velocidade do fluido. Ele montado na posio vertical,

diretamente na linha de acionamento do fluido, conforme figura 8. A extremidade de menor dimetro est na parte inferior e a entrada do fluido. A folga ou o espao anular entre o flutuador e o dimetro interno do tubo forma um orifcio de rea varivel. O flutuador alcana uma posio de equilbrio, quando a fora ascendente do fluido, passando pelo espao anular, torna-se igual fora descendente do flutuador. A vazo

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(Q) lida diretamente em uma escala graduada no prprio tubo.

Figura 8: Vista do rotmetro da bancada de teste

Chamando de:

Q = vazo em m3/h e Q =vazo em m3/s.

Teremos:

3600'QQ = (1)

Obs: Para a associao em paralelo considerar

QQQtotal

'

2

'

1

'

+= (2)

3.5 Medidores de presso

Esto instalados na bancada dois vacumetros, sendo um na entrada da bomba 1 e outro na entrada da bomba 2, e dois manmetros, sendo um manmetro na sada da bomba 1 e o outro na sada da bomba 2.

Os medidores de presso utilizados na bancada so do tipo Bourdon. Este manmetro consiste em um tubo de seo oval dobrado de maneira circular, como mostra a figura 9. Uma das extremidades (inferior) selada e presa a um quadrante pivotado. A outra extremidade (superior) est conectada a um sistema dentado que, por sua vez, est conectado aos dentes de uma engrenagem que movimenta o ponteiro. Ou seja, a deformao produzida no tubo amplificada mecanicamente e transformada em movimento angular de um ponteiro associado a uma escala previamente calibrada.

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Figura 9: Vista do manmetro de Bourdon

Os medidores de presso permitem determinar a altura manomtrica de cada bomba, do conjunto associado em srie e do conjunto associado em paralelo, pois sabemos que:

yVMHman ++= (3)

Onde:

M: leitura do manmetro; V: leitura do vacumetro; Y: cota entre os mostradores do manmetro e vacumetro.

Considerando Y = 0,

temos:

VMHman += (4\

Obs. Como os manmetros apresentam a escala em kgf/cm2 e os vacumetros em mmHg, deve-se ter o cuidado de transformar as unidades das medidas para o clculo do Hman em mca.

Podemos considerar:

1 kgf/cm2 = 10 mca e 760 mmHg =10 mca

3.6 Registros controladores de vazo

Na bancada, esto instalados trs registros maiores, tipo gaveta, que so utilizados para controlar a vazo do conjunto ou para a manuteno do mesmo e

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dois registros menores, que so utilizados para associar as bombas em srie ou em paralelo, conforme figura 10.

Para estabelecer a associao em srie o posicionamento dos registros deve permanecer:

- registros 10 e 12 fechados; registros 9, 11, 13 e 14 abertos.

Para a associao em paralelo deve-se manter: - registro 11 fechado; registros 9, 10, 12 ,13 e 14 abertos.

Figura 10: Esquema analtico do conjunto

LEGENDA DA FIGURA 9:

1. Conjunto moto-bomba 1. 2. Conjunto moto-bomba 2. 3. Reservatrio de aspirao.

4. Reservatrio de recalque.

5. Medidores de vazo tipo rotmetro.

6. Manmetros.

7. Vacumetros.

8. Manovacumetro.

9. Registro gaveta na linha da aspirao da bomba 1.

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10. Registro gaveta na linha da aspirao da bomba 2.

11. Registro gaveta para a associao em srie ou em paralelo.

12. Registro gaveta para controle de vazo da bomba 1.

13. Registro gaveta para controle de vazo da bomba 2 e para controle

de vazo da associao em srie ou paralelo.

14. Registro para comunicao entre os reservatrios.

15. Vlvula de p.

3.7 Quadro eltrico de comando e controle

O quadro eltrico de comando est montado sobre um suporte antivibratrio e composto de:

- um ampermetro; um voltmetro; dois watmetros para a determinao da potncia eltrica absorvida em cada conjunto moto-bomba; um interruptor geral; um comando de proteo e seletivo para as duas velocidades de cada conjunto moto-bomba.

A alimentao eltrica padro trifsica 220/380 v , a frequncia de 50 ou 60 Hz e a potncia mxima requerida de 8,5 kW.

4.TESTES A SEREM REALIZADOS

Os testes consistem em simular situaes na bancada que possibilitem levantar dados de vazo (Q), Presses (M) e (V), para a obteno das curvas caractersticas para alta rotao (2800 rpm) e para a baixa rotao (1400 rpm) da bomba1, da bomba 2; das duas bombas trabalhando associadas em srie e das duas bombas trabalhando associadas, em paralelo. Antes de se iniciar os testes, so necessrios alguns cuidados para que os valores obtidos nos medidores sejam os mais exatos possveis.

4.1 Procedimentos iniciais:

Verificar a abertura do reservatrio.

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Verificar se a conexo eltrica est efetuada de modo correto segundo o esquema da bancada e segundo a tenso disponvel.

Verificar a funcionabilidade dos aparelhos de medio segundo instruo particular de cada instrumento.

Inserir alimentao eltrica transmitida pelo interruptor geral.

Controlar a tenso da linha por meio de um voltmetro.

Controlar a lubrificao das bombas.

Colocar em funcionamento sucessivamente as duas bombas, ligando primeiro a bomba 1 e em seguida a bomba 2, tendo o cuidado de verificar o posicionamento de abertura dos registros para evitar o refluxo.

Verificar se as bombas esto escorvadas.

4.2 Realizao dos testes com o objetivo de analisar o comportamento das bombas associadas em srie e em paralelo:

4.2.1 Obteno das curvas Hman = f(Q) para a rotao de 1400 rpm ou para a rotao de 2800 rpm para a bomba 1:

Etapas do teste:

Para colocar em funcionamento somente a bomba 1, deve-se inicialmente fechar os registros 10, 11 e 13 e abrir os registros 9, 12 e 14.

Ligar o conjunto posicionando a chave de comando na rotao desejada, conforme indicao no painel de controle.

Com o REGISTRO (13) FECHADO, fazer as leituras do Manmetro (M) em kgf/cm2 instalado sada da bomba 1 - do Vacumetro em mmHg instalado entrada da bomba 1 - e do Rotmetro (Q) em m3/h instalado sada da bomba 1. Obtidas as leituras, fazer a anotao na folha de teste.

Abrir parcialmente o registro (13), repetir a operao para diversas posies de abertura deste registro e anotar os resultados na folha de teste.

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Repetir a operao para os resultados duvidosos.

4.2.2 Obteno das curvas Hman = f(Q) para a rotao de 1400 rpm ou para a rotao de 2800 rpm para a bomba 2:

Etapas do teste:

Para colocar em funcionamento somente a bomba 2, deve-se inicialmente fechar os registros 9, 11, 12 e 13 e abrir os registros 10 e 14 .

Ligar o conjunto posicionando a chave de comando na rotao desejada, conforme indicao no painel de controle.

Com o REGISTRO (13) FECHADO, fazer as leituras do Manmetro (M) em kgf/cm2 instalado sada da bomba 2 - do Vacumetro em mmHg instalado entrada da bomba 2 - e do Rotmetro (Q) em m3/h instalado sada da bomba 2. Obtidas as leituras, fazer a anotao na folha de teste.

Abrir parcialmente o registro (13), repetir a operao para diversas posies de abertura deste registro e anotar os resultados na folha de teste.

Repetir a operao para os resultados duvidosos.

4.2.3 Obteno das curvas Hman = f(Q) para a rotao de 1400 rpm ou para a rotao de 2800 rpm para as bomba 1 e 2 associadas em paralelo:

Etapas do teste:

Para colocar em funcionamento as bomba 1 e 2 em paralelo, deve-se inicialmente fechar os registros 11, 12 e 13 e abrir os registros 9, 10 e 14.

Ligar os conjuntos posicionando as chaves de comando na rotao desejada, conforme indicao no painel de controle.

Com os REGISTROS (12 e 13) FECHADOS, fazer as leituras do Manmetro (M) em kgf/cm2 instalado sada da bomba 2 - do Vacumetro em mmHg instalado entrada da bomba 2 - e dos Rotmetros (Q1 e Q2) em m3/h

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instalados sada das bomba 1 e 2. Obtidas as leituras, fazer a anotao na folha de teste.

Abrir totalmente o registro (12) e parcialmente o registro (13) e repetir a operao para diversas posies de abertura desse registro, anotando os resultados na folha de teste.

Repetir a operao para os resultados duvidosos.

4.2.4 Obteno das curvas Hman = f(Q) para a rotao de 1400 rpm ou para a rotao de 2800 rpm para as bombas 1 e 2 associadas em srie:

Etapas do teste:

Para colocar em funcionamento as bombas 1 e 2 em srie, deve-se inicialmente fechar os registros 10, 12 e 13 e abrir os registros 9, 11, e 14.

Ligar os conjuntos posicionando as chaves de comando na rotao desejada, conforme indicao no painel de controle.

Com o REGISTRO (13) FECHADO, fazer as leituras do Manmetro (M) em kgf/cm2 instalado sada da bomba 2 - do Vacumetro em mmHg instalado entrada da bomba 1 - e do Rotmetro (Q) em m3/h instalado sada da bomba 2. Obtidas as leituras, fazer a anotao na folha de teste.

Abrir parcialmente o registro (13) e repetir a operao para diversas posies de abertura do mesmo anotando os resultados na folha de teste.

Repetir a operao para os resultados duvidosos.

4.3 Construo das curvas Hman = f(Q) para a bomba 1, para a bomba 2, para a associao em paralelo e para a associao em srie:

Aps a realizao dos testes, completar as demais colunas da folha de teste, tendo o cuidado com a homogeneidade das unidades das diversas grandezas.

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Com os dados da folha de teste construir as curvas Hman = f(Q), para a bomba 1, para a bomba 2, para a associao em paralelo e para a associao em srie.

5. RELATRIO A APRESENTAR A apresentao do relatrio deve seguir o seguinte roteiro:

5.1.Introduo: 5.1.1. Objetivo: Descrever sucintamente os objetivos pretendidos na experincia

proposta. 5.1.2. Conceituao terica: Apresentar os conceitos tericos relativos aos

objetivos apresentados e aos parmetros utilizados no traado das curvas. 5.2 Desenvolvimento: 5.2.1 Procedimento experimental: Descrever o processo utilizado para a obteno

das curvas de associao em srie e paralelo, tanto atravs do processo grfico quanto atravs dos dados do teste.

5.2.2 Equipamentos: Apresentar um esquema da montagem identificando e especificando os equipamentos e os instrumentos utilizados, e como foram feitas as medies de cada parmetro.

5.2.3 Dados obtidos: Apresentar as frmulas utilizadas e as folhas de teste preenchidas.

5.2.4 Grficos de anlise: 5.5.4.1 Para a associao em paralelo, fazer os grficos:

Hman =f(Q), para cada bomba. Hman =f(Q), para as duas bombas associadas em paralelo utilizando o

processo grfico, conforme figura 6. Hman =f(Q), para as duas bombas associadas em paralelo utilizando os

dados do teste. Simular a curva de uma instalao, apresentando sua equao com valores;

indicar o ponto de operao da associao e de cada bomba na associao. 5.5.4.2 Para a associao em srie fazer os grficos:

Hman =f(Q), para cada bomba.

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Hman =f(Q), para as duas bombas associadas em srie utilizando o processo grfico, conforme figura 3.

Hman =f(Q), para as duas bombas associadas em srie utilizando os dados do teste. Simular a curva de uma instalao, apresentando sua equao com valores;

indicar o ponto de operao da associao e de cada bomba na associao.

5.3 Anlise dos dados: Fazer uma anlise dos dados obtidos, procedimentos de utilizao dos dados,

exatido dos resultados e possveis causas de erro. Fazer um estudo comparativo das curvas apresentadas pelos dois processos

(grfico e dados do teste). A partir da 1 curva da instalao simulada, analisar graficamente o que

ocorre com ponto de operao quando as bombas esto associadas em paralelo. Indicar os valores no grfico.

A partir da 2 curva da instalao simulada, analisar graficamente o que ocorre com ponto de operao quando as bombas esto associadas em srie. Indicar os valores no grfico.

5.4 Concluso: Fazer um comentrio claro e ordenado sobre as concluses tiradas dos resultados do trabalho.

5.5. Bibliografia: Relacionar as referncias consultadas para a elaborao do relatrio. A elaborao deve obedecer recomendao da ABNT. (consultar site da biblioteca da PUC Minas)

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FOTOS DA BANCADA DO LABORATRIO

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FOLHA DE TESTE DA ASSOCIAO

RESPONSAVEL: CURSO: DATA:___/___/___

BOMBA 1 BOMBA 2

MANMETRO VACUMETRO ALTURA MANOMTRICA

VAZO MANMETRO VACUMETRO ALTURA MANOMTRICA

VAZO

M M V V Hman Q M M V V Hman Q

Kgf/cm2 mca mmHg mca mca m3/h Kgf/cm2 mca mmHg mca mca m3/h

ASSOCIAO EM PARALELO ASSOCIAO EM SRIE M M V V Hman Q1 Q2 Q total M M V V Hman Q

Kgf/cm2 mca mmHg mca mca m3/h m3/h m3/h Kgf/cm2 mca mmHg mca mca m3/h