Laboratrio de Termodinmica e Mecnica dos Fluidos Aplicada

Bomba Centrfuga

1. Objetivos do Experimento

Levantar as curvas de carga manomtrica (altura manomtrica) da bomba HB = f(Q), do coeficiente manomtrico adimensional = f() e a da potncia hidrulica N = f(Q), onde: HB = carga ou altura manomtrica da bomba Q = vazo recalcada (ou bombeada) = coeficiente manomtrico (adimensional) = coeficiente de vazo (adimensional) N = potncia hidrulica da bomba 1.2 Introduo

Das curvas apresentadas nos catlogos dos fabricantes, a curva de carga manomtrica a mais importante. Alm dessa curva, o fabrincante tambm fornce a curva de NPSH requerido e a curva de potncia, tambm em funo da vazo volumtrica. Para recalcar um fluido de um reservatrio para outro, com uma determinada vazo, o fluido precisar receber uma certa energia. Esta curva, tambm conhecida como Curva Caractristica da Bomba (CCB), mostra a energia que pode ser fornecida por uma bomba desde que se conhea a vazo. As bombas centrfugas possuem rotaes diferentes e para cada rotao, pode possuir dimetros de rotor diferente. Com o projeto da instalao hidrulica em mos, ou seja, com a Curva Caractristica da Instalao (CCI) e a curva fornecida pelo fabricante, pode-se determinar o ponto de operao do sistema. Dessa forma, pode-se determinar tambm qual a potncia necessria para sua operao.

A curva de coeficiente manomtrico adimenional, = f(), no servir apenas para a mesma, e sim para todads as bombas geometricamente semelhantes bomba do laboratrio, mesmo que tenham tamanhos diferentes. As leis de semelhana ajudam muito as aplicaes prticas, pois se os coeficientes e so adimensionais, quando calculados para uma bomba pequena podem servir a uma bomba de maior tamanho, desde que seja completamente semelhante outra. Assim, se conhecermos tudo a respeito de uma determinada bomba, e quisermos alterar algo em seu funcionamento, por exemplo a rotao, podemos, utilizando os adimensionais, determinar as novas caractristicas, no havendo necessidade de um novo ensaio.

A curva de potncia, N = f(Q), mostra a variao da potncia hidrulica do conjunto motor/bomba, com a variao da vazo. Em geral, o fabricante da bomba apresenta em seu catlogo as curvas da potncia (N) e o rendimento da bomba (), em funo da vazo

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volumtrica (Q), excluindo o motor, pois a mesma bomba pode trabalhar com diferentes motores, seja eltrico, de combusto interna e outros. A determinao do rendimento da bomba exigiria a medida da potncia no eixo da mesma, excluindo as perdas de energia no motor, o que exige um equipamento para medir a potncia mecnica. A incluso do motor na medida das perdas facilita, pos pode-se medir a potncia eltrica introduzida, por meio de um wattmetro.

O mximo rendimento corresponde ao ponto nominal da bomba, isto , quele ponto para o qual a mesma foi projetada. Para vazes maiores ou menores daquela de projeto, o rendimento cai, em consequncia de movimentaes inadequadas no percurso do fluido no interior do rotos e do estator da bomba, que causam perdas na energia fornecida pelo motor.

A figura abaixo apresenta, como exemplo, as curvas caractristicas fornecida por um

fabricante.

Figura 1: Bomba centrfuga INBIL (INI 65-160), rotao de 3500rpm

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1.3 Aparato Experimental Para levantar as curvas desejadas, utiliza-se uma instalao de recalque simples, figura 2. De um reservatrio, a gua ser recalcada para um tanque superior. Para controlar a vazo, pode-se utilizar uma vlvula.

Figura 2: Esquema bsico necessrio para obter as curvas caractristica de uma bomba centrfuga (motor acoplado).

1.4 Fundamentao Terica

Para obter a Curva Caracterstica da Bomba (CCB) necessrio conhecer a presso jusante e montante da bomba. Deve-se tambm, utilizar o menor comprimento de tubo possvel na anlise para evitar as perdas por atrito que pode impor erros significativos nas curvas obtidas. Considere o esquema mostrado na figura 3 e aplicando a equao da energia para escoamento interno, tem-se:

Figura 3: Esquema da seo de teste.

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bombaperdas HhzgV

gPz

gV

gP +++=++ 2

22

22

1

21

11

22 (1)

onde

gmWH bombabomba &= (2)

Nos catlagos, Wbomba = N

Localizadaatritoperdas hhh += (3)

As perdas so relativas a queda de presso devido ao atrito e as singularidas que a seo de teste possa possuir. A perda de carga na bomba analisada de forma diferente e contabilizada no rendimento da bomba. Desprezando as perdas por atrito e por singularidades, tem-se:

BHzgV

gPz

gP ++=+ 2

22

22

11

2 (4)

Que manipulando fica,

12

22

212

2zz

gV

gPPH B ++= (5)

Na escala manomtrica, tem-se que P1 = 0. Assim, a equao (5) fica da seguinte forma,

12

22

22

2zz

gV

gPH MB ++= (6)

Assim, para cada valor de vazo, possvel obter qual a carga manomtrica (HB) da bomba testada. A equao (6) em funo da vazo fica,

222

2122

21 QgA

zzg

PH MB ++= (7)

1.4.1 Coeficiente Adimensionais ( e ) A partir das variveis envolvidas em um fenmeno qualquer, pode-se determinar relaes

adimensionais construdas com as variveis, e que tambm podem representar o fenmeno. O fenmeno bomba pode ser representado pelas seguintes variveis:

0),,,,,( = QDrngpf (8)

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onde,

n a rotao da bomba e Dr o dimtro do rotor da bomba. p o diferencial de presso entre a entrada e a sada da bomba.

Utilizando a teoria, pode-se contruir a funo dos adimensionais envolvidos, que tambm poder respresentar o fenmeno, = f(), onde, Coeficiente Manomtrico

22r

B

DngH= (9)

Coeficiente de Vazo

3rnD

Q= (10)

1.4.2 Potncia e Rendimento da Bomba

Figura 4: Esquema das potencias envolvidas na anliso da moto-bomba.

onde,

Nr = Nm = potncia do motor, ou potncia eltrica retirada da rede pelo motor NNom = potncia nominal do motor (gravada na placa do motor) NB = potncia da bomba (potncia no eixo da bomba) N = potncia hidrulica, recebida pelo fluido B = rendimento da bomba m = rendimento do motor G = rendimento global

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A potncia absorvida pelo motor pode ser medida atravs de um wattmetro instalado entre o motor e a rede. Ressalta-se que a potncia que pode ser lida na placa do motor apenas a potncia nominal do mesmo (NNom) e significa que no mximo possvel solicitar at este valor de potncia do motor eltrico. O rendimento da bomba obtido usando,

BB N

N= (11)

Analogamente, pode-se determinar o rendimento do motor eltrico,

m

Bm N

N= (12)

O rendimento global leva em conta os dois rendimentos parciais:

mBG = (13) Substituindo,

mG

m

B

BG N

NNNx

NN == (14)

1.5 Procedimento Experiemental

(a) Verificar se a vlvula de controle de fluxo est fechada; (b) Ligar a Bomba; (c) Iniciar o teste com a vlvula totalmente aberta; (d) Medir as gradezas necessrias (e) Fechar a vlvula de controle de fluxo gradativamente e repetir as medies. Quanto mais pontos forem levantados melhor ficar a curva caractristica Dados complementares: D2 = 25 mm (Dimetro da seo de sada) n = 3515 rpm Dr = 10 cm ATanque = 0,0973 m2

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Tabela de Rascunho

Ensaio

Grandeza 1 2 3 4 5 6

h (cm) t (s)

Pms (kgf/cm2)

Tabela de Desenvolvimento

Grandezas Ensaio h

(cm) t

(s) Q

(m3/s) Vs

(m/s) Pms

(kgf/cm2) HB (m)

N CV

1

2

3

4

5

6