Escoamento através de um Canal do Rotor de Bomba
Centrífuga GN 7000
Software PHOENICS
MotivaçãoO projeto de turbomáquinas tradicionalmente tem
sido muito experimental, com teorias simples;Correlações adimensionais são muito úteis, mas
requerem extensos experimentos.;Uma teoria unidimensional, mais simples e fácil de
ser aplicada, não fornece, na maioria dos casos, previsões quantitativas seguras, uma vez que o escoamento em uma bomba pode ser não permanente (tanto periódico quanto turbulento), pode envolver descolamento e recirculação, esteiras não-permanentes das pás passando através do difusor e das folgas na raiz/periferia do rotor, entre outros.
Comportamento geral de bomba centrífuga
Comportamento geral de bomba centrífuga
BCS GN 7000BCS: Bombeio Centrífugo
SubmersoFabricante do modelo GN
7000: Reda Schlumberger3 estágios (rotor +
difusor)
Rotor da GN 7000Dimensão Símbolo Valor
Número de aletas
- 7
Espessura mínima da aleta
- 2 mm
Espessura máxima da aleta
- 3 mm
Diâmetro interno
Din 51 mm
Diâmetro externo
Dex 89 mm
Ângulo de entrada
β1 28 graus
Ângulo de saída
β2 36 graus
Altura na entrada
b1 17,3 mm
Altura na saída b2 15,7 mm
(imagem ilustrativa)
Altura de elevação por estágio
Implementação no PhoenicsCoordenadas Cilíndrico-polaresPás retas1/7 do rotorÁgua à 20°CModelo LVELSOURCE : Rotating Coordinate SystemW = 251 rad/sVariável independente: Vazão ou Pressão
Vazão como Variável Independente
Vazão como Variável Independente
Figuras e valores aceitáveis
Real : ↑Vazão ↔ ↓∆PPhoenics : ↑Vazão ↔ ↑∆P
Campo de pressão para Vazão fixada
∆P como Variável Independente
Implementação no PhoenicsPressão definida no Outlet de saídaVazão mássica = R1 do arquivo ResultGrupos mais importantes do Q1 :
Grupo 19: Velocidade angular do sistema de coordenadas ANGVEL =251
Grupo 24: Pressão do OUTLET na saída OBJ, PRESSURE, 5.3E+04
Definição da Malha
MALHA 50X50 MALHA 30X30
Campo de Pressão
Velocidade Radial
Linhas de Corrente
Resíduos
ResultadosDiferença de Pressão
(kPa)
H(m)
Vazão Mássica(kg/s)
Vazão(m³/h)
Vazão no rotor
inteiro(m³/h)
15 1,53 4,006 14,45 101,1335 3,57 3,504 12,64 88,4653 5,41 3,004 10,83 75,8480 8,17 2,124 7,66 53,62100 10,21 1,29 4,65 32,57127 12,97 0,0751 0,27 1,90
Comparação dos Resultados
Análises e ConclusõesAnálise qualitativa: comportamento
parabólico coerente
Análises e ConclusõesAnálise qualitativa: ganho de pressão através
do rotor
Análises e ConclusõesAnálise quantitativa:
Para valores de vazão entre 30 e 50 m3/h, os resultados são próximos, porém, conforme a vazão aumenta na entrada do rotor aumenta, o modelo do phoenics precisa de valores de Q muito maior para produzir a mesma altura de carga
O que gerou a diferença entre o rotor simulado e o real?A geometria do rotor criado no software não contempla a
inclinação das pás, o que corresponde ao parâmetro beta, cuja importância é essencial para o funcionamento real da bomba e para a descrição teórica ideal de Euler, representada na equação 2.3.1. Ou seja, nosso rotor possui pás retas;
No modelo incrementado no PHOENICS, não existe variação na altura do canal, uma vez que adotamos um valor médio para simplificar o problema. Já no rotor real, essa variação existe, o que pode ser visto na tabela 2.1 (parâmetros b1 e b2). Esse parâmetro altera a área de entrada e saída de fluido, interferindo, portanto, na relação entre vazão e velocidade;
Nosso grupo não representou o difusor na saída do rotor. Esse dispositivo desacelera o fluido, fazendo com que o ganho de pressão seja ainda maior, para a mesma vazão considerada;
Desenvolvimentos futurosOtimizar a semelhança geométrica entre o modelo e o
rotor real, sem que isso implique em custos computacionais muito altos;
Implementar um blockage com formato triangular junto às pás, de modo a simular a curvatura delas;
Importar um objeto de Softwares como o Pro-E, tomando o cuidado para ajustar nele uma malha polar;
Variação das propriedades do fluido: melhorando o modelo, será possível predizer o comportamento de fluidos viscosos dentro do rotor, o que é muito difícil de ser feito analiticamente para casos tridimensionais.
Referências principais:Amaral, G. D. L., “Modelagem do Escoamento em Bomba
Centrífuga Submersa Operando com Fluidos Viscosos”. Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual de Campinas, 233 p. Dissertação (Mestrado)
Monte Verde, W., “Estudo Experimental de Bombas BCS Operando com Escoamento Bifásico Gás-Líquido”. Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual de Campinas, 129 p. Dissertação (Mestrado)
FOX, Robert W.; MCDONALD, Alan T. Introdução à mecânica dos fluidos. 4. ed. Rio de Janeiro: LTC
CHAM Case Study – Induced Draft RotorTR 326 – PHOENICS 2010 VR – Reference Guide
Dúvidas?! ...
Obrigado!!!
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