Bomba Centrifuga, Notas de estudo de Engenharia Mecânica
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Bomba Centrifuga
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Microsoft Word - BOMBA_CENTRIFUGA.doc

 

 

 

 

ÍNDICE

1 ‐ RESUMO DOS RESULTADOS .......................................................................................2

2 – OBJETIVO............................................................................................................ 2

3 ‐ DESENVOLVIMENTO TEÓRICO.............................................................................. 2

3.1 ‐ Bomba centrífuga.............................................................................................. 2

3.2 ‐ Esquema básico................................................................................................. 3

3.3 – Base Teórica......................................................................... ............................ 4

3.3.1 – Vazão (Q) ......................................................................... ............................. 4

3.3.2 – Carga ou Altura Manométrica (HB) ................................................................ 4

3.3.3 – Coeficientes Adimensionais (ψ e φ) ............................................................... 4

3.3.4 – Rendimento Global (η g ) ................................................................................. 5

4 ‐ EXECUÇÃO EXPERIMENTAL................................................................................... 6

5 ‐ DADOS FORNECIDOS ...................................................................................................7

6 ‐ TABELAS DE RESULTADOS..................................................................................... 8

7 ‐ CONVERSÕES .............................................................................................................9

8 ‐ GRÁFICOS (VIDE GRÁFICOS MANUSCRITOS NO FINAL DO TRABALHO)................ 9

9 ‐ COMENTÁRIOS E CONCLUSÕES......................................................................... . 11

 

 

 

 

 

1 ‐ RESUMO DOS RESULTADOS 

Conseguimos levantar as principais curvas da bomba centrífuga (curva característica,  curva universal e curva de rendimento) localizada no laboratório da FEI. Para maiores  detalhes, ver gráficos nas últimas folhas desse trabalho. 

2 ‐ OBJETIVO 

Levantamento das curvas abaixo:    ‐ HB = f (Q);               CURVA CARACTERÍSTICA; 

‐ η g  = f (Q);               CURVA UNIVERSAL; 

‐ ψ = f (φ).                CURVA DE RENDIMENTO; 

Onde, 

HB = carga ou altura manométrica da bomba; 

Q = vazão recalcada (ou bombeada); 

ψ = coeficiente manométrico (adimensional); 

φ = coeficiente de vazão (adimensional); 

η g  = rendimento global do conjunto motor/bomba; 

3 ‐ DESENVOLVIMENTO TEÓRICO 

3.1 ‐ Bomba centrífuga 

É o equipamento mais utilizado para bombear líquidos no saneamento básico,  na irrigação de lavouras, nos edifícios residenciais, na indústria em geral, transferindo  líquidos de um local para outro. 

Ela funciona da seguinte maneira: Uma fonte externa à bomba, como um motor  elétrico, motor a diesel, etc., gira um ou mais rotores dentro do corpo da bomba,  movimentando o líquido e criando a força centrífuga que se transforma em energia de  pressão. 

A entrada do líquido na bomba é chamada de sucção, onde a pressão pode ser inferior  à atmosférica (vácuo) ou superior. O local de saída do líquido da bomba é conhecido  como de recalque. A diferença de pressão na sucção e no recalque da bomba é  conhecida com altura manométrica total (HB) e que determina a capacidade da bomba 

em transferir líquido, em função das pressões que deverá vencer, expressa em energia  de pressão. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 1 – Corte esquemático da bomba centrífuga utilizada neste experimento 

3.2 ‐ Esquema básico 

Para levantar as curvas desejadas, vamos utilizar uma instalação de recalque simples.  De um reservatório, a água será recalcada para um tanque superior. Para alterar a  vazão, será utilizada uma válvula tipo globo. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figura 2 – Corte esquemático do funcionamento da bomba centrífuga neste experimento 

V. GLOBO  (P/ CONTROLE  DA VAZÃO)

RETENÇÃO

V. PÉ C/ RALO

RESERVATÓRIO

BOMBA E MOTOR

TANQUE SUPERIOR 

 

Vamos iniciar com a válvula totalmente aberta (Qmáx) e fechando convenientemente a  válvula, vamos até o último ensaio, correspondente à válvula totalmente fechada  (Q=0). 

3.3 – Base Teórica 

3.3.1 – Vazão (Q) 

t Ah

t VQ quetan

×Δ ==  

3.3.2 – Carga ou Altura Manométrica (HB) 

É definida como sendo a altura geométrica da instalação mais as perdas de carga ao  longo da trajetória do fluxo. Altura geométrica é a soma das alturas de sucção e  recalque. Fisicamente, é a quantidade de energia hidráulica que a bomba deverá  fornecer à água, para que a mesma seja recalcada a uma certa altura, vencendo,  inclusive, as perdas de carga. 

A altura manométrica é descrita pela seguinte equação:   

z+ γ

p-p +

2g v-v

=H

z+ γ p

+ 2g v

=H+z+ γ

p +

2g v

H=H+H

s 12

2 1

2 2

B

s s

2 s

Be e

2 e

sBe

 

 

3.3.3 – Coeficientes Adimensionais (ψ e φ) 

 

A  partir  das  variáveis  envolvidas  num  fenômeno  qualquer,  podemos  determinar  relações  adimensionais  construídas  com  as  variáveis,  e  que  também  podem  representar  o  fenômeno.  O  fenômeno  “bomba  centrífuga”  pode  ser  representado  pelas seguintes variáveis: 

0Q) ,D n, p, p,( f r =Δ  

Utilizando a teoria citada acima, podemos construir a função dos adimensionais  envolvidos, que também poderá representar o fenômeno. 

)f(ou 0),( f ϕψϕψ ==  

Onde: 

 

2 r

B

n².D g.H =ψ     (coeficiente manométrico) 

3 rn.D

Q =ϕ        (coeficiente de vazão) 

n = rotação da bomba 

Dr = diâmetro do rotor 

g = aceleração da gravidade 

 

3.3.4 – Rendimento Global (η g ) 

 

 

Sabemos que:   

→= B

B N N η  Rendimento da bomba 

 

→= m

m N BN η  Rendimento do motor 

 

→= m

g N N η  Rendimento global 

  Nr = Nm = Potência do motor, ou potência elétrica retirada da rede pelo motor;    Nnom = potência nominal do motor (gravada na placa do motor);    NB = potência da bomba (potência no eixo da bomba);    N = Potência útil, recebida pelo fluido; 

 

4 ‐ EXECUÇÃO EXPERIMENTAL 

1. Ligar a bomba; 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Abrir totalmente a válvula globo  da bomba, estabelecendo a máxima vazão na  instalação, e anotar o valor da pressão de saída (pms) que será a pressão  mínima (pmsmín); 

 

 

VÁLVULA GLOBO 

Pms

Pme

 

3. Medir o tempo necessário de 100 mm com o objetivo de calcular a vazão  (conforme figura abaixo); 

 

 

4. Fechar totalmente a válvula globo, zerando a vazão, e anotar o valor da pressão  (pms), que será a pressão máxima (pmsmáx); 

5. Dividir a faixa útil (∆p = pmsmáx – pmsmín) em cinco partes iguais, que orientarão  as vazões utilizadas; 

6. Programar a experiência, anotando todas as pressões (pms e pme), a potência do  motor (Nm) para todos os pms e todas as vazões que serão utilizadas para todos  os pms; 

 

5 ‐ DADOS FORNECIDOS 

EXP. BOMBA VALORES NUMÉRICOS

γh2o = 1000 kgf/m³ Dr = 132 mm (rotor)

g = 9,8 m/s² De = 41,0 mm

n = 3500 rpm Ds = 27,0 mm

z = 290 mm Atanque = 0,546 m²

 

6 ‐ TABELAS DE RESULTADOS 

EXP. BOMBA  ∆z = 0,29m  TABELA DESENVOLVIMENTO 

GRAND.  h  t  Q  vs  ve  ∆(v²)/2g pms  pme  ∆p/γ HB  ψ  φ  N  Nm  ηg 

UNID.  ENSAIOS 

m  s  L/s  m/s  m/s m  kgf/m²  kgf/m² m  m  ‐  ‐  CV  CV  % 

1  0,1  20,28 2,69  4,7  2,04 0,915  19388,5 2582,5 16,81 18  0,0083 0,0033 0,66  1,43  46 

2  0,1  24,5 2,23  3,89 1,69 0,626  21429,5 2174,74 19,25 20,2 0,0093 0,0028 0,61  1,29  47,3 

3  0,1  28,84 1,89  3,31  1,43 0,455  23470,3 1766,97 21,7  22,4 0,0103 0,0023 0,58  1,22  47,5 

4  0,1  38,48 1,42  2,48 1,07 0,255  25511,21 1495,13 24,02 24,6 0,0113 0,0018 0,48  1,16  41,4 

5  0,1  59,5  0,92  1,6  0,7  0,106  27552,11 1291,25 26,26 26,7 0,0123 0,0011 0,33  1,02  32,4 

6  0,1  0  0  0  0  0  29593  951,45 28,64 28,9 0,0133 0  0  0,8  0 

 

7 ‐ CONVERSÕES 

101,23 KPa = 10,330 kgf/m² 

760 mmHg = 10330 kgf/m² 

735 W = 1 CV 

1 m³/s = 1000 L/s 

1 m = 1000 mm 

 

8 ‐ GRÁFICOS (VIDE GRÁFICOS MANUSCRITOS NO FINAL DO TRABALHO) 

Planificando graficamente a tabela acima, obtêm‐se: 

 

De acordo com o traçado de H x Q as curvas características podem ser classificadas  como:  

flat ‐ altura manométrica variando muito pouco com a variação de vazão;   • drooping ‐ para uma mesma altura manométrica podemos ter vazões 

diferentes;   • steep ‐ grande diferença entre alturas na vazão de projeto e a na vazão zero 

(ponto de shut off );   • rising ‐ altura decrescendo continuamente com o crescimento da vazão.  

  E podemos observar a partir disso que a curva obtida pelos dados experimentais 

demonstra uma curva característica tipo flat

 

CURVA CARACTERÍSTICA

0

5

10

15

20

25

30

35

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

Q (L/s)

H b

(m )

Série1

 

10 

  Baseados também nos dados experimentais, e encontrando o coeficiente  manométrico, têm‐se a seguinte curva universal: 

  

 

 

Baseados também nos dados experimentais, e encontrando o rendimento, têm‐se a  seguinte curva de rendimento: 

 

 

CURVA UNIVERSAL

0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01

0,012 0,014

0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 0,003 0,0035

φ

ψ Série1

CURVA DE RENDIMENTO

0

10

20

30

40

50

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3

Q (L/s)

ηg (%

)

Série1

 

11 

 

 

9 ‐ COMENTÁRIOS E CONCLUSÕES 

As  bombas  centrífugas  são  equipamentos  mecânicos  e,  portanto,  estão  sujeitas  à  problemas  operacionais  que  vão  desde  uma  simples  redução  de  vazão  até  o  não  funcionamento generalizado ou colapso completo. Mesmo que o equipamento tenha  sido  bem  projetado,  instalado  e  operado, mesmo  assim  estará  sujeito  a  desgastes  físicos e mecânicos com o tempo. Os problemas operacionais podem surgir das mais  diversas  origens  como  imperfeições  no  alinhamento  motor‐bomba,  falta  de  lubrificação ou  lubrificação  insuficiente ou qualidade  inadequada do  lubrificante, etc,  colocação  e  aperto  das  gaxetas,  localização  do  equipamento,  dimensionamento  das  instalações de  sucção e  recalque, bem  como  suas próprias  instalações,  fundações e  apoios qualidade da energia fornecida, etc. Esses fatores influenciam diretamente nos  dados obtidos experimentalmente.  

  Um bom manuseio dos equipamentos durante o experimento e a preocupação  na precisão da coleta de dados também deve ser considerada para que os resultados  não fujam do que se é esperado. 

  Nesse  experimento  realizado  obtivemos  como  resultado  uma  curva  característica tipo flat, que demonstrou uma variação pequena da altura manométrica  em relação as diferentes vazões aplicada. Então a experimentação obteve sucesso ao  demonstrar  a  partir  de  seus  dados  realmente  uma  curva  que  identifica  um  tipo  de  bomba centrífuga.  

  E  a  partir  dos  resultados  válidos  obtidos  pudemos  também  traçar  a  curva  universal  e  a  curva  de  rendimento  da  bomba,  confirmando  a  pequena  variação  do  fator manométrico em relação às vazões submetidas e o rendimento da mesma. 

 

 

 

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