PONTIFCIA UNIVERSIDADE CATLICA DE MINAS GERAISGraduao em Engenharia Mecnica

ASSOCIAO DE BOMBAS EM SRIE E PARALELO

Aluno: Lucas Tadeu R. E. de SouzaLaboratrio de Fluidomecnicos - Turma 03 Professor: Leandro Pires Gonalves

Belo Horizonte2014

1. INTRODUO.A prtica realizada no dia 07 de maio do ano corrente, intitulada ASSOCIAO DE BOMBAS EM SRIE E PARALELO, tem como objetivo analisar o comportamento das bombas associadas em srie e em paralelo. Para isso foram simuladas situaes na bancada do laboratrio apresentada neste trabalho, que possibilitaram arrecadar dados de vazo (Q), Presses (M) e (V), para a obteno das curvas caractersticas para rotao de 2800 rpm e para a rotao de 1400 rpm das bombas 1 e 2, submetendo as bombas ao trabalho associadas em srie e associadas em paralelo. Para o xito esperado so necessrios alguns cuidados para que os valores obtidos nos medidores sejam os mais exatos possveis.

2. CONCEITUAO TERICA. A associao de bombas seja em paralelo ou em srie tem a finalidade de aumentar a vazo recalcada e ampliar a capacidade do sistema de vencer desnveis e grandes presses.2.1 Associao em srie.A associao em srie implantada para resoluo de problemas de instalaes com alturas manomtricas elevadas ou quando se torna necessrio o desenvolvimento de grandes presses, para isso aumenta a energia fornecida ao fluido.Para a associao em srie existem duas maneiras:- Colocao de mais de um rotor no mesmo eixo da bomba, neste caso teremos uma bomba multicelular, que traz como vantagem a eliminao da multiplicao das casas de bombas e a unificao das unidades de acionamento e controle, elevando o rendimento e reduzindo os custos.

Figura 1: Associao em srie em uma mesma carcaa.- Colocao de duas ou mais bombas independentes interligadas. 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.

Figura 2: Associao em srie de bombas independentes.

Para se obter a curva caracterstica de duas bombas associadas em srie, Hman = f (Q), para bombas iguais ou diferentes, necessrio somar as alturas manomtricas correspondentes aos mesmos valores de vazo.

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

2.1 Associao em paralelo.A associao em paralelo utilizada no abastecimento de gua de cidades, bem como servios industriais, o objetivo aumentar a vazo recalcada e possibilitar maior flexibilidade atravs da retirada ou colocao das unidades em funcionamento, que demanda uma manuteno preventiva.Pode ser feita de duas maneiras diferentes:- Colocao de um rotor de dupla suco. Justaposio de dois rotores pelo costado, que traz a vantagem do equilbrio dos empuxos axiais.

Figura 4: Associao em paralelo em uma mesma carcaa.

- Colocao de duas ou mais bombas independentes interligadas. 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.

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

3. DESCRIO DO EXPERIMENTO.ESQUEMA DA BANCADA DE TESTE DO LABORATRIO

FIGURA 7: Vista de frente da bancada de teste da associao de bombas.

3.1 Equipamentos da bancada de teste 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.

3.2 Partes Componentes da Bancada3.2.1 Conjunto moto bomba 1. uma bomba centrfuga acionada por um motor eltrico de dupla velocidade de rotao que apresenta 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; Vazo mxima para a alta rotao = 40; Potncia mxima para a alta rotao = 5,5 Hp.

3.2.2 Conjunto moto bomba 2.Tambm uma bomba centrfuga com caractersticas anlogas anterior, que ao invs de ter acionamento por um motor eltrico acionada por um motor dinamomtrico capaz de permitir o valor do torque no seu eixo de rotao.

3.2.3 Reservatrio.

Recipiente com capacidade para 1200 litros, particionado em duas partes, sendo uma para vazo recalcada e outra para a vazo aspirada. Possui interligao entre as partes que permite o nvel constante de gua e funcionamento contnuo.

3.2.4 Medidor de vazo.

O medidor utilizado so 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

3.2.5 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. So do tipo Bourdon e fornecem a altura manomtrica das bombas.

3.2.6 Registros controladores de vazo.

A bancada possui trs registros maiores do tipo gaveta para controlar a vazo do sistema ou para a manuteno e ainda dois registros menores para associar as bombas em srie ou paralelo.Para as associaes os registros devem apresentar a seguinte configurao: - para associao em srie os registros 10 e 12 fechados; registros 9, 11, 13 e 14 abertos. - para a associao em paralelo o registro 11 fechado; registros 9, 10, 12 ,13 e 14 abertos.

FIGURA 5: Esquema analtico do conjunto da bancada de teste da associao de bombas.

LEGENDA DA FIGURA ACIMA: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 1.10. 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 controlede vazo da associao em srie ou paralelo.14. Registro para comunicao entre os reservatrios.15. Vlvula de p.

3.2.7 Quadro eltrico de comando e controleO quadro eltrico de comando composto de: um ampermetro; um voltmetro; dois wattmetros 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 50ou 60 Hz e a potncia mxima requerida de 8,5 kW.

Foto: Quadro eltrico de comando e controle.

3.3 Procedimento Experimental3.3.1 Procedimentos iniciais, cuidados especiais que antepem o experimento:Verificar a abertura do reservatrio.

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.

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

Repetir a operao para os resultados duvidosos.

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

3.3.4 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: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 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.

3.3.5 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: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.

3.3.6 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.

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.

4. DADOS OBTIDOS Frmulas utilizadas:Para encontrar a altura manomtrica (Hman) . Hman M VOnde,M: leitura do manmetro e V: leitura do vacumetro.Obs.- se atentando as transformaes das unidades de medidas para o clculo do Hman em mca.Foi considerado:1 kgf/cm2 = 10 mca e 760 mmHg =10 mca

Para encontrar a vazo em m^3/s. Para encontrar a vazo Q total em m^3/h.

Folha de teste BOMBA 1 BOMBA 2

MANMETROVACUMETRO ALTURA MANOMTRICAVAZOMANMETROVACUMETRO ALTURA MANOMTRICAVAZO

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

Kgf/cm2mcammHgmca mca m3/hKgf/cm2 mcammHgmca mca m3/h

0,55,0005,0000,585,8005,800

0,454,5004,509,290,66,0006,008

0,22,0650,852,85270,33,0500,663,6626,8

0,151,5801,052,55300,222,2750,983,1830,3

0,11,0831,092,0931,20,22,0851,113,1131,5

0,11,0851,112,1131,40,191,9901,183,0831,7

0,11,0851,112,1131,5

ASSOCIAO EM PARALELO

ASSOCIAO EM SRIE

MMVVHmanQ1Q2Q totalMMVVHmanQ

Kgf/cm2mcammHgmcamcam3/hm3/hm3/hKgf/cm2mcammHgmcamcam3/h

0,505,0005,000001,2012,000120

0,505,0005,001211231,2012,000124,9

0,404,0400,524,521818360,707,0600,787,7826,0

0,303,0650,853,852223450,404,01001,315,3134,4

0,202,0851,113,112526510,383,81101,445,2435,6

0,191,9901,183,082627530,303,01151,514,5136,0

0,303,01171,534,5336,2

Grficos de anlise:

Bomba 1- Hman =f(Q)

Hman(mca) Q(m^3/h)y=4,9705-0,0248*X-0,0020*X^2Bomba 2- Hman =f(Q)

Hman(mca)Q(m^3/h)Y=5,8893+0,0212*X-0,0035*X^2Para a associao em paraleloHman =f(Q1)Hman(mca)

Q(m^3/h)Y=4,9916+0,0746*X -0,0058*X^2

Hman =f(Q2)Hman(mca)

Q(m^3/h)Y=4,9856+0,0607*X -0,0049*X^2

Hman =f(Q total)Hman(mca)

Q(m^3/h)Y=4,9885+0,0336*X -0,0013*X^2

Para a associao em srieHman =f(Q )Hman(mca)

Q(m^3/h)Y= 12,1377-0,0471*X-0,0044*X^2

5. ANLISE DOS DADOSExistem trs tipos de erros que podem influenciar na medio, so eles o erro sistemtico, erro aleatrio e o erro grosseiro. Analisando sistematicamente cada tipo de erro no experimento a comear pelo erro sistemtico que ocorre por um desgaste do sistema, por falta de calibrao do instrumento ou ainda fatores ambientais, conclui-se que este seja o fator mais determinante para alguns pontos destoantes das curvas traadas. O erro aleatrio que se deve ao atrito entre superfcies, pelas folgas, instabilidade interna do sistema e condies ambientais, no possui uma importncia relevante, se considerarmos que todas medies esto submetidas a condies muito prximas. Por fim o erro grosseiro decorrente de uma leitura errada da medio ou descuido na manipulao dos instrumentos, no ocorreu tendo em vista os dados obtidos. Comparando os grficos sobre as curvas caractersticas das bombas em especial os de Hman =f(Q ) que j conhecemos seu modelamento, verificou-se o que era esperado, quando as bombas esto associadas em paralelo o objetivo de aumenta a vazo foi alcanado, mesmo para uma mesma altura manomtrica e para associao em srie se obteve vazes considerveis para maiores alturas.

6. CONCLUSOConstatou-se pelo presente experimento que dependendo da aplicao alguns detalhes construtivos da instalao podem fazer muita diferena, como a associao em srie ou em paralelo de bombas, que no preciso ser iguais.

7. REFERNCIASMARA, Clia. Laboratrio de Fluidomecnicos: Pratica de Mecnica dos Fluidos. Material didtico do curso de Graduao em Engenharia Mecnica, PUC-MG. Belo Horizonte, 2010.