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Bancada Hidráulica P6100

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ÍNDICE

ENSAIOS EXPERIMENTAIS NA BANCADA HIDRÁULICA ----------------------- 2

1. ALGUNS COMPONENTES DA BANCADA HIDRÁULICA P6100 -------------- 4

2. INSTRUÇÕES DE OPERAÇÃO -------------------------------------------------------- 10

3. CONTROLO DO FLUXO ---------------------------------------------------------------- 10

4. MEDIÇÃO DO CAUDAL EM ESCOAMENTO-------------------------------------- 11

5. MEDIÇÃO DA PRESSÃO ---------------------------------------------------------------- 12

6. PROCEDIMENTO DE PARAGEM ---------------------------------------------------- 12

7. CALIBRAÇÃO DO DISPLAY DA BOMBA (P6102) ------------------------------- 12

8. BOMBAS ------------------------------------------------------------------------------------- 13


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ENSAIOS EXPERIMENTAIS NA BANCADA HIDRÁULICA Encontra-se disponível uma série de equipamentos e acessórios, para a realização de uma

vasta gama de experiências.


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Esquema

Legenda:

1- Painel de pressões P6106 10- Válvula de sucção 2- Tanque de altura variável P6104 11- Bomba centrífuga

3- Medidor de pressão e válvula de selecção multi-ponto 12- Bomba auxiliar P6101

4- Tanque de medição de caudal volúmico em escada 13- Rotâmetro P6108

5- Escala volumétrica do Tanque 14- Unidade de controlo da velocidade e botão on/off da bancada

6- Válvula de controlo do tanque de descarga 15- Visor da velocidade da bomba P6102

7- Reservatório de água 16- Válvula reguladora de caudal

8- Rodas 17- Acessório P6221 (perdas de carga em tubos e ligações)

9- Manómetro da pressão de sucção 18- Tanque de altura constante P6103


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1. ALGUNS COMPONENTES DA BANCADA HIDRÁULICA P6100

1.1 Bomba e Motor

A bomba centrífuga de alta velocidade é fabricada pela Stuart Turner. A flange em

bronze é conectada ao motor e o rotor é uma extensão do eixo do motor, cuja

configuração é designada por “acoplamento fechado”. À velocidade máxima de

aproximadamente 5400 rpm o caudal debitado pela bomba é de 42 l/min para uma altura

de aproximadamente 5 m, sendo que a altura máxima de elevação que é atingida é de

20 m para um caudal nulo.

1.2 Sensor de Pressão e selecção das Válvulas

Um sensor de pressão do tipo Bourdon montado no painel da bancada hidráulica é

conectado através de um selector especial de 4 vias a vários pontos de derivação:

a) Primeira saída da bomba

b) Fornecimento de energia eléctrica

c) Derivação auxiliar – não se deve rodar o selector da válvula para “Auxiliar”

quando esta posição está ligada

d) Segunda saída da bomba – só uma bomba é ligada.

1.3 Acessórios da Bancada

1.3.1 Bomba auxiliar e unidade de variação de velocidade P6101

Existe uma segunda bomba centrífuga para aumentar a capacidade de escoamento de

água, permitindo que a bancada possa realizar ensaios de maior capacidade. A

disposição das bombas e os respectivos canais de comunicação permitem realizar testes

com associação das bombas em série ou em paralelo.

A unidade de controlo de velocidade permite uma variação contínua das velocidades das

bombas pelo que as curvas características das bombas podem ser obtidas para diferentes

velocidades.


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Legenda:

1- Válvula reguladora do caudal 5- Válvula de sucção da bomba 2

2- Válvula para associação em paralelo 6- Válvula de sucção da bomba 1

3- Sensor da pressão de sucção da bomba 2 7- Sensor da pressão de sucção da

bomba 1 4- Válvula para associação em série


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1.3.2 Visor da velocidade das bombas P6102

1.3.3 Tanque de entrada com altura constante P6103

Existem duas posições de excesso de forma a fornecer alturas de 250 mm ou 500 mm.


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1.3.4 Tanque de saída com altura variável P6104

O tubo de descarga pode ser posicionado entre 50 mm e 300 mm acima da linha de

referência (ver figura anterior).

1.3.5 Conjunto P6105

Este conjunto é fornecido para utilizações sem o tanque de entrada com altura constante.

Experiências em que é necessário mais do que 500 mm de altura de elevação.

1.3.6 Manómetro P6106

O manómetro de colunas de vidro é necessário nas experiências em que se quer medir a

queda de pressão ou a perda de altura.


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1.3.7 Tubo de Pitot e escala volumétrica P6107

Este sensor possibilita a realização de medições verticais à escala, em vários pontos ao

longo do comprimento horizontal do tanque descarregador. Implica o uso dos orifícios

calibrados P6223 e P6224 para a representação da trajectória horizontal dos jactos, e

juntamente com P6225 e P6226 para a determinação da altura de água acima do

descarregador.

1.3.8 Rotâmetro P6108

Campo de medida: 0,4 a 4,0 m3/h.


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1.3.9 Watímetro P6109

É utilizado para medir a potência eléctrica de entrada no motor da bomba.


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2. INSTRUÇÕES DE OPERAÇÃO

1) Assegure-se que a válvula de entrada da bomba está completamente aberta;

2) Verifique o nível de água no tanque;

3) Coloque o cesto de esferas no final do troço esquerdo do canal de escoamento, ou

monte o equipamento de medida desejado;

4) Assegure-se que a válvula de regulação da bancada está fechada;

5) Ajuste o botão da unidade de controlo de velocidade para uma posição média.

Conecte a ficha de alimentação e ligue.

6) Ajuste a válvula de bancada e a velocidade da bomba para o caudal desejado.

3. CONTROLO DO FLUXO

Existem duas formas de funcionamento:

1) Funcionamento a velocidade constante: embora exista duas válvulas no circuito

principal, o controlo do fluxo de escoamento só deverá ser feito com a válvula

do painel de instrumentos (válvula de regulação da bancada). A outra válvula

(admissão da bomba) deverá ser mantida totalmente aberta sempre que a bomba

estiver em funcionamento. A única excepção a isto é durante a demonstração da

Cavitação.

2) Funcionamento com velocidade variável: a velocidade da bomba pode variar

entre 30 a 7200 rpm utilizando o variador de velocidade da bomba. A fonte AC

que é fornecida à bomba é regulável pelo botão colocado na montagem, sendo

que a velocidade aumenta no sentido horário.


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4. MEDIÇÃO DO CAUDAL EM ESCOAMENTO

A medição do caudal pode ser feita de três formas:

Tanque volumétrico:

Fechar a válvula de saída do tanque;

Iniciar a medição temporal quando o nível de água estiver em

zero ou outra medida conveniente;

O tempo de aquisição pode variar consoante sejam caudais

altos ou baixos;

Depois das medições estarem feitas, abra a válvula de saída do

tanque;

O valor médio do caudal pode ser obtido por: [ ][ ]stmVQ

3

= . À

temperatura ambiente a massa volúmica da água é

ρ = 1000 kg/m3.

Medição do caudal no canal de escoamento do descarregador:

A parede direita do canal possui uma escala calibrada em l/min.

Para leituras acima dos 10 l/min pode-se utilizar a escala para

fazer medições instantâneas do caudal em escoamento.

Rotâmetro:

este aparelho mostra uma leitura instantânea do caudal em

escoamento (mas para caudais acima dos 0,4 m3/h).


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5. MEDIÇÃO DA PRESSÃO

A pressão à saída da bomba pode ser monitorizada no painel de pressões através de uma

correcta selecção do botão para a posição auxiliar.

A pressão de sucção da bomba é medida directamente pela linha de pressão (barómetro)

colocada a montante desta.

Note-se que: quando se mede a pressão de saída da bomba deve-se considerar uma

tolerância pelo facto de que o barómetro estar colocado 0,7 m acima do ponto de

derivação, i.e., deve-se adicionar 0,07 bar à leitura feita no barómetro.

É aconselhável rodar o selector de pressão no sentido anti-horário, de forma a minimizar

a possibilidade de sair um jacto de água pelo ponto auxiliar de derivação, enquanto não

estiver em uso.

6. PROCEDIMENTO DE PARAGEM

1) Fechar a válvula de regulação da bancada;

2) Assegurar que a válvula de saída do tanque está aberta;

3) Desligar a fonte de alimentação (botão) da bancada hidráulica;

4) Fechar a válvula de admissão da bomba;

5) Rodar o variador de velocidade da bomba para o mínimo.

7. CALIBRAÇÃO DO DISPLAY DA BOMBA (P6102)

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8. BOMBAS

8.1 Introdução

A gama experimental é aumentada por uma unidade de visualização da velocidade da

bomba (P6102) e por um Watímetro (P6109). Quando se utiliza duas bombas pode-se

utilizar dois Watímetros.

8.2 Dados da Bomba

Tipo: 12 HS Stuart Turner Centrifugal Pumps

Desempenho: Qmax = 42 l/min .vs. 5m às 5400 rpm.

Hmáx = 20 m quando Q = 0 l/min.

8.3 Velocidade específica, Ωa

O desempenho das bombas, principalmente em grandes instalações, é muitas vezes

previsto a partir de pequenos modelos com desenho geométrico semelhante. A

velocidade específica é um índice de desempenho da bomba, a partir do qual se podem

fazer estudos comparativos entre bombas geometricamente semelhantes, mas de

tamanhos diferentes. A velocidade específica indica a capacidade de dada bomba

realizar determinada tarefa.

Altos caudais de descarga para alturas, H, baixas ⇒ Ωa altas, enquanto que H elevados

requerem Ωa baixas.

O valor numérico de Ωa depende do sistema de unidades utilizado, mas se for utilizado

Q [m3/s], H [m] e N [rpm], a Ωa em bombas centrífugas varia de 10 a 150.

( )⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛= k

DNHgDNQ

d

223

...φ (8.1)


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Duas Bombas:

Actual – Q, N, D, H

Específica – Qs, Ns, Ds, Hs

Considerando Qs = 1 m3/s e Hs = 1 m, as duas bombas pertencem à mesma FTMGS

Do coeficiente de caudal resulta que: QN

DNDs

s .. 3

3 = (8.2)

Do coeficiente de altura resulta que: HNDND

ss .

.2

222 = (8.3)

Conjugando as expressões anteriores: 2

3

2

2233

..

..

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡==

HNDN

QNDND

sss (8.4)

43

21

.

H

QNN s = (8.5)

8.4 Altura manométrica, Hm

gPPH m .

12

ρ−

= (8.6)

8.5 Potência e rendimento

A potência hidráulica, Wh, é dada por:

( )••

==−= mHgQHgQPPW mmh ......12 ρ (8.7)

Com o Watímetro podemos medir a potência de entrada da bomba e do motor.

O rendimento da unidade bomba/motor pode ser calculada a partir da potência

hidráulica que é fornecida e pela potência eléctrica fornecida.


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entrada de Potênciahidráulica Potência

0 =η (8.8)

8.6 Cavitação

Nas condições de sucção que ocorrem na entrada das bombas centrífugas e em especial

em zonas de alta velocidade, onde o aumento dinâmico da pressão provoca uma

diminuição da pressão estática, é possível que a pressão se torne muito baixa e promova

a formação de bolhas de ar ou vapor que podem colapsar – cavitação.

O termo cavitação inclui formação, existência e subsequente colapso de bolhas. A

cavitação na zona de sucção ou no rotor de uma bomba centrífuga promove uma

drástica redução do desempenho da bomba.

Mais importante é que o colapso das bolhas quando atingem uma pressão ligeiramente

maior causam um grande impacto nas superfícies adjacentes, o que pode originar danos

sob a forma de picadas de corrosão.

Tabela 8.1: Pressão vapor em função da temperatura.

Temperatura [ºC] 0 10 20 40 60 80 100

Pressão vapor [mbar] abs. 6,15 12,3 23,4 74 200 474 1015

Para evitar a ocorrência de cavitação em bombas centrífugas é necessário assegurar que

a mais baixa pressão estática que possa ser encontrada em qualquer parte da zona de

sucção ou no rotor seja maior que a pressão vapor e a pressão de libertação de gás.

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