EQ701 - Laboratório de Engenharia Química II - Bombas 1

BOMBAS E SUA CURVA CARACTERÍSTICA 1. OBJETIVOS A experiência tem por objetivos a determinação da curva característica de uma bomba centrífuga através de uma montagem simples, bem como a verificação experimental do fenômeno da cavitação. 2. TEORIA Bombas são máquinas geratrizes cuja finalidade é realizar o deslocamento de um líquido por escoamento. Sendo uma máquina geratriz, a bomba transforma o trabalho mecânico que recebe para seu funcionamento em energia que é comunicada ao líquido para compensar perdas por atrito com a tubulação e outros acidentes, contribuindo para que o líquido tenha aumento da sua velocidade e/ou pressão e/ou altura. As bombas são geralmente classificadas segundo o modo pelo qual é feita a transformação do trabalho em energia hidráulica ou seja pelo recurso utilizado para ceder energia ao líquido. A classificação mais usual é a seguinte:

a) Bombas de deslocamento positivo b) Turbobombas ou bombas rotodinâmicas

a) BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO

As bombas de deslocamento positivo podem ser: alternativas e rotativas. Nas bombas alternativas o líquido recebe a ação das forças diretamente de um pistão ou embolo (pistão alongado) ou de uma membrana flexível (diafragma). Nas bombas rotativas, por sua vez, o líquido recebe a ação de forças provenientes de uma ou mais peças dotadas de movimento de rotação que comunicam energia de pressão provocando escoamento. Os tipos mais comuns de bombas de deslocamento positivo rotativas são a bomba de engrenagens, bomba helicoidal, de palhetas e pistão giratório. A característica principal desta classe de bombas é que uma partícula líquida em contato com o órgão que comunica a energia tem aproximadamente a mesma trajetória que a do ponto do órgão com o qual esta tem contato.

b) BOMBAS ROTODINÂMICAS

Bombas rotodinâmicas ou Turbobombas são caracterizadas por possuírem um órgão rotativo dotado de pás chamado rotor. Nas turbo bombas a finalidade do rotor também chamado impulsor ou impelidor é comunicar à massa líquida aceleração, para que esta adquira energia cinética. O rotor é em essência um disco ou uma peça de formato cônico dotado de pás. O rotor pode ser fechado, usado para líquidos sem partículas em suspensão ou aberto usado para pastas, lamas, areia e líquidos com partículas suspensas em geral. As turbo bombas necessitam de outro dispositivo, o difusor, também chamado recuperador, onde é feita a transformação da maior parte da elevada energia cinética com que o líquido sai do rotor, em energia de pressão. Deste modo ao atingir a boca de saída da bomba, o líquido é capaz de escoar com velocidade razoável ao sair da bomba. Este tipo de bomba geralmente é classificado segundo a trajetória do líquido no rotor como Bombas centrífugas puras ou radiais onde o líquido penetra no rotor paralelamente ao eixo, sendo dirigido pelas pás para a periferia, bombas de fluxo diagonal, ou ainda bombas axiais ou propulsoras.

EQ701 - Laboratório de Engenharia Química II - Bombas 2 Curvas Características: A melhor forma de descrever as características operacionais das bombas é pela utilização de suas curvas características. Para traçarmos a curva característica de uma bomba, partimos da equação de Bernoulli aplicada no ponto de sucção (A) e da descarga (B):

+ + + = + + +ρ ρ

2 21 1 2 2

1 22 2 L

P v P vy H y h

g g g g

onde: P = pressão, v = velocidade, y = altura, hL = perda de carga, H = carga do sistema (energia adicionada pela bomba). Para um líquido livre de gases dissolvidos, o aumento da pressão ao passar por uma bomba é função da vazão (Q), de sua massa específica (ρ), de sua viscosidade (µ), da velocidade de rotação (N) e diâmetro (D) do rotor , ou seja : ∆P = f (Q, ρ, µ, N, D) Sabendo-se então as variáveis envolvidas no bombeamento de um fluido através de um sistema qualquer e aplicando o teorema de Buckingham (determinação de grupos adimensionais), temos que acima de um certo número de Reynolds (alta turbulência), a razão entre os adimensionais de pressão e vazão são:

∆ = ρ 2 2 3

P Qf

N D N D

Desta maneira, a curva característica da bomba, ∆P x Q é única desde que N e D sejam mantidas constantes. 3. EQUIPAMENTOS E MATERIAIS Bomba rotativa com carcaça de ferro fundido e rotor de bronze, D = 10,5 cm, com motor monofásico (110V / 60 HZ), 1/3 CV, 3420 rpm, manômetro 0 - 60 kg/cm2 e manovacuômetro 0 - 76 cm Hg (ambos de Bourdon), válvulas gaveta, tanque para circulação de água, termômetro e cronômetro. 4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL a) Com a válvula de entrada V1, completamente aberta, variar o fluxo através da válvula

de saída V2. A pressão cairá um pouco na entrada da válvula V1, será elevada através da bomba e cairá à pressão atmosférica à saída da válvula V2. Atue sobre a válvula de saída desde totalmente fechada até totalmente aberta e para cada posição medir a vazão de fluido e as pressões á entrada e saída da bomba.

b) Com a válvula de saída V2 completamente aberta, variar o fluxo através da válvula de entrada V1. Atue sobre a válvula de entrada V1, desde totalmente aberta até totalmente fechada e para cada posição, medir a vazão e as pressões è entrada e saída da bomba.

OBSERVAÇÃO:- Se a pressão em algum ponto cair ao valor da pressão de vapor saturado da substância que está sendo transportada ocorrerá um fenômeno chamado

EQ701 - Laboratório de Engenharia Química II - Bombas 3 "cavitação". Esse fenômeno ocorre a formação de uma mistura líquido-vapor, composta de vapor da substância transportada, ar e gases que ao ser comprimidos no rotor da bomba, condensam, dando grandes variações de volume, provocando choques mecânicos que causam danos severos ao rotor e aos rolamentos da bomba. 5. RELATÓRIO As unidades utilizadas no relatório deverão ser do Sistema Internacional (SI). a) Traçar a curva H x Q para os dois procedimentos indicados no item 4, sendo:

−=ρ

2 1P PH

g

onde : P2 - pressão à saída da bomba e P1 - pressão à entrada da bomba b) Como você poderia determinar o ponto de operação da bomba utilizada no

experimento? c) Comente e analise todos os resultados obtidos 6. BIBLIOGRAFIA 1. FOUST, A.S. et al "Principles of Unit Operations". Cap. 21, New York : J. Wiley, c1980. 2. MACINTYRE, A.J. "Bombas e Instalações de Bombeamento" Rio de Janeiro : Livros Técnicos e Científicos, c1997.