curva característica de bomba centrífuga

40
UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO PAULO DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA CAMPUS DIADEMA CURVA CARACTERÍSTICA DE BOMBA CENTRÍFUGA UC: Laboratório de Operações Unitárias I Professor: Classius Ferreira da Silva Luciana Yumi Akisawa da Silva Equipe: Camila M. Fascini RA: 78634 Jéssica S. Marques RA: 78567 Juan S. L. C. Fernandez RA: 76205 Mariana S. Lima RA: 77822 Pedro H. Figueiredo RA: 61501 Rafael B. da Silva RA: 78571 Thiago R. Miranda RA: 78572 Diadema - SP Abril / 2014

Upload: camila-fascini

Post on 29-Sep-2015

345 views

Category:

Documents


71 download

TRANSCRIPT

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    CURVA CARACTERSTICA DE BOMBA CENTRFUGA

    UC: Laboratrio de Operaes Unitrias I

    Professor: Classius Ferreira da Silva

    Luciana Yumi Akisawa da Silva

    Equipe: Camila M. Fascini RA: 78634

    Jssica S. Marques RA: 78567

    Juan S. L. C. Fernandez RA: 76205

    Mariana S. Lima RA: 77822

    Pedro H. Figueiredo RA: 61501

    Rafael B. da Silva RA: 78571

    Thiago R. Miranda RA: 78572

    Diadema - SP

    Abril / 2014

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    Termo de Honestidade e Autenticidade

    Os autores deste relatrio atestam que no houve plgio, fraude e/ou falta de ho-

    nestidade na confeco deste documento. Os autores confirmam que o contedo deste

    relatrio (incluindo texto, dados, figuras, tabelas e entre outros) foi resultado de observa-

    es do prprio grupo de autores, excludas as citaes devidamente referenciadas. Os

    autores tambm atestam que no foram utilizados relatrios de outros grupos como refe-

    rncia na preparao deste relatrio.

    ENSAIO: Curva caracterstica de bomba centrfuga

    DATA: 17/04/2014

    AUTORES: (assinatura)

    __________________________________________________

    Camila Mariano Fascini

    __________________________________________________

    Jssica Silva Marques

    __________________________________________________

    Juan Samuel Lopez da Costa Fernandez

    __________________________________________________

    Mariana Silva Lima

    __________________________________________________

    Pedro Henrique Figueiredo

    __________________________________________________

    Rafael Belo da Silva

    __________________________________________________

    Thiago Ribeiro Miranda

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    1 Objetivo .................................................................................................................... 1

    2 Reviso Bibliogrfica .............................................................................................. 2

    2.1 Definio de bomba ........................................................................................... 2

    2.1.1 Bombas de Deslocamento Positivo ............................................................ 2

    2.1.2 Turbobombas .............................................................................................. 4

    2.1.2.1 Bombas Centrfugas ............................................................................ 5

    2.2 Perda de Carga ................................................................................................... 7

    2.3 Clculo da Altura Manomtrica (H) .................................................................. 7

    2.4 Curvas caractersticas de bombas ...................................................................... 9

    2.4.1 Curva caracterstica das bombas de deslocamento positivo ..................... 10

    2.4.2 Curva caracterstica das turbobombas ...................................................... 10

    2.5 Anlise do Desempenho da Bomba e Ponto de Operao ............................... 12

    2.6 Cavitao ......................................................................................................... 13

    2.7 A Carga de Suco Positiva Lquida (NPSH) ................................................. 14

    3 Materiais e Mtodos .............................................................................................. 16

    3.1 Materiais .......................................................................................................... 16

    3.2 Mtodos ........................................................................................................... 18

    4 Resultados e Discusses ........................................................................................ 20

    5 Concluses e Sugestes.......................................................................................... 29

    6 Referncias Bibliogrficas .................................................................................... 31

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    Lista de Figuras

    Figura 1. Exemplo de bomba alternativa .......................................................................... 3

    Figura 2. Exemplo de bomba rotativa .............................................................................. 4

    Figura 3. Tipos de rotores ................................................................................................. 5

    Figura 4. Esquema de uma bomba centrfuga .................................................................. 5

    Figura 5. Bomba centrfuga .............................................................................................. 6

    Figura 6. Sistema com reservatrios para o clculo da altura manomtrica .................... 7

    Figura 7. Curva caracterstica das bombas de deslocamento positivo ........................... 10

    Figura 8. Curvas caractersticas das turbobombas.......................................................... 11

    Figura 9. Exemplo de curva caracterstica de uma bomba ............................................. 12

    Figura 10. Curva da perda de carga total do sistema (em preto) e a curva caracterstica

    da bomba (em rosa) ........................................................................................................ 13

    Figura 11. Exemplo de corroso causado pela cavitao ............................................... 14

    Figura 12. Comportamento grfico dos NSPHs numa curva de H em funo de Q ..... 15

    Figura 13. Vista frontal da bancada ................................................................................ 16

    Figura 14. Manmetro e vacumetro em detalhe ........................................................... 17

    Figura 15. Bomba centrfuga em detalhe........................................................................ 17

    Figura 16. Curva caracterstica da bomba ...................................................................... 22

    Figura 17. Curva caracterstica da bomba ...................................................................... 23

    Figura 18. Diferena entre as alturas manomtricas terica e experimental em funo da

    vazo. .............................................................................................................................. 24

    Figura 19. Comparao entre a altura manomtrica terica e experimental .................. 25

    Figura 20. Eficincia da bomba em funo da vazo ..................................................... 27

    Figura 21. Progresso da cavitao .................................................................................. 28

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    Lista de tabelas

    Tabela 1. Propriedades da gua ...................................................................................... 20

    Tabela 2. Especificaes da bomba ................................................................................ 20

    Tabela 3. Presses a diferentes vazes ........................................................................... 20

    Tabela 4. Altura e carga manomtrica para diferentes vazes ....................................... 21

    Tabela 5. Presses a diferentes vazes ........................................................................... 22

    Tabela 6. Eficincia da bomba ....................................................................................... 26

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    Resumo

    Os mecanismos que regem o transporte de fluidos so de extrema importncia

    para indstrias qumicas e plantas de processamento pois esto intimamente relacionados

    com os custos que envolvem o projeto e manuteno dessas. Alm da importncia indus-

    trial, eles tambm possuem grande importncia na vida cotidiana como, por exemplo, nas

    instalaes de abastecimento de gua em casas e prdios. Para a gua ser transportada,

    necessria uma tubulao ligando o reservatrio ou sistema de abastecimento s residn-

    cias, alm de equipamentos que venam os movimentos contrrios que possam impedir a

    movimentao do fluido. Para tal, podem-se utilizar bombas, capazes de fornecer energia

    ao fluido, aumentando a sua presso. O tipo de fluido e a perda de carga total do sistema

    estudado so fatores influenciam a escolha do tipo adequado de bomba. Para casos mais

    simples, que no exigem bombas de grande potncia, utilizam-se as bombas centrfugas,

    que so um tipo de bomba onde a transferncia de energia efetuada por um ou mais

    rotores que giram dentro do corpo da bomba, gerando a movimentao do fluido. O ob-

    jetivo do experimento foi determinar a curva caracterstica de uma bomba centrfuga a

    partir da diferena de presso existente nos pontos de suco e recalque da bomba, avali-

    ando assim o funcionamento de uma bomba. Assim, foram colocados dois manmetros,

    um em cada ponto, e, variando a vazo do sistema, anotaram-se os dois valores de presso

    existentes. Aps os clculos das alturas manomtricas, comparou-se o grfico obtido com

    o fornecido pela fabricante da bomba, e percebeu-se que, apesar de as duas curvas apre-

    sentarem o mesmo padro, os dados no foram coincidentes, tendo um ajuste de 71,52%

    dos dados. Tambm fez um grfico que mostrou que, em vazes mais elevadas, no geral,

    a diferena de altura manomtrica entre os valores tericos e experimentais foi maior.

    Alm disso, fez-se um grfico da eficincia da bomba em cada vazo, que apresentou um

    comportamento ainda crescente, ou seja, sem ter atingido a sua eficincia mxima. Por

    fim, observou-se o fenmeno da cavitao, que consiste na formao de bolhas quando a

    presso da tubulao se torna menor que a presso de vapor do fluido. Pde-se concluir,

    ento, que foi possvel avaliar o comportamento de uma bomba centrfuga apesar das

    limitaes do experimento, como o mal posicionamento dos manmetros e a dificuldade

    de leitura dos valores apresentados devido vibrao da bomba.

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    Introduo

    fato que sistemas de transporte de fluidos so extremamente necessrios para qual-

    quer tipo de indstria qumica. Por exemplo, atravs desses sistemas, reagentes podem

    ser introduzidos em reatores ou retirados. Porm, muito pode acontecer entre a entrada e

    a sada de um sistema de tubulao, de forma a impedir o fluido de ser transportado at o

    seu destino. Isto acontece pois existem foras contrrias ao movimento do fluido, como

    foras viscosas que promovem o atrito do fluido com o sistema. O que est relacionado a

    isso a perda de carga, ou seja, a energia dissipada relacionada perda de presso do

    fluido. (ENGEL e CIMBALA, 2007) (ISENMANN, 2012) (BATISTA, 2011)

    A perda de carga pode ser dada de duas maneiras, distribuda e localizada. A perda

    de carga distribuda a energia dissipada devido ao choque do fluido com a tubulao, j

    a localizada se relaciona geralmente com o choque do fluido com acessrios de tubulao.

    Neste caso, h a necessidade de introduzir algo no sistema de tubulao que ajude o fluido

    a adquirir uma presso suficiente para chegar ao seu destino, isto , introduzir uma bomba.

    (ENGEL e CIMBALA, 2007)

    Bombas so dispositivos capazes de adicionar energia ao fluido de forma a aumentar

    a sua presso de escoamento, transportando o para um estado de maior energia. Tendo

    em vista os diversos tipos de fluidos com diferentes propriedades fsico-qumicas aplica-

    dos na indstria qumica, diferentes tubulaes e acessrios utilizados, tipos de regime

    aplicados e diferentes quantidades de lquido a serem transportadas, foram criados diver-

    sos tipos de bombas, que possuem determinados graus de eficincia Apesar da infinidade

    de classificaes, neste relatrio, sero abordados alguns tipos, como bombas de deslo-

    camento positivo e turbobombas. (ENGEL e CIMBALA, 2007) (GANGHIS)

    (BATISTA, 2011)

    Mais precisamente, na indstria qumica, as bombas so utilizadas em vrios setores,

    como na rea ambiental, bens de produo (utilizao industrial) e consumo (produtos

    alimentcios, farmacuticos e combustveis). Na rea ambiental, possvel citar a utiliza-

    o de bombas de lama bruta ou de cavidades progressivas para o processo de purificao

    de efluentes. Na rea de bens de produo e consumo, podem ser citadas as indstrias de

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    combustveis (bombas de transporte) e indstria txtil (bombas de tintura), alm da utili-

    zao de bombas de submerso na indstria da construo e bombas de climatizao de

    caldeira para a produo de energia. (BATISTA, 2011) (PARASKY, 2011)

    Levando em conta a importncia das bombas para o sucesso de qualquer produo

    industrial alm da importncia de analisar o desempenho de cada modelo, este relatrio

    apresenta a determinao da curva caracterstica de uma bomba centrfuga, feita com da-

    dos experimentais de leitura de diferena de presso para diferentes vazes.

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    1

    1 Objetivo

    O experimento teve como objetivo a determinao da curva caracterstica da

    bomba, bem como entender o seu funcionamento.

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    2

    2 Reviso Bibliogrfica

    Este item aborda alguns conceitos para a compreenso do estudo relacionado

    bomba centrfuga pretendendo-se, assim, justificar a relevncia do experimento proposto

    enquadrando-o na literatura existente.

    Esta reviso bibliogrfica apresenta algumas das principais referncias associadas

    ao estudo dos tpicos necessrios para melhor entendimento do assunto como clculo da

    altura manomtrica, cavitao, curvas caractersticas das bombas e dentre outros. Em sua

    maioria os itens so baseados em (DE MORAES JR., 1988).

    2.1 Definio de bomba

    Bombas so mquinas geratrizes cuja funo deslocar lquidos por escoamento.

    Elas transformam o trabalho mecnico que recebem de um motor em energia hidrulica.

    (DE MORAES JR., 1988).

    A classificao de bombas feita conforme o modo pelo qual realizada a trans-

    formao do trabalho mecnico em energia hidrulica, aumentando a sua presso e a sua

    velocidade. Assim, existem trs classes principais de bombas: as bombas de desloca-

    mento positivo, as turbobombas e as bombas especiais. (DE MORAES JR., 1988).

    2.1.1 Bombas de Deslocamento Positivo

    As bombas de deslocamento positivo impelem uma quantidade definida de fluido

    em cada golpe ou volta do dispositivo. Possuem uma ou mais cmaras, em cujo interior

    o movimento de um rgo propulsor comunica energia de presso ao lquido, provocando

    seu escoamento. A caracterstica principal dessa bomba que uma partcula lquida em

    contato com o rgo que transfere a energia tem a mesma trajetria que a do ponto do

    rgo com a qual est em contato. Podem ser acionadas pela ao do vapor, por meio de

    motores eltricos ou ento, por meio de motores de combusto interna. (DE MORAES

    JR., 1988).

    Existem dois tipos de bombas de deslocamento positivo: as alternativas em que o

    escoamento intermitente e as rotativas em que o escoamento contnuo. Nas alternati-

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    3

    vas, o lquido recebe a ao das foras diretamente de um pisto ou mbolo (pisto alon-

    gado) ou de uma membrana flexvel (diafragma). Podem ser de simples efeito, quando

    apenas uma face do mbolo atua sobre o lquido, ou de duplo efeito, quando as duas faces

    atuam. Subdividem-se tambm em relao quantidade de pistes ou mbolos que pos-

    suem, sendo simplex, quando existe apenas uma cmara com deles; duplex quando so

    dois; triplex quando so trs; ou multiplex quando so quatro ou mais. So usadas no

    bombeamento de gua de alimentao das caldeiras, leos e de lamas e imprimem as

    presses mais elevadas dentre as bombas. Tem como vantagem poder operar com lquidos

    volteis e muito viscosos e so capazes de produzir presses muito altas. Dentre as des-

    vantagens das bombas alternativas esto precisar de mais manuteno e operar com baixa

    velocidade. Uma ilustrao desse tipo de bomba mostrada a seguir na Figura 1.

    (MOREIRA e SOARES)

    Figura 1. Exemplo de bomba alternativa

    Fonte: (MOREIRA e SOARES)

    Por outro lado, as bombas rotativas dependem de um movimento de rotao em

    que o rotor da bomba provoca uma presso reduzida no lado de entrada, o que possibilita

    a admisso do lquido bomba, pelo efeito de presso externa. medida que o elemento

    gira, o lquido fica retido entre os componentes do rotor e a carcaa da bomba. Pode-se

    citar como caractersticas desse tipo de bomba: fornecer vazes quase constantes, alm

    de serem eficientes para lquidos viscosos, graxas, melado e tinta e operarem em faixas

    moderadas de presso. Seu uso comum na indstria farmacutica, de alimentos e de

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    4

    petrleo. (MOREIRA e SOARES) A Figura 2 ilustra uma bomba rotativa, do tipo engre-

    nagem.

    Figura 2. Exemplo de bomba rotativa

    Fonte: (MOREIRA e SOARES)

    2.1.2 Turbobombas

    As turbobombas so caracterizadas por possurem um rgo rotatrio dotado de

    ps, chamado rotor. Essa acelerao, ao contrrio do que se verifica nas bombas de des-

    locamento positivo, no possui a mesma direo e o mesmo sentido do movimento do

    lquido em contato com as ps. A descarga gerada depende das caractersticas da bomba,

    do nmero de rotaes e das caractersticas do sistema de encanamentos ao qual estiver

    ligada. (DE MORAES JR., 1988).

    O rotor pode ter o eixo de rotao horizontal ou vertical, de modo a se adaptar ao

    trabalho a ser executado. Os rotores podem ser do tipo fechados, semi-abertos ou abertos.

    Geralmente, os do tipo fechado so os mais eficientes, os demais so usados para lquidos

    viscosos ou que contenham materiais slidos. A seguir, pode-se observar uma figura que

    ilustra os trs tipos de rotores, sendo a letra (a) o rotor fechado, o (b) o rotor semi-aberto

    e o (c) o rotor aberto.

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    5

    Figura 3. Tipos de rotores

    Fonte: (DE MORAES JR., 1988)

    As turbobombas necessitam de um rgo, o difusor, tambm chamado de recupe-

    rador, onde feita a transformao da maior parte da elevada energia cintica com que o

    lquido sai dor rotor, em energia de presso. Desse modo, ao atingir a boca de sada da

    bomba, o lquido capaz de escoar com velocidade razovel, equilibrando a presso que

    se ope ao seu escoamento. Esta transformao operada de acordo com o teorema de

    Bernoulli, pois o difusor sendo, em geral, de seo gradativamente crescente, realiza uma

    contnua e progressiva diminuio de velocidade do lquido que por ele escoa, com o

    simultneo aumento da presso, de modo que esta tenha valor elevado e a velocidade seja

    reduzida na ligao da bomba ao encanamento de recalque. (DE MORAES JR., 1988).

    2.1.2.1 Bombas Centrfugas

    Essas bombas so as mais empregadas dentro das turbobombas. Nelas, a energia

    fornecida continuamente ao fluido por um rotor, aumentando a sua energia cintica.

    Posteriormente, a energia cintica transformada em energia de presso. A Figura 4 ilus-

    tra esse tipo de bomba.

    Figura 4. Esquema de uma bomba centrfuga

    Fonte: (MOREIRA e SOARES)

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    6

    Essas bombas so muito utilizadas nas indstrias, principalmente na indstria de

    alimentos, devido seu pequeno custo inicial, sua manuteno barata e sua flexibilidade

    de aplicao. Nas bombas centrfugas o lquido entra axialmente e circula rapidamente.

    O impulsor gira rapidamente dentro da carcaa e seu movimento produz uma zona de

    vcuo no centro e outra de alta presso na periferia.

    As bombas centrfugas podem ser classificadas em relao ao seu fluxo em: axial,

    cujo fluido descarregado na periferia axialmente, radial quando o fluido descarregado

    na periferia radialmente ou misto.Essas bombas so vantajosas pelo baixo custo, por per-

    mitir bombear lquidos com slidos, por poder se acoplar diretamente a motores, por pos-

    suir custos menores de manuteno do que as demais bombas e por fim, por sua operao

    silenciosa. (DE MORAES JR., 1988).

    Figura 5. Bomba centrfuga

    Fonte: (MOREIRA e SOARES)

    A escolha do tipo de bomba (centrfuga, rotativa, alternativa) para preencher os

    requisitos operacionais do sistema requer a anlise das caractersticas de funcionamento

    de cada uma dessas mquinas geratrizes. Quando mais de um tipo preencher esses requi-

    sitos um estudo tcnico- econmico se faz necessrio. (DE MORAES JR., 1988).

    A escolha do modelo de uma bomba de deslocamento positivo feita por meio de

    tabelas ou grficos que fornecem, entre outros dados, a presso mxima e a vazo mxima

    alcanada pelo modelo. J, nas turbobombas a escolha feita por meio de catlogos com

    figuras que fornecem as principais caractersticas das bombas. (DE MORAES JR., 1988).

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    7

    2.2 Perda de Carga

    A existncia de bombas est intrinsecamente relacionada perda de carga do sis-

    tema, ou seja, energia dissipada que provoca a perda de presso de escoamento do flu-

    ido, devido presena de foras viscosas contrrias ao sentido do escoamento. A perda

    de carga pode ser dividida em perda de carga distribuda e perda de carga localizada. A

    primeira trata da perda de energia causada quando o fluido atrita com as paredes de uma

    determinada tubulao, cujo material possui determinada rugosidade. J a segunda re-

    sultante do choque entre o fluido e os acessrios de tubulao ou pela mudana de direo

    do escoamento, que causam o aparecimento ou aumento das turbulncias, o que resulta

    em uma dissipao maior de energia. (ENGEL e CIMBALA, 2007)

    A perda de carga tambm pode ser dada como uma altura adicional ao sistema de

    escoamento, chamada de altura manomtrica. Assim, quanto maior a perda de carga,

    maior a altura manomtrica e mais potente a bomba escolhida tem que ser, visto que ela

    precisa manter ou aumentar a presso do fluido. (ENGEL e CIMBALA, 2007)

    2.3 Clculo da Altura Manomtrica (H)

    O balano de energia aplicado para se calcular a altura manomtrica (H), ou seja,

    a energia por unidade de peso que a bomba dever fornecer para deslocar um fluido a uma

    dada velocidade de um reservatrio para o outro, vencendo o desnvel geomtrico e a

    resistncia.

    Figura 6. Sistema com reservatrios para o clculo da altura manomtrica

    Fonte: (DE MORAES JR., 1988)

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    8

    feito o clculo a partir da Equao Geral da Energia entre os pontos (1) e (s)

    da Figura 6:

    1

    +1

    2

    2 + =

    +

    2

    2+ + (1) Equao 1

    Em que:

    1

    =carga de presso (m);

    12

    2=carga cintica (m);

    1 =carga potencial (m);

    =carga da bomba (m);

    =perda de carga (m);

    Os termos e so zerados porque no h bomba entre os pontos (1) e (s) e

    tambm porque o referencial est no .

    Sendo como a altura manomtrica de suco ou a quantidade de energia por

    unidade de peso existente no ponto de suco entre os pontos 1 e (s) da Figura 6tem-se

    que:

    =

    +

    2

    2=

    1

    +1

    2

    2 (1) Equao 2

    Aplicando-se o balano de energia novamente, porm, entre os pontos (d) e (2)

    da Figura 6 surge a Equao 3:

    + +

    2

    2=

    2

    + + +

    22

    2+(2) Equao 3

    Sendo a altura manomtrica de descarga ou a quantidade de energia por peso

    que deve existir no ponto de descarga (d) para que o fluido atinja o reservatrio nas con-

    dies de presso e vazo tem-se que:

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    9

    =

    +

    2

    2+ =

    2

    + + +2

    2

    2+ (2) Equao 4

    Assim a altura manomtrica total do sistema (H) definida como a diferena

    entre a altura manomtrica de descarga Hd e a de suco Hs dada na Equao 5:

    = Equao 5

    Substituindo as Equao 2 e Equao 4 na Equao 5 tem-se que:

    =

    + +

    (2

    2)

    2 Equao 6

    A Equao 6 usada quando a instalao j est executada e dispe-se de um

    manmetro no ponto (d) e um vacumetro no ponto (s) da Figura 6. Para se obter a presso

    absoluta deve-se somar o valor da presso atmosfrica leitura do instrumento, j que

    o manmetro fornece a diferena entre a presso absoluta e a presso atmosfrica. Como

    o vacumetro mede a diferena entre a presso atm e a absoluta deve-se subtrair da pres-

    so atmosfrica o valor da leitura para se obter a presso absoluta . (DE MORAES JR.,

    1988).

    2.4 Curvas caractersticas de bombas

    As curvas caractersticas descrevem as caractersticas operacionais de uma bomba

    por meio de grficos, destacando o seu funcionamento assim como a interdependncia

    entre as diversas grandezas operacionais. As curvas caractersticas so funo do tipo de

    bomba, do tipo de rotor, das dimenses da bomba, da rotao do acionador e da rugosi-

    dade interna da carcaa e do rotor. So obtidas em laboratrio e so fornecidas pelos

    fabricantes, para cada modelo disponvel. Prestam-se delimitao dos tipos de bombas

    a serem selecionadas para cada uso especfico. A curva altura manomtrica H em funo

    da vazo Q a mais importante. (DE MORAES JR., 1988).

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    10

    2.4.1 Curva caracterstica das bombas de deslocamento positivo

    A curva QxH se resume a uma reta paralela ao eixo das alturas ou presses. Na

    prtica, verifica-se uma perda devido aos vazamentos e fugas crescentes com a pres-

    so. Essa curva pode ser vista a seguir, em que a representa a curva terica e b a real. (DE

    MORAES JR., 1988).

    Figura 7. Curva caracterstica das bombas de deslocamento positivo

    Fonte: (DE MORAES JR., 1988)

    A vazo das bombas de deslocamento positivo regulada por meio da variao

    da rotao do eixo motor ou da regulagem do curso do rgo transmissor. Por impelirem

    uma quantidade de fluido bem definida a cada golpe so usadas como bombas dosadoras.

    2.4.2 Curva caracterstica das turbobombas

    Alguns parmetros influenciam na intensidade da energia fornecida ao fluido mo-

    dificando a curva caracterstica das bombas como, por exemplo, a rotao das ps do

    motor, a sua forma e a sua dimenso. Alm disso, as curvas fornecidas pelos fabricantes

    so obtidas em ensaios com gua e ento, na escolha de uma bomba para transportar outro

    fluido devem-se utilizar os grficos de correo. (DE MORAES JR., 1988).

    Em geral, as curvas caractersticas relacionam a capacidade da bomba com sua

    carga, eficincia e potncia consumida. O aumento da presso provocado pela bomba

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    11

    centrfuga expresso em termos da altura vertical do lquido bombeado e a presso ma-

    nomtrica de descarga do fluido independente de sua densidade. Denomina-se curva

    crescente aquela em que a presso aumenta continuamente medida que a capacidade

    diminui. Uma velocidade de rotao mais elevada provoca maior capacidade na mesma

    presso de descarga, e exige maior potncia para impelir o volume aumentado de fluido.

    (FOUST e CLUMP, 1982)

    As curvas caractersticas das turbobombas so classificadas de acordo com a

    forma que assumem ao variar a altura manomtrica com a vazo como podem ser visua-

    lizadas na Figura 8.

    Figura 8. Curvas caractersticas das turbobombas

    Fonte: (DE MORAES JR., 1988)

    Na Figura 8, a letra (a) representa a curva chamada de rising, a (b) ilustra a steep,

    a (c) flat, a (d) representa curvas tpicas de bombas axiais, a (e)droping prpria das cen-

    trfugas com ps para frente e por fim, a curva (f) ilustra a curva tpica de bombas centr-

    fugas de elevada rotao. As figuras representadas pelas letras de (a) at (d) ilustra as

    chamadas curvas estveis, pois a cada altura manomtrica corresponde um s valor de

    vazo e vice-versa. As curvas (e) e (f) so chamadas de instveis, pois para determinada

    altura manomtrica, existem dois ou mais valores de vazo. (DE MORAES JR., 1988).

    A curva da altura til (HxQ) obtida em forma direta. A curva da potncia

    construda indicando-se os valores de Q e H de diversos pontos com o mesmo rendimento,

    estes valores so plotados na curva HxQ, unindo estes pontos se obtm uma curva de

    potncia constante, repetindo vrias vezes este procedimento se obter vrias curvas de

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    12

    potncia constante. A curva de rendimento (xQ) se constri da mesma forma que a curva

    de potncia. (CARROCCI)

    A Figura 9 abaixo representa curvas caractersticas de uma determinada bomba,

    dentre elas esto a curva de potncia HxQ e a curva de rendimento xQ.

    Figura 9. Exemplo de curva caracterstica de uma bomba

    Fonte: (Ensaio de Bombas Hidrulicas)

    2.5 Anlise do Desempenho da Bomba e Ponto de Operao

    Como j visto em 2.4, a curva caracterstica de uma bomba, visualizada na Figura

    10, demonstra a carga fornecida em funo da vazo volumtrica Q. Nela possvel notar

    trs pontos importantes: onde Q mximo, mnimo e o melhor ponto eficincia (BEP).

    possvel notar que no primeiro caso, o valor de H que a bomba pode fornecer nulo, ou

    seja, a bomba no realiza trabalho til no fluido, mesmo que esteja funcionando. Isto

    significa que no existem restries de escoamento na entrada ou na sada da bomba e

    que a vazo volumtrica do fluido, chamada de fornecimento livre, consegue manter a

    presso de escoamento sem a presena da bomba, que, por isso no eficiente.

    J no caso em que Q mnimo, tendendo a zero, tem-se o ponto em que H m-

    ximo, ou seja quando a bomba exerce um trabalho mximo. No entanto, essa condio s

    atingida quando se fechada a sada da bomba, impedindo de acontecer o fluxo. Logo,

    toda a potncia gerada pela bomba no til, o que torna este caso tambm um ponto de

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    13

    ineficincia da bomba. Por fim, tem-se o melhor ponto de eficincia da bomba (BEP),

    onde ela possui seu maior ponto de eficincia, localizado em algum ponto entre os dois

    casos anteriores, em uma determinada vazo.

    Por mais que o BEP seja o ponto de mxima eficincia da bomba, um sistema de

    escoamento no necessariamente considerado mais eficiente em BEP. Para conseguir

    identificar este ponto de maior desempenho do sistema necessrio analisar, alm da

    curva caracterstica da bomba, a variao da perda de carga em funo de Q (desempenho

    do sistema). Tendo em vista que a bomba s opera ao longo da sua curva caracterstica,

    o ponto de operao aquele em que a curva de desempenho do sistema coincide com a

    da bomba, ou seja, o ponto de operao aquele em que a bomba fornece a quantidade

    de energia requerida pelo sistema.

    Figura 10. Curva da perda de carga total do sistema (em preto) e a curva caracterstica

    da bomba (em rosa)

    Adaptado de: (ENGEL e CIMBALA, 2007)

    2.6 Cavitao

    O processo de vaporizao acontece quando a presso na entrada do impelidor

    menor que a presso do vapor do lquido circulante. Assim bolhas de vapor podero apa-

    recer na entrada da bomba e consequentemente, interrompendo a circulao do fluido.

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    14

    Quando essas bolhas atingem regies de maior presso dentre da bomba sofrem um co-

    lapso e retornam fase lquida. Isso gera imploses audveis seguidas de vibraes no

    sistema, alm de diminuir o rendimento da bomba provocando corroso podendo at des-

    truir parte do rotor danificando a tubulao. Esse fenmeno chamado de cavitao e

    pode ser visto na Figura 11. (DE MORAES JR., 1988).

    Figura 11. Exemplo de corroso causado pela cavitao

    Fonte: (MOREIRA e SOARES)

    Existem dois principais tipos de cavitao: a cavitao vaporosa e a cavitao ga-

    sosa. A cavitao vaporosa um processo de ebulio que acontece quando a bolha cresce

    explosivamente, de forma ilimitada, mudando o lquido rapidamente para vapor. Essa

    situao ocorre quando o nvel de presso cai abaixo da presso de vapor do lquido. J a

    cavitao gasosa um processo de difuso que ocorre quando a presso cai abaixo da

    presso de saturao dos gases no condensveis dissolvidos no lquido. Enquanto a ca-

    vitao vaporosa extremamente rpida, ocorrendo em microssegundos, a cavitao ga-

    sosa muito mais lenta, e o tempo que demora depende do grau de conveco (circulao

    de fluidos) presentes. (MOREIRA e SOARES)

    2.7 A Carga de Suco Positiva Lquida (NPSH)

    Para que a cavitao no ocorra, necessrio controlar a presso no interior da

    bomba, de forma que ela seja sempre maior que a presso de vapor do lquido em questo.

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    15

    Como a presso interna medida mais facilmente na entrada da bomba, foi possvel es-

    tabelecer um parmetro de escoamento nela chamado de Carga de Suco Positiva L-

    quida ou NPSH. O NPSH dado pela diferena entre a presso de estagnao da entrada

    da bomba e a carga de presso do vapor, visto na Equao 7. (ENGEL e CIMBALA,

    2007)

    = (

    +

    2

    2)

    Equao 7

    O fabricante da bomba, aps vrios testes executados em diversas presses, deter-

    mina o NPSH n (necessrio), que se trata do NPSH mnimo para que se evite a cavitao.

    Estabelecido esse padro, possvel fazer uma comparao entre o NSPHn e o NSPH

    real. A Figura 12 mostra o comportamento de ambos NSPHs. Como possvel perceber,

    o NSPH real diminui com o aumento da vazo volumtrica, isto devido sua variao

    tambm com a temperatura e tipo do lquido, enquanto que a curva do NSPH necessrio

    aumenta. Para obedecer condio de no-cavitao j apresentada necessrio que o

    NSPH real seja maior que o necessrio, assim possvel estabelecer um Q mximo ou

    limite para que no ocorra a cavitao. O Qmax o ponto em que os NSPHs coincidem,

    visto que aps ele o NSPH necessrio torna-se maior que o necessrio. (ENGEL e

    CIMBALA, 2007)

    Figura 12. Comportamento grfico dos NSPHs numa curva de H em funo de Q

    Adaptado de: (ENGEL e CIMBALA, 2007)

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    16

    3 Materiais e Mtodos

    Neste item, apresentam-se os materiais e equipamentos utilizados alm dos pro-

    cedimentos realizados para elaborao e desenvolvimento do relatrio. Os materiais so

    listados abaixo e os procedimentos detalhados a seguir:

    3.1 Materiais

    Para a realizao do experimento foi utilizada uma bancada ajustada especialmente

    para a medir a vazo no sistema e as presses na entrada e sada de um bomba centrifuga.

    A bancada era constituda de uma bomba centrifuga, um manmetro, um vacumetro,

    tubos flexveis, um reservatrio de 30 L, dois rotmetros, uma seco transparente antes

    da bomba, vlvulas para ajustar a vazo e desvios na tubulao A Figura 13 apresenta

    uma vista frontal geral da bancada com uma vista de todos os equipamentos, a Figura 14

    apresenta o vacumetro e o manmetro em detalhe, assim como o cotovelo anterior a

    bomba e a curva em te na sada, a Figura 15 apresenta a bomba centrifuga que parafu-

    sada bancada, a legenda dos equipamentos apresentada aps as figuras.

    Figura 13. Vista frontal da bancada

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    17

    Figura 14. Manmetro e vacumetro em detalhe

    Figura 15. Bomba centrfuga em detalhe

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    18

    Legenda dos equipamentos:

    1. Reservatrio de 30L preenchido completamente com gua;

    2. Bomba centrifuga, (a) parte mecnica da bomba, onde se encontram a h-

    lice e o rotor; (b) motor eltrico da bomba;

    3. Vacumetro;

    4. Manmetro;

    5. Rotmetros de capacidades: (a) 100 650 L/h, (b) 1000 3500 L/h;

    6. Vlvulas que controlam a vazo: (a) no rotmetro 5a, (b) no rotmetro 5b,

    (c) na seco transparente da tubulao;

    7. Cotovelo acoplado diretamente a entrada da bomba (2);

    8. Curva em t acoplada diretamente a sada da bomba (2).

    9. Seco de tubulao transparente;

    3.2 Mtodos

    Os procedimentos apresentados neste item so lineares e consecutivos, as repeti-

    es so apresentadas ao longo dos tpicos numerados e so consideradas como um t-

    pico independente para manter a linearidade do procedimento:

    1. Verificou-se o nvel do reservatrio;

    2. A vlvula 6c foi aberta completamente;

    3. A bomba centrifuga (2) foi ligada;

    4. O registro 6a foi aberto ajustando-se a vazo em 100 L/h;

    5. As presses no vacumetro (3) e no manmetro (4) foram anotadas;

    6. Os passos 4 e 5 foram repetidos, para as vazes de: 200, 300, 400, 500 e

    650 L/h;

    7. O registro 6a foi completamente fechado;

    8. O registro 6b foi aberto ajustando-se a vazo em 1000 L/h;

    9. As presses no vacumetro (3) e no manmetro (4) foram anotadas;

    10. Os passos 8 e 9 foram repetidos para as vazes de: 1000, 1500, 2000, 2500,

    3000 e 3500 L/h;

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    19

    11. Com o registro 6b ainda aberto, ajustou-se o registro 6c para o fenmeno de

    cavitao ocorrer;

    12. Aps verificar-se o fenmeno de cavitao, o registro 6c foi aberto comple-

    tamente;

    13. A bomba foi desligada e todos os registros foram fechados.

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    20

    4 Resultados e Discusses

    Com o intuito de se estudar as caractersticas operacionais de uma bomba centr-

    fuga, fez-se as medies das presses nos pontos de suco e de descarga da bomba,

    mostradas na Tabela 3, para a obteno de sua curva caracterstica, podendo assim avaliar

    o ponto timo para a operao da bomba.

    Na Tabela 1 so apresentadas as condies em que o experimento foi realizado,

    assim como as propriedades da gua e, na Tabela 2, encontram-se as especificaes da

    bomba utilizada.

    Tabela 1. Propriedades da gua

    Temperatura (C) (kg/m) (Pa.s)

    24 997,2 9,13E-04

    Tabela 2. Especificaes da bomba

    Velocidade de rotao (s-1) Dimetro do rotor (m)

    182,21 0,11

    Na Tabela 3 encontram-se as presses medidas nos manmetros localizados na

    entrada e sada da bomba para diferentes vazes.

    Tabela 3. Presses a diferentes vazes

    Vazo (m/h) Pmanmetro (Pa) Pvacumetro (Pa)

    0,1 2,413E+05 0,000E+00

    0,2 2,275E+05 0,000E+00

    0,3 2,241E+05 0,000E+00

    0,4 2,206E+05 0,000E+00

    0,5 2,172E+05 0,000E+00

    0,65 2,103E+05 0,000E+00

    1 2,068E+05 5,080E+03

    1,5 1,931E+05 8,466E+03

    2 1,724E+05 1,524E+04

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    21

    Tabela 3. Presses a diferentes vazes

    Vazo (m/h) Pmanmetro (Pa) Pvacumetro (Pa)

    2,5 1,517E+05 2,540E+04

    3 1,379E+05 4,064E+04

    3,5 1,138E+05 5,418E+04

    As presses apresentadas na Tabela 3 j foram convertidas para o SI, uma vez que

    cada manmetro possui uma graduao em diferentes unidades de medida, sendo o ma-

    nmetro em psi e o vacumetro em inHg. Com isso, utilizando-se a Equao 1 foi calcu-

    lada a carga manomtrica (P) para cada uma das vazes, disponveis na Tabela 4:

    Tabela 4. Altura e carga manomtrica para diferen-

    tes vazes

    Vazo (m/h) P (Pa) H (m.c.a.)

    0,1 2,413E+05 24,68

    0,2 2,275E+05 23,27

    0,3 2,241E+05 22,91

    0,4 2,206E+05 22,56

    0,5 2,172E+05 22,21

    0,65 2,103E+05 21,50

    1 2,119E+05 21,67

    1,5 2,015E+05 20,61

    2 1,876E+05 19,18

    2,5 1,771E+05 18,11

    3 1,785E+05 18,26

    3,5 1,679E+05 17,17

    Plotou-se, ento, a curva caracterstica da bomba, apresentada na Figura 16, que

    mostra o comportamento da altura manomtrica em funo da vazo. Para efeitos com-

    parativos, este grfico contm a curva caracterstica da bomba fornecida pelo fabricante.

    (DANCOR)

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    22

    Figura 16. Curva caracterstica da bomba

    Como pode-se observar, os dados obtidos experimentalmente no coincidem com

    os dados fornecidos pelo fabricante da bomba, mas as curvas apresentam formatos seme-

    lhantes. Isso se deve s condies em que o experimento foi realizado, as quais sero

    discutidas posteriormente. A bomba utilizada no experimento era uma centrfuga, do tipo

    rising. Para esse tipo de bomba, quanto menor a vazo, maior a altura manomtrica, o que

    foi comprovado experimentalmente.

    Tambm pode-se gerar um grfico de curva caracterstica utilizando o teorema de

    Buckingham, apresentado pela Figura 17, utilizando a Tabela 2 e a Tabela 5:

    Tabela 5. Presses a diferentes vazes

    P (Pa) Vazo (m/s)

    2,413E+05 2,778E-05 6,007E+02 1,145E-04

    2,275E+05 5,556E-05 5,664E+02 2,291E-04

    2,241E+05 8,333E-05 5,578E+02 3,436E-04

    2,206E+05 1,111E-04 5,492E+02 4,581E-04

    2,172E+05 1,389E-04 5,406E+02 5,727E-04

    17

    18

    19

    20

    21

    22

    23

    24

    25

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

    ALt

    ura

    man

    om

    tri

    ca (

    m)

    Vazo (m/h)

    Terico Experimental

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    23

    Tabela 5. Presses a diferentes vazes

    P (Pa) Vazo (m/s)

    2,103E+05 1,806E-04 5,235E+02 7,445E-04

    2,119E+05 2,778E-04 5,275E+02 1,145E-03

    2,015E+05 4,167E-04 5,016E+02 1,718E-03

    1,876E+05 5,556E-04 4,670E+02 2,291E-03

    1,771E+05 6,944E-04 4,408E+02 2,863E-03

    1,785E+05 8,333E-04 4,444E+02 3,436E-03

    1,679E+05 9,722E-04 4,180E+02 4,009E-03

    Figura 17. Curva caracterstica da bomba

    A partir do grfico, percebe-se que existe uma relao linear entre a diferena de

    presso e a vazo, quando a velocidade de rotao e o dimetro do rotor so constantes.

    Assim, modificando-se algum desses fatores, obtm-se novas curvas caractersticas. Por

    exemplo, quanto maior o dimetro do rotor, maior ser a altura manomtrica. Ou, ento,

    quanto menor a velocidade de rotao, menor a altura manomtrica.

    y = -41115x + 572,87R = 0,941

    3,500E+02

    4,000E+02

    4,500E+02

    5,000E+02

    5,500E+02

    6,000E+02

    6,500E+02

    0,00E+00 5,00E-04 1,00E-03 1,50E-03 2,00E-03 2,50E-03 3,00E-03 3,50E-03 4,00E-03 4,50E-03

    P

    /(N

    D)

    Q/(ND)

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    24

    Para uma melhor visualizao da diferena dos valores da altura manomtrica te-

    rica e da experimental, plotou-se o grfico apresentado pela Figura 18:

    Figura 18. Diferena entre as alturas manomtricas terica e experimental em funo da

    vazo.

    A partir do grfico apresentado na Figura 18, percebe-se que a diferena entre as

    alturas manomtricas maior para vazes mais altas, com exceo da vazo no primeiro

    ponto calculado. Isso pode ser justificado pelo fato de que, ao aumentar a vazo do sis-

    tema, a vibrao da bomba aumenta, dificultando a leitura dos manmetros.

    Outra forma de se analisar o erro obtido a partir do grfico apresentado pela

    Figura 19:

    0,00

    0,20

    0,40

    0,60

    0,80

    1,00

    1,20

    1,40

    1,60

    1,80

    2,00

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

    H

    (m

    )

    Vazo (m/h)

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    25

    Figura 19. Comparao entre a altura manomtrica terica e experimental

    Pelo grfico apresentado, tem-se que o coeficiente de determinao da reta R no

    apresenta um valor perto de 1, ou seja, os dados experimentais no foram bem ajustados

    pela funo obtida, estando bem longe do modelo de reta ideal y = x.

    A partir do que foi observado, percebe-se que o experimento apresentou diversas

    falhas. Entre elas, a montagem do sistema para a realizao do procedimento foi feita de

    maneira errnea. Analisando a Figura 14, dois fatores que prejudicam o resultado final

    do experimento foram observados:

    O vacumetro, posicionado na suco da bomba, encontra-se antes de um co-

    tovelo de 90. Por apresentar uma perda de carga localizada, o cotovelo dis-

    posto depois do manmetro aumenta a perda de carga do sistema, o que influ-

    encia na medio da altura manomtrica da bomba.

    O manmetro, posicionado no recalque da bomba, foi colocado em um t de

    maneira a fornecer uma maior perda de carga localizada, uma vez que a perda

    maior quando se fora o fluido a virar 90.

    y = 1,0259xR = 0,7152

    18

    19

    20

    21

    22

    23

    24

    25

    17,00 18,00 19,00 20,00 21,00 22,00 23,00 24,00 25,00

    Hte

    ri

    ca(m

    )

    Hexperimental (m)

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    26

    Alm disso, o experimento apresentou algumas limitaes, que tambm influen-

    ciaram no resultado final:

    Uma das vlvulas no pde ser aberta completamente por se chocar com a

    tubulao de um dos rotmetros, impossibilitando a obteno de mais dados

    para comparao e, consequentemente, maximizando o erro obtido.

    A bomba, ao ser ligada, causou uma grande vibrao no sistema, o que fez

    com que o erro obtido na leitura dos manmetros fosse maior, uma vez que,

    alm de se contar com possveis erros causados pelo observador, contou-se

    tambm com a instabilidade dos ponteiros, sendo necessrio estimar um valor

    mdio para a presso mostrada.

    Pode-se comentar tambm sobre o erro ocasionado ao se fazer a converso do

    valor da presso encontrado, causando uma oscilao maior nos valores obtidos para as

    vazes mais baixas. Mesmo obtendo um erro no muito acentuado para as graduaes

    utilizadas nos manmetros, esse erro foi amplificado ao se converter para Pascal j que

    uma pequena variao de 1psi corresponde a 6894,76Pa.

    Como visto na seo 2.5, o ponto de operao da bomba ocorre quando as curvas

    caractersticas da bomba e da tubulao se encontram, ou seja, quando no h uma perda

    de energia desperdiada pelo sistema como um todo. Para estima-lo, pode-se construir o

    grfico da curva caracterstica da tubulao e sobrepor as duas curvas. Contudo, sem to-

    dos os dados suficientes para a confeco do grfico, pode-se fazer um grfico, represen-

    tado pela Figura 20, em que se compara a eficincia da bomba em funo da vazo, bem

    como com a eficincia fornecida pelo fabricante:

    Tabela 6. Eficincia da bomba

    Vazo (m/h) H (m) Potncia (CV) Eficincia (%)

    0,1 24,67 0,009 1,82

    0,2 23,26 0,017 3,44

    0,3 22,91 0,025 5,08

    0,4 22,55 0,033 6,67

    0,5 22,20 0,041 8,21

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    27

    Tabela 6. Eficincia da bomba

    Vazo (m/h) H (m) Potncia (CV) Eficincia (%)

    0,65 21,50 0,052 10,33

    1 21,66 0,080 16,02

    1,5 20,60 0,114 22,85

    2 19,18 0,142 28,36

    2,5 18,10 0,167 33,46

    3 18,25 0,202 40,48

    3,5 17,17 0,222 44,43

    Figura 20. Eficincia da bomba em funo da vazo

    A partir do grfico, v-se que a curva de eficincia cresce conforme o aumento da

    vazo apresentando uma tendncia a um mximo e depois voltar a cair. Isso se deve pelo

    fato de que, medida que a perda de carga aumenta, a altura manomtrica diminui, com

    isso o ponto mais eficiente tende a ser quando o ponto em que essas duas curvas se cru-

    zam. Quanto mais distante desse ponto, menor ser a eficincia, fazendo a ressalva de que

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    30

    35

    40

    45

    50

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

    Efic

    in

    cia

    (%)

    Vazo (m/h)

    Terica Experimental

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    28

    em certos casos isso no pode ser aplicado. Ao se comparar as curvas terica e experi-

    mental, percebe-se que a eficincia obtida experimentalmente bem prxima eficincia

    fornecida.

    Outro ponto abordado durante o experimento foi o fenmeno da cavitao. Ao

    restringir a vazo no sistema pela vlvula 6c (Figura 13), foi possvel verificar a formao

    de bolhas na seco transparente da tubulao, alm de ter sido possvel ouvir o som

    caracterstico da cavitao tal som mais alto do que o barulho emitido pela bomba em

    operao. Verificou-se que, quanto mais tempo a bomba operava em cavitao, mais bo-

    lhas se formavam e comeavam a se agrupar formando bolhas maiores at o ponto em

    que foi possvel observar uma separao da fase gasosa e liquida na seco transparente

    da tubulao. Para no danificar as partes mecnicas da bomba, a cavitao foi causada

    por curtos perodos de tempo. A Figura 21 apresenta a progresso do fenmeno ao longo

    do tempo, em que: (1) o fluxo normal de gua sem cavitao; (2) incio da formao de

    bolhas, (3) juno das bolhas em bolhas maiores, (4) formao de uma seco gasosa na

    tubulao.

    Figura 21. Progresso da cavitao

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    29

    5 Concluses e Sugestes

    Estudar e compreender o funcionamento de bombas de extrema importncia na

    Engenharia Qumica, principalmente, na rea industrial. Isso porque a maioria dos trans-

    portes de massa e fluidos ocorre a partir do bombeamento. Dessa maneira, conhecer as

    caracterstica principais, como a curva caracterstica e a eficincia de uma bomba obje-

    tivos desse experimento , se torna essencial.

    A partir da curva caracterstica da bomba, obtida com os dados experimentais,

    pode-se notar o comportamento de uma bomba centrfuga do tipo rising. Observou-se que

    quanto maior a vazo, menor ser a altura manomtrica. A curva obtida experimental-

    mente no coincidiu com a curva fornecida pelo fabricante. Isso se deu devido a erros na

    execuo do experimento. O primeiro deles que o vacumetro, utilizado para medir a

    presso de suco, estava localizado antes de um cotovelo. Para minimizar o erro, a pres-

    so deveria ser medida imediatamente antes da bomba, sem acessrios. Alm disso, a

    presso de recalque foi medida por um manmetro localizado em um t perpendicular

    tubulao, quando, na verdade, deveria estar disposto horizontalmente, a fim de dimi-

    nuir a perda de carga. Outra limitao encontrada foi que a vlvula no abria completa-

    mente, impedindo a obteno de vazes mais altas. Do mesmo modo, a bomba ligada

    causou uma grande vibrao no sistema, impedindo a visualizao de um valor de presso

    mais preciso. Para melhoria do experimento, um sistema de amortecimento poderia ser

    usado.

    O teorema de Buckingham foi utilizado para a construo de um grfico da dife-

    rena de presso em funo da vazo. Pode-se concluir que o formato dessa curva de-

    pende do dimetro do rotor e da velocidade de rotao.

    Outro fenmeno observado foi a cavitao, que ocorre quando h a formao de

    bolhas na tubulao. Tal fenmeno deve ser evitado, j que, a longo prazo, causa defeitos

    na bomba. Para evitar a cavitao necessrio dimensionar corretamente a potncia da

    bomba junto com as caractersticas da tubulao, evitando atingir uma presso menor que

    a presso de vapor do liquido a ser transportado. Para aumentar a presso na tubulao

    que antecede a bomba necessrio aumentar o nvel do reservatrio, adicionando mais

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    30

    fluido para aumentar a coluna, colocar o reservatrio em um local mais elevado ou pres-

    suriz-lo utilizando algum outro mtodo.

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    31

    6 Referncias Bibliogrficas

    BATISTA, J. P. C. Selos Mecnicos e Suas Aplicaes em Bombeamento de Fluidos

    Industriais. Universidade Federal do Esprito Santo (UFES). Vitria, p. 20. 2011.

    CARROCCI, L. R. Ensaio de Bombas Hidrulicas - Laboratrio de Hidraulica

    Geral. Unesp - Departamento de energia. [S.l.], p. 10.

    ENGEL, Y. A.; CIMBALA, J. M. Mecnica dos Fluidos: Fundamentos e Aplicaes.

    So Paulo: Mc Graw Hill, 2007.

    DANCOR. Bombas centrfugas multiuso - Linha Pratika CP-4C / CP-4R. Dancor.

    Disponivel em: . Acesso em:

    Abril 2014.

    DE MORAES JR., D. Transporte de Lquidos e Gases. Universidade Federal de So

    Carlos. So Carlos, p. 147. 1988.

    ENSAIO de Bombas Hidrulicas. Disponivel em:

    . Acesso em: Abril 2014.

    FOUST, A. S.; CLUMP, C. W. Princpio de Operaes Unitrias. 2. ed. [S.l.]: LTC,

    1982.

    GANGHIS, D. Apostila de Bombas Industriais. Coordenao de Processos Industriais

    - Centro Federal de Educao Tecnolgica- CEFET-BA. [S.l.], p. 28.

    ISENMANN, A. F. Operaes Unitrias na Indstria Qumica. 2. ed. Timteo:

    Edio do Autor, 2012.

    MOREIRA, R. D. F. P. M.; SOARES, J. L. Bombas. Departamento de Engenharia

    Qumica e engenharia de Alimentos- UFSC. Disponivel em:

    . Acesso em: Abril 2014.

    PARASKY, B. Estgio Curricular Obrigatrio: Netzsch do Brasil. Universidade

    Regional de Blumenau-Centro de Cincias Tecnolgicas. Blumenau, p. 31. 2011.

  • UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO PAULO

    DEPARTAMENTO DE CINCIAS EXATAS E DA TERRA

    CAMPUS DIADEMA

    32