UNIVERSIDADE REGIONAL DE BLUMENAUCENTRO DE CINCIAS tecnolgicasDEPARTAMENTO DE engenharia qumica

CURVA CARACTERSTICA DE BOMBA

BLUMENAU2012

CURVA CARACTERSTICA DE BOMBA

Trabalho apresentado para avaliao na disciplina de Laboratrio de Engenharia Qumica IV do Curso de Engenharia Qumica do Centro de Cincias Tecnolgicas da Universidade Regional de Blumenau.

BLUMENAU2012LISTA DE ilustraes

Figura 1 - Esquemas de bombas de deslocamento positivo10Figura 2 - Esquemas de bombas centrfugas11Figura 3 - Imagem do sistema utilizado para o experimento13Figura 4 - Grfico da vazo real versus vazo apontada no equipamento16 Figura 5 - Grfico da curva da bomba para altura de 40cm no tanque18Figura 6 - Grfico da curva da bomba para altura de 20cm no tanque19

LISTA DE Tabelas

Tabela 1 - Classificao das bombas9Tabela 2 - Dados experimentais da calibrao15Tabela 3 - Clculo das vazes reais15Tabela 4 - Dados de presses na suco e no recalque para 40 cm.17Tabela 5 - Transformao das unidades das presses.17Tabela 6 - Clculo do P e da altura manomtrica (H).17Tabela 7 - Dados de presses na suco e no recalque para 20 cm18Tabela 8 - Transformao das unidades das presses..19Tabela 9 - Clculo do P e da altura manomtrica (H)19

SUMRIO

1INTRODUO82REVISO BIBLIOGRFICA92.1Bombas92.1.1 Bombas de deslocamento positivo102.1.2 Bombas dinmicas112.2 CAVITAO123MATERIAIS E MTODOS133.1EQUIPAMENTOS133.2MATERIAIS133.3PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL133.3.1Calibrao da bomba143.3.2Curva caracterstica de bomba144RESULTADOS E DISCUSSES154.1CALIBRAO DA BOMBA154.2ALTURA MANOMTRICA165CONCLUSES E SUGESTES21REFERNCIAS22APNDICES23APNDICE A MEMORIAL DE CLCULO24ANEXOS26

SIMBOLOGIA E NOMENCLATURA

t = tempo na calibrao da bomba (s)V = volume na calibrao da bomba (L)m = massa mdia na calibrao da bomba (kg) = massa especfica da gua (kg/m)Qreal = vazo real (L/h)P = presso de suco ou recalque (Pa)P = variao da presso (Pa)P1 = presso de suco (Pa)P2 = presso de recalque (Pa)H = altura manomtrica (Pa)g = acelerao da gravidade (m/s)

RESUMO

As bombas centrfugas so mquinas geratrizes muito utilizadas industrialmente, que possuem a finalidade de realizar o deslocamento de um fludo por escoamento, as quais recebem trabalho mecnico e o convertem em energia hidrulica, acrescendo ao lquido energia sobre as formas de presso e cintica. Neste experimento, o objetivo determinar a curva caracterstica da bomba e compar-la com a curva caracterstica fornecida pelo fabricando da bomba. Para atingir esse propsito, primeiramente realizou-se a calibrao da bomba para verificar se a vazo fornecida no rotmetro correspondia com a vazo real. Aps a coleta de dados da variao da presso com a vazo, e tambm com a altura de lquido contida no reservatrio, clculos foram feitos para que fosse possvel a elaborao da curva da bomba. Comparando-se a curva obtida com a do fabricante, verificaram-se semelhanas entre elas sendo isto prontamente esperado.

Palavras-chave: bomba centrfuga, curva caracterstica, presso, vazo.

1. INTRODUO

As bombas so de grande utilizao industrial, pois possuem a funo de escoar fludos de um ponto ao outro da planta industrial, alm de serem utilizadas para dosagens precisas de lquido. importante que elas sejam bem dimensionadas para evitar desperdcios, como elevados custos de adquirio e alto consumo energtico.A bomba com maior emprego nas indstrias a bomba centrfuga, a qual se classifica como uma bomba dinmica. Pode ser utilizada para bombear tanto lquidos puros como tambm contendo slidos em suspenso. Outras caractersticas que a destacam, so a de possuir baixo custo, flexibilidade de operao e manuteno simples e barata. O objetivo deste experimento a determinao da curva caracterstica de uma bomba centrfuga, realizando variaes na perda de carga na suco e em duas alturas distintas de reservatrios. Tambm tem a finalidade do conhecimento de detalhes de instalaes de acessrios em tubulaes e a noo dos fatores que podem ocasionar a cavitao de uma bomba centrfuga.

2. REVISO BIBLIOGRFICA

2.1. BOMBAS

A bomba um equipamento utilizado para atribuir energia ao fluido (lquido ou suspenses) para mant-lo em escoamento.

Bombas so mquinas geratrizes, isto , que recebem trabalho mecnico, geralmente fornecido por uma mquina motriz, e o transformam em energia hidrulica, comunicando ao lquido um acrscimo de energia sob as formas de energia potencial de presso e cintica. (MACINTYRE, 2008)

Resumidamente, elas recebem energia de um motor e cedem parte desta energia ao lquido, que passa a ter sua presso e/ou velocidade elevadas. A relao entre a energia cedida ao fluido e a energia recebida da fonte motora, fornece o rendimento da bomba.A energia necessria para o funcionamento de uma bomba, ou qualquer outro dispositivo usado para movimentar fluidos, muitas vezes corresponde parcela mais importante do consumo de energia do processo. Da a importncia de bombas bem dimensionadas, para a conservao de energia. As bombas superdimensionadas custam mais caro e consomem mais energia que o necessrio durante a operao.Classificam-se conforme tabela abaixo.

TABELA 1. Classificao das bombas.BOMBASDeslocamento positivoRotativasEngrenagens

Lbulos

Parafusos

AlternativasPisto

Diafragma

DinmicasCentrfugas

Fluxo misto

Fluxo axial

As bombas de deslocamento positivo impelem uma quantidade definida de lquido em cada golpe ou volta do dispositivo, enquanto que nas dinmicas, a quantidade de lquido dependente da presso de descarga ou da energia adicionada.

2.1.1. Bombas de deslocamento positivo

Diz-se deslocamento positivo porque essas bombas exercem foras na direo do prprio movimento do lquido. Elas possuem uma ou mais cmaras, em cujo interior o movimento de um rgo propulsor comunica energia de presso ao lquido, provocando o seu escoamento. A vazo funo do volume e da velocidade da bomba.

A caracterstica principal de uma bomba de deslocamento positivo que a mesma exibe uma relao direta entre o movimento dos elementos de bombeamento e a quantidade do lquido bombeado. O volume deslocado teoricamente igual ao volume do elemento de bombeamento. (SANTOS, 1986)

Nas bombas alternativas, o lquido recebe a ao das foras diretamente de um pisto ou de uma membrana flexvel (diafragma), que so acionados por vapor, ar comprimido ou por motores eltricos ou de combusto interna. Elas imprimem ao fluido as presses mais altas, tm capacidade relativamente pequena e sua vazo varia com o tempo.J as bombas rotativas, possuem uma vazo quase que constante e operam todas na base de um mesmo princpio. O rotor da bomba provoca uma presso menor no lado da entrada, o que possibilita a admisso do lquido, que conforme o elemento gira, fica retido entre os componentes do rotor e a carcaa da bomba. Finalmente, depois de uma determinada rotao do rotor, o lquido ejetado pelo lado de descarga. (FOUST, 1982) Podem ser usadas para lquidos de quaisquer viscosidades, desde que no contenham partculas finas ou material abrasivo. Tm capacidade de pequeno a mdio porte e operam em presses moderadas.

Figura 1. Esquemas de bombas de deslocamento positivo.Fonte: http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/Bomb01.html

2.1.2. Bombas dinmicas

Na sua forma mais simples, a bomba dinmica constituda por um rotor que gira no interior de uma carcaa. (FOUST, 1982) O lquido entra no centro do rotor e lanado para a periferia. A energia cintica do lquido aumenta do centro do rotor para a ponta das palhetas.O corao de uma bomba dinmica o seu rotor. (FOUST, 1982) O rotor , em essncia, um disco ou uma pea de formato cnico dotada de ps, que exerce sobre o lquido as foras que o garantem acelerao. Essa acelerao no possui a mesma direo e o mesmo sentido do movimento do lquido em contato com as ps, diferentemente das bombas de deslocamento positivo. O rotor pode ser fechado, caso se trabalhe com lquidos sem substncias em suspenso, ou abertos para lquidos contendo lamas, pastas, areia, esgotos sanitrios, etc.As carcaas das bombas dinmicas podem ser feitas com diversas formas, mas a funo principal a de converter a energia cintica impressa ao fluido pelo rotor em uma carga de presso. (FOUST, 1982) Podem ser do tipo voluta ou difusor e tm o mesmo efeito: oferecem um canal de rea crescente, diminuindo a velocidade do lquido e aumentando a sua presso esttica.As bombas dinmicas operam a velocidade constante e a vazo funo da presso total, do projeto e das condies de suco.A bomba centrfuga a principal bomba dinmica, j que a bomba com mais aplicao na indstria. Recebe esse nome devido ao fato de ser a fora centrfuga a responsvel pela maior parte da energia que o lquido recebe. Corresponde a um modelo simples, de baixo custo inicial, manuteno barata e flexibilidade de operao, permitindo bombear lquidos com slidos em suspenso.

Figura 2. Esquemas de bombas centrfugas.Fonte: http://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/Bomb01.html

2.2. CAVITAO

Se a presso dentro da bomba cai abaixo da presso de vapor do lquido, haver formao de bolhas de vapor nesse local. Por causa do rpido aumento da presso dentro da bomba, as bolhas se fundem em uma dada zona com ausncia de lquido. Este fenmeno chamado de cavitao e pode reduzir a eficincia da bomba causando rudo, vibraes, fratura do rotor, da carcaa, etc. (SANTOS, 1986)

De maneira geral, se a presso dentro da bomba fica abaixo da presso de vapor do lquido, ocorre a vaporizao. As bolhas de vapor vo ento para uma regio de maior presso e a desaparecem. Esse fenmeno de formao e desaparecimento das bolhas de vapor chama-se cavitao.Um dos fatores mais importantes que afetam o funcionamento das bombas centrfugas so as condies de suco. Elevadas alturas de suco, insuficiente afogamento ou baixo NPSH disponvel, podem trazer como consequncia srias redues na sua capacidade e eficincia, causando na maioria das vezes vibraes e cavitao, com consequente prejuzo na parte frontal da p do rotor, corpo e difusor. Toda bomba centrfuga requer na sua suco uma presso suficiente, para garantir um perfeito funcionamento. (APOSTILA: laboratrio de Engenharia Qumica IV)O NPSH (net positive suction head) o saldo positivo de carga de suco. Para evitar cavitao, o NPSH disponvel deve ser maior que o NPSH requerido. O NPSH requerido fornecido pelo fabricante e funo das caractersticas do projeto da bomba, como rotao, vazo, dimetro do rotor, etc. O NPSH disponvel funo da instalao e deve ser calculado, conforme equao que segue.

Onde:h = altura esttica de suco (o sinal tomado como positivo se o nvel de suco est acima do eixo central da bomba, caso contrrio, negativo);Ho = presso manomtrica local;Hv = presso de vapor do lquido na temp. de operao;hs = perda de carga total na linha de suco.

3. MATERIAIS E MTODOS

3.1. EQUIPAMENTOS

Tanque de 50 litrosVlvulasRotmetroManmetroBomba

3.2. MATERIAIS

Balana CronmetroBalde graduadogua

3.3. PROCEDIMENTO EXPERIMENTALPara a realizao do experimento utiliza-se um sistema onde a suco e a descarga da bomba esto ligadas ao tanque de 50 litros, fazendo com que o lquido circule pela bomba e retorne para ao tanque.

Figura 3. Imagem do sistema utilizado para o experimento.

3.3.1. Calibrao da bomba.

Para a calibrao da bomba utilizou-se um balde, uma balana e um cronmetro. Primeiramente foram abertas as vlvulas de suco e recalque, ligou-se ento a bomba, e iniciou-se a circulao da gua que estava no tanque. Ajustou-se a vazo da bomba no rotmetro para 1600 l/h e coletou-se em um balde a massa de gua que saia no recalque durante 30 segundos. Em seguida foi determinada a massa de gua que foi recolhida com o auxlio de uma balana e a gua foi devolvida ao reservatrio. Este mesmo procedimento foi realizado tambm para as vazes de 1400 l/h, 1200 l/h, 1000 l/h e 800 l/h.

3.3.2. Curva caracterstica de bomba

O reservatrio foi abastecido at que o nvel de gua dentro dele atingi-se 20 centmetros de altura. Abriu-se completamente a vlvula de suco e ligou-se a bomba, regulando o rotmetro para a vazo de 1800l/h, sendo esta a maior vazo possvel. Foram ento feitas leituras das presses na suco e no recalque da bomba utilizando-se manmetros. Este procedimento foi realizado igualmente para as vazes de 1600 l/h, 1400 l/h, 1200 l/h, 1000 l/h, 800 l/h, 600 l/h, 400 l/h e 200 l/h.Acrescentou-se mais gua ao reservatrio de modo a atingir o nvel de 40 centmetros e realizou-se novamente o procedimento descrito acima.

4. RESULTADOS E DISCUSSES

4.1 CALIBRAO DA BOMBA

Tabela 2. Dados experimentais da calibrao

Q (L/h)Tempo (h)Massa (kg)

16000,005555569,64

16009,66

16009,66

14008,47

14008,32

14008,43

12006,76

12006,85

12006,63

10005,6

10005,56

10005,52

8004,79

8004,79

8004,79

Tabela 3. Clculo das vazes reaisMdia (kg)Volume (L)Q real (L/h)

9,6533333339,6533333331737,6

8,4066666678,4066666671513,2

6,7466666676,7466666671214,4

5,565,561000,8

4,794,79862,2

Figura 4. Grfico da vazo real versus vazo apontada no equipamento

A partir dos dados obtidos experimentalmente e registrados nas tabelas 1, encontrou-se a vazo real da bomba e traou-se um grfico da vazo apontada no equipamento (eixo X) em relao a vazo real (eixo Y). A partir do grfico, determinou-se uma linha de tendncia, obtendo-se a equao de uma reta uma vez que a tendncia foi linear. Comparando-se os valores das vazes, percebeu-se que a vazo real apresentou alguns valores consideravelmente acima do esperado.

4.2 ALTURA MANOMTRICA

Num primeiro momento, foram anotados os dados de presses na suco e no recalque para altura de lquido no tanque igual a 40 cm conforme seguem abaixo na tabela 4 e as presses foram transformadas para unidades condizentes ao SI (tabela 5) para o clculo posterior da altura manomtrica (tabela 6).

Tabela 4. Dados de presses na suco e no recalque para 40 cm.Q (L/h)Q real (L/h)P suco (cmHg)P recalque (kgf/cm)

200134,042,42,47

400360,362,52,1

600586,682,81,8

80081331,53

10001039,323,31,23

12001265,643,70,95

14001491,964,20,65

16001718,284,80,4

18001944,65,50,1

Tabela 5. Transformao das unidades das presses.Q (L/h)Q real (L/h)P suco (mCA)P recalque (mCA)

200134,043199,7376242224,255

400360,363333,06205939,65

600586,683733,0272176519,7

8008133999,672150041,745

10001039,324399,6392120621,795

12001265,644932,928893163,175

14001491,965599,540863743,225

16001718,286399,475239226,6

18001944,67332,7329806,65

Tabela 6. Clculo do P e da altura manomtrica (H).Q (L/h)Q real (L/h)PH

200134,0424542424,99684

400360,36209272,721,31477

600586,68180252,718,35904

800813154041,415,68937

10001039,32125021,412,73364

12001265,6498096,19,991251

14001491,9669342,777,062676

16001718,2845626,084,647092

18001944,617139,381,745675

Figura 5. Grfico da curva da bomba para altura de 40cm no tanque.

Em seguida, os dados de presses para altura de lquido no tanque igual a 20cm foram anotados e efetuou-se os mesmos clculos que os anteriores.

Tabela 7. Dados de presses na suco e no recalque para 20 cm.Q (L/h)Q real (L/h)P suco (cmHg)P recalque (kgf/cm)

200134,043,62,47

400360,363,72,1

600586,683,91,8

8008134,31,5

10001039,324,51,2

12001265,6450,9

14001491,965,50,67

16001718,2860,4

18001944,66,70,07

Tabela 8. Transformao das unidades das presses.Q (L/h)Q real (L/h)P suco (mCA)P recalque (mCA)

200134,044799,6064242224,255

400360,364932,9288205939,65

600586,685199,5736176519,7

8008135732,8632147099,75

10001039,325999,508117679,8

12001265,646666,1288259,85

14001491,967332,73265704,555

16001718,287999,34439226,6

18001944,68932,60086864,655

Tabela 9. Clculo do P e da altura manomtrica (H).Q (L/h)Q real (L/h)PH

200134,04247023,8625,15979114

400360,36210872,5821,47772288

600586,68181719,2718,50841026

800813152832,6115,56625585

10001039,32123679,3112,59694323

12001265,6494925,979,668367929

14001491,9673037,2877,438969159

16001718,2847225,9444,810040944

18001944,615797,2561,608976778

Figura 6. Grfico da curva da bomba para altura de 20cm no tanque.Analisando os dados de presses anotados, observa-se que a presso de suco apresentou um aumento gradual com o aumento da vazo enquanto que a presso de recalque diminuiu com o mesmo aumento da vazo para ambos os casos (para altura de lquido no tanque igual a 40 e 20 cm).Como citado anteriormente, os valores das vazes reais divergiram dos valores mostrados pelo equipamento e, portanto, os grficos da curva da bomba para as duas alturas foram traados com as duas vazes. Observando esses grficos, nota-se que a vazo apontada no equipamento resultou em uma reta decrescente de inclinao maior que a reta da vazo real. Todavia, quando comparados com o grfico da curva da bomba fornecido pelo fabricante (catlogo em anexo), as retas demonstraram o comportamento esperado.

5. CONCLUSES E SUGESTES

Os experimentos de calibrao da bomba e determinao da altura manomtrica foram simples de serem executados e no apresentaram problemas. A calibrao da bomba se procedeu da mesma maneira que a calibrao de outros equipamentos realizados em outros experimentos: com o auxlio de um balde e um cronmetro. J a altura manomtrica, foi determinada a partir das informaes de presses de suco e recalque com a variao da vazo.Atravs desta prtica, determinou-se a curva caracterstica da bomba para duas alturas de lquido no tanque distintas variando-se a vazo no recalque. Pode-se conhecer tambm, alguns detalhes dos acessrios instalados na tubulao e os fatores que podem ocasionar a cavitao de uma bomba, bem como visualiza-la na prtica.Enfim, quando comparada a curva da bomba obtida experimentalmente com a fornecida pelo fabricante, percebeu-se claramente que a mesma ficou dentro do esperado apesar das vazes reais terem sido maiores que as demonstradas no equipamento.

REFERNCIAS

APOSTILA: laboratrio de Engenharia Qumica IV.

FOUST, Alan S. Princpios das operaes unitrias. 2 ed. Rio de Janeiro: Guanabara Dois, 1982.

MACINTYRE, Archibald Joseph. Equipamentos industriais e de processo. Rio de Janeiro: LTC, 2008.

SANTOS, Valdemir Alexandre dos. Noes fundamentais de bombas e compressores. Recife: FASA, 1986.

APNDICES

APNDICE A MEMORIAL DE CLCULO.

Transformao do tempo de segundos para hora:

Transformao da massa em volume (L) na tabela 2 para clculo da vazo:

Exemplo:

Para clculo da vazo real, tem-se:

Exemplo:

No grfico da curva de calibrao da bomba, tem-se que:

Transformao da presso em cmHg para Pa:

Exemplo:

Transformao da presso em kgf/cm para Pa:

Exemplo:

Para clculo do P:

Exemplo:

Para clculo da altura manomtrica:

Exemplo: