Bancada Hidráulica P6100
1
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
Bancada Hidráulica P6100
2
ENSAIOS EXPERIMENTAIS NA BANCADA HIDRÁULICA Encontra-se disponível uma série de equipamentos e acessórios, para a realização de uma
vasta gama de experiências.
Bancada Hidráulica P6100
3
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
Bancada Hidráulica P6100
4
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.
Bancada Hidráulica P6100
5
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
Bancada Hidráulica P6100
6
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.
Bancada Hidráulica P6100
7
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.
Bancada Hidráulica P6100
8
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.
Bancada Hidráulica P6100
9
1.3.9 Watímetro P6109
É utilizado para medir a potência eléctrica de entrada no motor da bomba.
Bancada Hidráulica P6100
10
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.
Bancada Hidráulica P6100
11
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).
Bancada Hidráulica P6100
12
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)
Pág. 1-34
Bancada Hidráulica P6100
13
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)
Bancada Hidráulica P6100
14
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.
Bancada Hidráulica P6100
15
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.