UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHOCENTRO DE CINCIAS EXATAS E TECNOLOGIACURSO: ENGENHARIA QUMICA

Curva Caracterstica de Bombas

Allen Greyson Gomes MendesBismarque Pires Nunes JniorMrio Ramos Silva de ArajoThamires Thaise Silva dos Santos

So Lus - MAAbril - 2014Allen Greyson Gomes MendesBismarque Pires Nunes JniorMrio Ramos Silva de ArajoThamires Thaise Silva dos Santos

Curva Caracterstica de Bombas

Relatrio de aula prtica apresentado para a obteno de parte da primeira nota da disciplina de laboratrio de engenharia qumica I, do curso de engenharia qumica da Universidade Federal do Maranho, ministrada pelo Prof. Dr. Wendell Ferreira de La Salles.

So Lus - MAAbril - 2014RESUMO

O objetivo do presente trabalho foi estudar o comportamento de uma bomba centrfuga operando em reciclo total com um tanque, como varia a altura manomtrica em funo da vazo do escoamento de maneira grfica, observar e compreender o fenmeno da cavitao neste processo, bem como construir a curva caracterstica desta bomba e compar-la com aquela fornecida pelo fabricante e, em comparao com um exemplo prtico, encontrar o ponto timo de operao, visto que este obtido pela interseco da curva caracterstica da bomba com a curva caracterstica do sistema. O fluido utilizado foi gua, temperatura ambiente. Os dados das presses de suco e de descarga foram coletados no Laboratrio de Processos, da Universidade Federal do Maranho, Campus Bacanga, para 12 (doze) distintos valores de vazo, incluindo para uma vazo nula. Os dados foram tratados e apresentados em tabelas e grficos. Como se esperava, observou-se um comportamento no linear e inversamente proporcional para a altura manomtrica frente a vazo. Quando comparada curva do fabricante, observa-se o mesmo comportamento, no entanto, h algumas diferenas de valores entre elas.

Palavras-chave: bombas, curva caracterstica, ponto timo.

SUMRIO

1. Introduo .......................................................................................... 05

2. Material e Mtodos .......................................................................... 062.1 Descrio do Sistema Experimental2.2 Procedimento Experimental

3. Resultados e Discusso .................................................................. 073.1 Cavitao3.2 Curva caracterstica da bomba3.3 Clculo do ponto timo

4. Concluso ....................................................................................... 12

Anexos ................................................................................................ 13

Referncias ......................................................................................... 15

1. INTRODUO

Bombas so mquinas geratrizes cuja finalidade realizar o deslocamento de um lquido por escoamento. Sendo uma mquina geratriz, ela transforma o trabalho mecnico que recebe para seu funcionamento, em energia, que comunicada ao lquido sob as formas de energia de presso e cintica. [1]As bombas industriais possuem vrios tipos, dentre eles podemos citar: bombas de deslocamento positivo, quando o volume de lquido remetido aumenta diretamente com a velocidade e no sensivelmente afetado pela presso; bombas centrfugas, quando a energia fornecida ao lquido primordialmente do tipo cintica, sendo posteriormente convertida grande parte em energia de presso; bombas diafragmticas, quando dependem do movimento de um diafragma para conseguir pulsao; bombas a jato, quando usam o movimento de uma corrente de fluido a alta velocidade para imprimir movimento a outra corrente, misturando as duas; e bombas eletromagnticas, quando o princpio igual ao motor de induo, usada com lquidos de alta condutividade eltrica.A escolha de uma bomba para determinada operao influenciada por diversos fatores, dentre eles: a quantidade de lquido a transportar, a natureza do lquido a bombear, a natureza da fonte de energia e se a bomba opera intermitentemente ou no. Deve-se ponderar o custo e a eficincia mecnica da bomba.A necessidade de transportar fluidos est presente nos mais variados segmentos industriais (petroqumico, txtil, tratamento de gua,alimentcio, ambiental, entre outros). Uma maneira de transportar esses fluidos com o auxilio de bombas, que podem fornecer energia suficiente para vencer as foras de atrito e relativas perdas nos sistemas de tubulaes em que o fluido deve percorrer.Neste experimento, estudaremos o funcionamento de uma bomba centrfuga. Nestas, a movimentao do lquido produzida por foras desenvolvidas na massa lquida pela rotao de um rotor. Este rotor essencialmente um conjunto de palhetas ou de ps que impulsionam o lquido, podendo ser aberto, fechado ou semi aberto. A escolha do tipo de rotor depende das caractersticas do bombeamento. Para uma bomba centrfuga funcionar preciso que a carcaa esteja completamente cheia de lquido que, recebendo atravs das ps o movimento de rotao do impelidor, fica sujeito fora centrfuga que faz com que o lquido se desloque para a periferia do rotor causando uma baixa presso no centro o que faz com que mais lquido seja admitido na bomba. O fluido a alta velocidade (energia cintica elevada) lanado para a periferia do impelidor onde o aumento progressivo da rea de escoamento faz com que a velocidade diminua, transformando energia cintica em energia de presso. As bombas centrfugas caracterizam-se por operarem com vazes elevadas, presses moderadas e fluxo contnuo.Em alguns casos, especificamente quando h acidentes montante da bomba, pode haver zonas de baixa presso que ocasionam a ocorrncia de um fenmeno conhecido por "cavitao". Este fenmeno ocorre quando a presso cai abaixo da presso de vapor do lquido, levando ao aparecimento de bolhas no interior do duto. A cavitao deve ser evitada pois, a longo prazo, danifica os materiais, alm de provocar rudos e tremulaes.

2. MATERIAIS E MTODOS2.1 DESCRIO DO SISTEMA EXPERIMENTAL:A montagem experimental consiste de uma bomba centrfuga de HP, fabricante: Dancor S. A. Ind. Mecnica, CP-4R Prot. Term; motor de induo monofsico; potncia: 0,5 CV; 3480 rpm; srie 10/2009; 60 Hz; 2,5 A; 220 V; operando em reciclo total com um tanque de 30 litros. As vazes so controladas por dois rotmetros: um menor, com capacidade de 0 a 500 L/h; outro maior, com capacidade de 1000 a 3500 L/h. H dois manmetros instalados, sendo um localizado montante da bomba e outro, jusante, conforme ilustra a figura 01.

Figura 01 Montagem da unidade experimental2.2 PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL:Parte 01: Fenmeno da cavitao Para observar tal fenmeno, ligou-se a bomba e, aos poucos, fechou-se a vlvula da regio de suco da bomba at a formao de pequenas bolhas;Parte 02: Medio das presses na entrada e sada da bomba, em funo da vazo Colocou-se a bomba em funcionamento com a vlvula de descarga completamente fechada (Q = 0); Verificou-se a presso na regio de suco (vacumetro) e na regio de descarga (manmetro); Abriu-se a vlvula para uma vazo de 100 L/h e verificou-se a presso no vacumetro e no manmetro;Repetiu-se o procedimento anterior para outras vazes, previamente estabelecidas;

3. RESULTADOS E DISCUSSES 3.1 CAVITAODevido o acidente montante da bomba, pde-se observar o fenmeno da cavitao. Ao fechar parcialmente a vlvula, houve uma grande perda de carga que possibilitou o abaixamento da presso na regio de suco abaixo da presso de vapor do fluido, ocasionando a mudana de fase do mesmo que pde ser verificada pela formao de bolhas.

3.2 CURVA CARACTERSTICA DA BOMBAOs resultados das medies das presses de entrada e sada, bem como da queda de presso calculada, encontram-se organizados na tabela 1, com as unidades convertidas para o Sistema Internacional de Unidades.

Tabela 01 - Presses na entrada e sada da bomba e respectiva queda de presses

Vazo E-5 (m/s)Pvac (kPa)Pman (kPa)P = Pman - Pvac (kPa)

00241,317241,316

2,780234,422234,422

5,570227,527227,527

8,330224,080224,080

11,110220,632220,632

13,890213,737213,737

27,78020,684206,843

41,670186,158186,158

55,56-6,773172,369179,141

69,44-8,466158,579167,045

83,33-10,159137,895148,054

97,22-11,85211,721129,063

Os dados da tabela 01 permitiram construir o seguinte grfico:

Figura 02 - Curva caracterstica da bombaA figura 02 apresenta a variao da carga lquida com o aumento da vazo. Como se pode observar, medida que elevamos a vazo, diminumos a carga lquida de maneira no linear, comportamento este que est de acordo com a literatura consultada. [2]A fim de agregar mais confiabilidade curva encontrada, comparamo-la com a curva fornecida pelo fabricante, conforme pode ser visto na figura 03:

Figura 03 - Comparao entre as curvas obtidas e do fabricanteAo compararmos a curva encontrada experimentalmente com a curva fornecida pelo fabricante, verificamos uma ntida distino de comportamento entre as curvas, sobretudo para menores valores de vazo (0 a 02 x 10-4 m3/s). Esta diferena pode ser consequncia de diversos tipos de erros. Como se sabe, ao iniciarmos o experimento, o sistema no estava completamente desenvolvido, o que pode resultar em diferenas considerveis nos valores encontrados. Alm deste, a presena de um vacumetro na entrada em vez de um manmetro, impossibilitou medidas mais precisas visto que fornecia apenas presses negativas, considerando nulas vrias das presses iniciais, isto porque tnhamos uma bomba afogada e o prprio peso do lquido garantiria o escoamento at um determinado ponto. Outro fator a falta de preciso na leitura dos instrumentos, uma vez que os valores intermedirios s graduaes foram estimados, alm dos ponteiros oscilarem continuamente.

3.3 CLCULO DO PONTO TIMO DA BOMBAPara determinar o ponto timo da bomba considerou-se um sistema de tubulao arbitrrio e em seguida construiu-se o grfico do sistema. O ponto timo da bomba ser o ponto de interseco da curva do sistema com a curva da bomba.

Ponto timo

4. CONCLUSOO presente relatrio se props a analisar o comportamento de uma bomba centrfuga por meio de suas curvas caractersticas, assim como observar e entender o fenmeno da cavitao e determinar o ponto timo da bomba para um sistema.A curva caracterstica obtida com os dados experimentais est de acordo com a curva fornecida pelo fabricante. No entanto, certa variao pde ser notada em alguns fatores que influenciam diretamente nessa diferena, dentre eles, os erros j citados. O experimento foi eficaz na sua proposta, pois, mesmo com as diferenas encontradas, os dados ficaram prximos aos da literatura.

ANEXOS

De acordo com a medio de presso manomtrica e do vacumetro, para encontrar as presses em unidade de Pascal, converteu-se as unidades que estavam em Psi e polegadas de mercrio, respectivamente. Posteriormente, foram calculadas as cargas lquidas, baseadas na razo da variao de presso por peso especfico.

Transformaes de unidades de presso:1Psi = 6894,757Pa1inHg = 3386,389Pa

Para o clculo da carga lquida, H, utilizamos a equao a seguir,H = , obtivemos os resultados abaixo:Carga Lquida, H (m)

H124,6492

H223,9450

H323,2407

H422,886

H522,5394

H621,8322

H721,1279

H819,0151

H918,2984

H1017,0628

H1115,1230

H1213,1831

Quanto ao problema proposto utilizamos a velocidade que foi calculada atravs da razo da vazo e rea. No problema, tivemos uma temperatura de 4C, presso de vapor da gua a 8700 Pa (absoluta); Patm= 101000Pa, KL= 0,8 na entrada e KL= 1,5( curva de 90); O fator de atrito, f, na tubulao vale 0,02; = 998 Kg/m3; O dimetro da tubulao de 76,2 mm e g= 9,8 m/s2

Foi calculado o HD, HL, HT, Velocidade, perda de carga, nas quais podem ser vistas nas equaes abaixo:

HD= f HL= K. HT= HD + HLV= Q/A (m3/s)

Vazo x 105(m3/s)Velocidade(m/s)ReynoldsHD(m)HL(m)HT(m)Perda de Carga(m)Carga Lquida(m)

0000001524,64

0,2780,00060964946,2698134,8763E-072,6575E-063,1451E-0615,0000031523,94

0,560,0012280793,20537871,9787E-061,0783E-051,2762E-0515,0000127623,24

0,8330,001826754138,6430014,3782E-062,386E-052,8238E-0515,0000282422,88

1,110,002434211184,7463767,7741E-064,2366E-055,0141E-0515,0000501422,53

1,3890,003046053231,1826271,2173E-056,6341E-057,8514E-0515,0000785121,83

2,780,006096491462,698134,8763E-050,000265750,0003145115,0003145121,12

4,170,009144737694,0471950,000109720,000597930,0007076515,0007076519,01

5,560,012192982925,396260,000195050,001062980,0012580415,0012580418,29

6,940,0152192981155,080940,000303890,001656130,0019600315,0019600317,06

8,330,0182675441386,430010,000437820,002385980,002823815,002823815,12

9,720,0213157891617,779070,000596120,003248690,0038448215,0038448213,18

REFERNCIAS

[1] MACINTYRE, A. J. Bombas e instalaes de bombeamento. LTC.

[2] FOX, Robert W., 1934-Introduo mecnica dos fluidos / Robert W. Fox, Alan T. McDonald, Philip J. Pritchard; traduo e reviso tcnica Ricardo Nicolau Nassar Koury, Luiz Machado. Rio de Janeiro: LTC, 2010.

ENGEL, Y.A.; CIMBALA, J.M. Mecnica dos Fluidos Fundamentos e Aplicaes. 1 Ed. Editora McGrawHill, 2007.

http://www.enq.ufsc.br/disci/eqa5313/bombas.htm#BombCentrif

http://www.ufrnet.ufrn.br/~lair/Pagina-OPUNIT/bombas-index.htm