Determinacao de Ponto de Funcionamento de Uma Bomba Centrifuga

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Determinao do Ponto de Funcionamento de uma Bomba Centrfuga

Disciplina: ENG03332 Mquinas de Fluxo I Prof.: Srgio Luiz Frey Alunos: Leonardo Silva Faria Jorge Grass Renato Pedrotti Venncio Lazaro Batalhone Neto

Data: 16/10/2011

Porto Alegre

Determinao do Ponto de Funcionamento de uma Bomba Centrfuga SumrioLista de Smbolos ................................................................................................................................. 4 1 2 3 Introduo........................................................................................................................................ 5 Objetivo ........................................................................................................................................... 6 Guia terico ..................................................................................................................................... 7 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 4 5 Curvas de Desempenho de Bombas Centrfugas .................................................................... 7 Curva Caracterstica da Bomba ............................................................................................... 7 Curva Caracterstica do Sistema .............................................................................................. 8 Pontos de funcionamento ....................................................................................................... 8 Potncia Fornecida ao Eixo ..................................................................................................... 8 Rendimento Total .................................................................................................................... 9

Procedimento experimental ........................................................................................................... 10 Resultados & Discusses ............................................................................................................... 14 5.1 5.2 Curva caracterstica terica da bomba e curvas caractersticas do sistema ......................... 15 Potncia no eixo da bomba e rendimento total ................................................................... 17

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Concluso ...................................................................................................................................... 19 Referncias Bibliogrficas.............................................................................................................. 20

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Determinao do Ponto de Funcionamento de uma Bomba Centrfuga ResumoParte da prtica didtica do Departamento de Engenharia Mecnica da UFRGS atacar, sempre que possvel, atividades prticas teis no cotidiano industrial. Desta forma, para a disciplina de Mquinas de Fluxo requisitado que os autores apresentem a fundamentao terica e, atravs da aquisio de dados de uma bancada educacional montada no LAMAC, levantem as curvas caractersticas de uma mquina geradora (bomba) instalada na bancada. Este experimento apresenta ao aluno a possibilidade de avaliar a eficincia e o rendimento de uma bomba, bem como o embasamento necessrio a adaptao de bombas em sistemas de vazo.

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Determinao do Ponto de Funcionamento de uma Bomba CentrfugaLista de Smbolos

wi - Energia especifica requerida pelo sistema ( J / kg ); pd - Presso na boca de descarga ( N / m2 ); p s - Presso na superfcie do reservatrio de suco ( N / m2 );

- Massa especifica do fluido de trabalho ( kg / m3 );vd - Velocidade do fluido no ponto de descarga ( m / s ); v s - Velocidade do fluido no ponto de suco ( m / s ); z d - Cota de referncia do ponto de descarga ( m ); z s - Cota de referncia do ponto de suco ( m );

g - Acelerao da gravidade ( m / s 2 );

Q - Vazo na canalizao ( m3 / h );Qi - Vazo na canalizao na ensima medio ( m3 / h ); Dd - Dimetro da canalizao de descarga ( m ); Ds - Dimetro da canalizao de suco ( m ); H i - Altura manomtrica da ensima medio ( mcA );H G - Altura geomtrica ( mcA );

K - Caractersticas do sistema ( m5 s 2 );Pe - Potncia fornecida ao eixo da bomba ( W )

motor - Rendimento do motortotal - Rendimento total da bombaI - Corrente (A)

V - Tenso eltrica (V)

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Determinao do Ponto de Funcionamento de uma Bomba Centrfuga 1 Introduo

Este relatrio parte da avaliao da disciplina Mquinas de Fluxo, ministrada pelo Professor Srgio Frey. Esta parte integrante do currculo (disciplina obrigatria) do curso de Engenharia Mecnica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). Esse trabalho visa colocar em evidncia os conhecimentos adquiridos em aula, fazendo o elo entre teoria e prtica. Neste experimento foi realizado um ensaio para determinar as curvas caractersticas de uma mquina geradora (bomba): o cruzamento da curva caracterstica da bomba com as curvas caractersticas do sistema, curva de potncia para as vazes levantadas e a curva do rendimento total da bomba. Os dados foram levantados no experimento montado no Laboratrio de Mecnica dos Fluidos Aplicada e Computacional (LAMAC).

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Determinao do Ponto de Funcionamento de uma Bomba Centrfuga 2 ObjetivoSabe-se da importncia de ter conhecimento de todas as possibilidades de vazo de operao para dada bomba, bem como suas respectivas perdas de carga. Alm do efeito de melhor dimensionamento do ganho de energia mecnica (presso), tambm possvel obter ganhos sinrgicos da mquina eltrica que opera a bomba, no que tange ao consumo eltrico, para determinadas curvas de sistema. Ao final deste, pretende-se comparar a carta de pontos de funcionamento da bomba (Fig. 1) obtida atravs do devido tratamento dos dados levantados, com a carta do fabricante, analisando o dimensionamento proposto pelo LAMAC.

Figura 1 Centrfuga da linha PRATIKA CP-4C/R do circuito instalado no laboratrio.

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Determinao do Ponto de Funcionamento de uma Bomba Centrfuga 3 Guia terico

3.1 Curvas de Desempenho de Bombas CentrfugasA busca da capacidade e a presso necessria para o funcionamento de um sistema auxiliada por um grfico chamado Curva do Sistema. Similarmente a curva caracterstica de desempenho da bomba traada atravs de um grfico o qual mostra a variao da capacidade versus presso. Para que as necessidades do usurio sejam satisfeitas, procura-se adequar a curva do sistema com a curva da bomba. O ponto de operao deste sistema o ponto onde h interseco da curva da bomba com a curva de resistncia do sistema. O ponto operacional de ambos, bomba e processo, so obtidos na interseco das duas curvas. Infelizmente, no possvel que um ponto operacional atenda todas as condies operacionais desejadas.

3.2 Curva Caracterstica da BombaPara determinar a curva da bomba, necessrio estabelecer um balano de energia entre os reservatrios de suco e de descarga. Devido ao fato das medies terem sido realizadas na sada da bomba, a perda de carga nula no trecho de canalizao de suco e recalque. Assim temos que a equao para a energia especfica requerida pelo sistema :

(1) Sendo:

e

(2)

Podemos relacionar energia especfica requerida pelo sistema com a altura manomtrica utilizando a equao:

(3) Os valores obtidos de H, relacionados com as vazes respectivas, geram os pontos da curva caracterstica da bomba.

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Determinao do Ponto de Funcionamento de uma Bomba Centrfuga3.3 Curva Caracterstica do SistemaA construo da curva caracterstica do sistema requer que saibamos quais so as caractersticas do nosso sistema ou canalizao e que tenhamos os pontos de funcionamento do mesmo. Partindo da equao da curva do sistema:

(4)m3 A vazo (Q) est em h . Agora com a equao (5) podemos determinar as caractersticas do sistema utilizando os pontos de funcionamento.

(5) Onde: (6) Tendo as caractersticas do sistema podemos traar a curva do sistema e assim determinar quais os pontos de interseco nas curvas de altura manomtrica para cada vazo. A curva do sistema obtida atribuindo valores de Q, e calculando H na equao (4).

3.4 Pontos de funcionamentoOs pontos de funcionamento da bomba so as interseces da curva do sistema com a curva da bomba. Normalmente, o ponto de funcionamento diferente do nominal, pois o fabricante no considera perdas por atrito.

3.5 Potncia Fornecida ao EixoPara estimarmos a potncia fornecida no eixo da bomba precisamos saber a corrente e a tenso que alimentam a bomba. Com a equao (7) obtemos a potncia: (7)

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Determinao do Ponto de Funcionamento de uma Bomba CentrfugaPara a bomba estudada o fabricante fornece os valores cos 0, 72 e motor = 0,664 no catlogo. A tenso eltrica da rede de 220 V.

3.6 Rendimento TotalO rendimento total do sistema pode ser obtido atravs da equao (8) que relaciona a potncia fornecida e a potncia de recalque.

(8)

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Determinao do Ponto de Funcionamento de uma Bomba Centrfuga 4 Procedimento experimental

A Fig. 2 apresenta um esquema simplificado da linha dgua montada no LAMAC e visa facilitar o entendimento do experimento, definindo alguns ndices para os locais relevantes e de leitura dos dados experimentais.

Figura 2 - Esquema simplificado do experimento para determinao da carta dos pontos de funcionamento de uma bomba centrfuga.

O experimento consiste em variar a abertura da vlvula gaveta (7, Fig. 3) do circuito dgua, registrando: a vazo (Q) no flowmeter (8, Fig. 4), a presso de suco (ps) no vacumetro em (5, Fig. 5), a presso de descarga (pd) no manmetro em (6, Fig. 5) e a corrente (I) no ampermetro em (2, Fig. 6), para cada nova vazo imposta pela vlvula (7). Coletara

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