ASSOCIAÇÃO DE BOMBAS

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ASSOCIAÇÃO DE BOMBAS
OBJETIVO
As bombas centrífugas são um dos tipos de bombas mais utilizadas na indústria. Essas bombas são caracterizadas através de suas curvas características e de desempenho, que relacionam a vazão do fluido bombeado com a altura manométrica, com a potência, com o rendimento e com outras propriedades. Essas curvas são de extrema importância para a correta seleção da bomba. Muitas vezes, as bombas são associadas em série ou em paralelo por questões econômicas, ou para atender uma demanda variável. Nessas situações é fundamental conhecer as curvas de cada bomba a fim de se traçar as curvas correspondentes à associação e, assim, prever adequadamente o comportamento do conjunto em operação.
Como parte das atividades deste laboratório, você irá analisar o comportamento de duas bombas operadas individualmente e associadas em série ou em paralelo. Será possível, ainda, variar a vazão do escoamento e verificar sua influência no sistema estudado.
Ao final deste experimento, você deverá ser capaz de:
· Realizar o levantamento da curva de uma bomba centrífuga;
· determinar a curva de desempenho de uma associação de bombas em série;
· definir a curva de desempenho de uma associação de bombas em paralelo;
· comparar os resultados obtidos nas medições com os valores teóricos esperados.
2. ONDE UTILIZAR ESSES CONCEITOS?
O estudo de bombas, associações de bombas e de suas características é de fundamental importância, tanto em aplicações residenciais e da construção civil, como na indústria em geral. O projeto de sistemas de bombeamento de água, controle de processos industriais, sistemas de filtração, estações de tratamento de esgoto, entre outros, tem grande dependência nos conceitos aqui apresentados e aplicados no equipamento didático.
Quando se deseja selecionar ou prever o comportamento de uma bomba para um determinado sistema, inicialmente analisa-se o comprimento que a linha terá e os acessórios que serão utilizados (válvulas, joelhos, filtros etc.) para assim traçar uma função, denominada de curva do sistema, que relaciona altura manométrica com a vazão baseando-se na perda de carga causada por esses componentes. O cruzamento da curva da bomba com a curva do sistema representa o ponto de operação. Desse modo, a curva característica da bomba é empregada para prever, por exemplo, a vazão que a bomba irá fornecer ao sistema, qual será a potência consumida e o rendimento dessa bomba. Essas e outras características são essenciais para uma seleção adequada em caráter técnico e econômico. Além dessas, existem inúmeras outras aplicações na engenharia dos conceitos aqui citados.
3. O EXPERIMENTO
Neste laboratório virtual você seguirá as instruções contidas no roteiro, possibilitando a obtenção da diferença de pressão entre os pontos de sucção e de recalque das bombas com base nas indicações dos manômetros e manovacuômetros. De posse desses dados, é possível traçar a curva das bombas operadas individualmente ou associadas em série e em paralelo. É essencial para o funcionamento adequado do experimento e correta aquisição de dados que as instruções contidas no roteiro sejam seguidas rigorosamente.
4. SEGURANÇA
Para a realização deste experimento você não precisará utilizar equipamentos de proteção individual (EPI’s). Antes de iniciar a operação do sistema, verifique se as válvulas estão na posição correta, se as mangueiras para medição da perda de carga estão plugadas, e se a bomba que você irá utilizar está habilitada.
5. CENÁRIO
A bancada didática de Mecânica dos Fluidos e Bombas é composta por tubulações de PVC, acrílico, e cobre com diferentes diâmetros, acessórios para medição de perda de carga localizada, bombas responsáveis pelo deslocamento forçado do fluido e medidores de pressão diferenciais. Outros acessórios e componentes secundários, além dos já citados, serão descritos a seguir:
Medidores de Vazão: são dispositivos destinados à obtenção da vazão do escoamento do fluido. O Tubo de Venturi e a Placa de Orifício, presentes no equipamento, são 2 deles. Através da perda de carga entre 2 pontos destes acessórios, é possível obter a vazão aplicando a equação da conservação da energia. Além desses, existe ainda um medidor do tipo rotâmetro, que permite a aquisição da vazão de água através do sistema utilizando um êmbolo e uma escala graduada, pelo princípio do equilíbrio de forças.
Medidores de Pressão: na bancada se encontram 4 tipos de medidores de pressão. O manômetro em U, o manômetro digital, os manômetros de Bourdon e os manovacuômetros. Todos eles serão abordados de forma mais aprofundada no sumário teórico e roteiro dos experimentos.
Quadro Elétrico: reservado ao controle elétrico do sistema. Contém um inversor de frequência destinado a realizar o controle das bombas centrífugas. Possui as funções de liga/desliga, botão de emergência e controle de vazão.
Bombas: tipo centrífuga de 0,5CV de potência e ligação elétrica 220V trifásica. São utilizadas para succionar a água do reservatório inferior, tendo como recalque o sistema em estudo. São fornecidas duas bombas de mesmo modelo.
Tanque de acrílico: reservatório apoiado sobre a mesa destinado a realizar acúmulo de água através do fechamento da válvula de retorno ao tanque inferior.
PERDA DE CARGA DISTRIBUÍDA
1. OBJETIVO
O escoamento em condutos fechados possui ampla aplicação na indústria, construção civil, geração de energia, entre outros. Devido à viscosidade do fluido e seu atrito com as paredes internas da tubulação, há uma transformação contínua de energia de pressão em energia térmica e sonora entre duas seções de um tubo, durante o escoamento. Essa dissipação de energia mecânica é chamada de perda de carga. Por se tratar de um fenômeno que ocorre em todo tipo de escoamento, laminar ou turbulento, e para qualquer tipo de fluido, o estudo da perda de carga em tubulações se torna imprescindível para o conhecimento técnico e projeto de uma instalação hidráulica.
Como parte das atividades deste laboratório, você irá analisar o comportamento do escoamento da água em tubulações de diferentes diâmetros e materiais, medindo a perda de carga em cada caso. Será possível, ainda, variar a vazão do escoamento e verificar sua influência no sistema estudado.
Ao final deste experimento, você deverá ser capaz de:
· verificar a relação de dependência entre a perda de carga e a vazão;
· determinar o número de Reynolds para cada caso estudado e sua implicação na análise dos dados, bem como o tipo de escoamento (laminar, de transição, ou turbulento);
· utilizar a equação da continuidade para determinar a velocidade de escoamento de um determinado fluido;
· analisar como o material utilizado na fabricação dos condutos influencia na queda de pressão de um fluido em movimento;
· comparar os resultados obtidos nas medições com os valores teóricos esperados.
2. ONDE UTILIZAR ESSES CONCEITOS?
O estudo da perda de carga no escoamento em tubulações é de fundamental importância, tanto em aplicações residenciais e da construção civil, como na indústria em geral. O projeto de sistemas de bombeamento de água, controle de processos industriais, sistemas de filtração, estações de tratamento de esgoto, entre outros, tem grande dependência dos conceitos aqui apresentados e aplicados no equipamento didático. Quando se deseja determinar, numa instalação hidrossanitária residencial, o diâmetro das tubulações que serão utilizadas e em que nível ficará instalada a caixa d’água, recorre-se ao cálculo da perda de carga no escoamento dos fluidos para determinar se a pressão nos pontos de utilização (pia, chuveiro, vaso sanitário, etc) é suficiente para cada diâmetro de conduto considerado. Na indústria, quando se deseja determinar a altura manométrica (pressão de descarga) e vazão de uma bomba que será utilizada num processo, analisa-se o comprimento que a linha terá e os acessórios que serão utilizados (válvulas, joelhos, filtros, etc) para assim escolher o modelo adequado, baseando-se na perda de carga causada pelos componentes do sistema. Além dessas,existem inúmeras outras aplicações na engenharia aos conceitos aqui citados.
3. O EXPERIMENTO
Neste laboratório virtual, você seguirá as instruções contidas no roteiro, possibilitando a obtenção da diferença de pressão entre os pontos de medição (perda de carga) utilizando o manômetro em U. De posse desses dados, é possível compará-los com os resultados teóricos esperados. É essencial para o funcionamento adequado do experimento e correta aquisição de dados que as instruções contidas no roteiro sejam seguidas rigorosamente.
4. SEGURANÇA
Para a realização deste experimento você não precisará utilizar equipamentos de proteção individual (EPIs). Antes de iniciar a operação do sistema, verifique se as válvulas estão na posição correta, se as mangueiras para medição da perda de carga estão plugadas, e se a bomba que você irá utilizar está habilitada.
5. CENÁRIO
A bancada didática de Mecânica dos Fluidos e Bombas é composta por tubulações de PVC, acrílico, e cobre com diferentes diâmetros, acessórios para medição de perda de carga localizada, bombas responsáveis pelo deslocamento forçado do fluido e medidores de pressão diferenciais. Outros acessórios e componentes secundários, além dos já citados, serão descritos a seguir:
Linhas de Perda de Carga Distribuída: São compostas por 4 tubulações de PVC (diâmetro 32mm), PVC (diâmetro 25mm), Cobre (diâmetro 28mm) e Acrílico (diâmetro 25mm). Possuem 2 pontos de medição de pressão distando 1 metro entre eles.
Acessórios de Perda de Carga Localizada: Diversos dispositivos utilizados na montagem de sistemas de tubulações (joelhos, curvas, expansões, contrações, válvulas, filtros, etc) são apresentados no equipamento didático. Conectores pneumáticos estão posicionados antes e depois de cada um deles, para que a queda de pressão localizada possa ser mensurada.
Medidores de Vazão: São dispositivos destinados à obtenção da vazão do escoamento do fluido. O Tubo de Venturi e a Placa de Orifício, presentes no equipamento, são 2 deles. Através da perda de carga entre 2 pontos destes acessórios, é possível obter a vazão aplicando a equação da conservação da energia. Além desses, existe ainda um medidor do tipo rotâmetro, que permite a aquisição da vazão de água através do sistema utilizando um êmbolo e uma escala graduada, pelo princípio do equilíbrio de forças.
Medidores de pressão: Na bancada se encontram 4 tipos de medidores de pressão. O manômetro em U, o manômetro digital, os manômetros de Bourdon e os manovacuômetros. Todos eles serão abordados de forma mais aprofundada no sumário teórico e roteiro dos experimentos.
Quadro Elétrico: Reservado ao controle elétrico do sistema. Contém um inversor de frequência destinado a realizar o controle das bombas centrífugas. Possui as funções de liga/desliga, botão de emergência e controle de vazão.
Bombas: Tipo centrífuga de 0,5CV de potência e ligação elétrica 220V trifásica. São utilizadas para succionar a água do reservatório inferior, tendo como recalque o sistema em estudo. São fornecidas duas bombas de mesmo modelo.
Tanque de acrílico: Reservatório apoiado sobre a mesa destinado a realizar acúmulo de água através do fechamento da válvula de retorno ao tanque inferior.
PERDA DE CARGA LOCALIZADA
1. OBJETIVO
Neste experimento, você realizará medidas de perda de carga em diferentes acessórios. Irá verificar na prática a influência da vazão de água que passa pelo acessório e a sua perda de carga. Irá verificar também o comportamento de perda de carga com o fechamento parcial de uma válvula.
Ao final deste experimento, você deverá ser capaz de:
· identificar o comportamento de perda de carga com a variação da vazão;
· entender o comportamento de perda de carga com fechamento de uma válvula;
· verificar quais são os acessórios que causam a maior perda de carga em uma instalação hidráulica.
2. ONDE UTILIZAR ESSES CONCEITOS?
A compreensão do fenômeno de perda de carga é fundamental para o correto dimensionamento de instalações hidráulicas residenciais e industriais.
A escolha incorreta de tubulações em instalações hidráulicas pode causar aumento no consumo de energia elétrica em bombas, causar também uma sobrecarga nos motores e, com isso, um desgaste prematuro nesses equipamentos, acarretando maiores custos de manutenção e operação de uma fábrica.
Com o conhecimento do fenômeno de perda de carga, é possível avaliar quais são os melhores acessórios para serem instalados, a fim de melhorar a vida útil de uma instalação.
3. O EXPERIMENTO
Este experimento utilizará componentes da bancada didática de mecânica dos fluidos e bombas para realizarmos os experimentos de perda de carga em acessórios. Para isso, é necessário o uso de bombas, válvulas, filtros e medidores de vazão indiretos. Utilizará também o rotâmetro para verificar a vazão de água que está passando na tubulação, o manômetro diferencial digital e uma mangueira para verificar a perda de carga nos acessórios.
4. SEGURANÇA
O uso de equipamentos de proteção individual (EPIs) em laboratórios dos cursos de engenharia varia de ambiente para ambiente, de acordo com as características e riscos inerentes a cada atividade, levando em consideração os materiais e equipamentos utilizados. Nesta prática, recomenda-se o uso de sapatos fechados e cabelo preso.
5. CENÁRIO
Todos os materiais necessários para esta prática, incluindo o manômetro diferencial digital e as mangueiras PU 6 mm, estarão disponíveis na bancada didática de mecânica dos fluidos e bombas.