Exp. 6 Carga de Pressão na Saida da Bomba

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS
ESCOLA DE ENGENHARIA
ENGENHARIA CIVIL
EXPERIMENTO VI: DETERMINAÇÃO DA CARGA DE PRESSÃO NA SAÍDA DA BOMBA HIDRÁULICA 
Alunos:
Assinaturas:
Rodrigo Susumu Santana Iwamoto 
Nicolas Barcelos Rabelo Berchior
Leticia Vilela da Silva 
João Luiz Gomes Souza 
Brenda Silva Cardoso
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Goiânia, Março de 2018.
Introdução
As bombas hidráulicas são máquinas hidráulicas operatrizes, isto é, máquinas que recebem energia potencial (força motriz de um motor ou turbina), e transformam parte desta potência em energia cinética (movimento) e energia de pressão (força), cedendo estas duas energias ao fluído bombeado, de forma a recirculá-lo ou transportá-lo de um ponto a outro. O uso de bombas hidráulicas ocorre sempre que há a necessidade de aumentar-se a carga de pressão em um fluido contido em um sistema ou a velocidade de escoamento. Podem ser divididas em dois grandes grupos: bombas centrífugas e bombas volumétricas.
Utilizamos neste experimento uma bomba centrífuga, no qual a movimentação do fluído ocorre pela ação de forças que se desenvolvem na massa do mesmo, em consequência da rotação de um eixo acoplado um disco (rotor, impulsor) dotado de pás (palhetas, hélice) que recebe o fluído pelo seu centro e o expulsa pela periferia, pela ação da força centrífuga (Figura 1).
Figura 1 – Esquema de uma Bomba hidráulica Centrifuga
As bombas vêm da fábrica com uma potência declarada que nem sempre é realmente atingida, quando isso ocorre chamamos de potência nominal. Já quando a bomba não consegue atingir a potência declarada, dizemos que essa potência é a real, ou seja, a potência real é uma parcela da potência nominal. A especificação de cada bomba deve ser fornecida pelo fabricante, e deve constar informações como a potência nominal e o coeficiente de eficiência da mesma.
O cálculo da potência pode ser feito através da seguinte fórmula:
Onde:
Nb - Potencia da bomba 
Qb - Vazão na saída da bomba
Hb - Carga da bomba adicionada ao sistema
 A potência real, ou seja, a parcela eficaz da potência nominal é dada por:
Objetivo
O experimento tem como objetivo a determinação experimental da carga de pressão na saída da bomba hidráulica.
Materiais e Métodos 
materiais 
	Utilizamos para realizar este experimento os seguintes materiais: 
Módulo Experimental de Hidráulica; 
Quadro de pressões - Manômetro tipo “U”;
Bomba Hidráulica;
Tubo PVC liso 3”;
Tubo Diafragma;
Mangueira de nível;
Trena (5m).
Métodos
	A metodologia aplicada neste experimento consiste em duas etapas:
Utilizando o tubo diafragma, determinamos a vazão e a velocidade do fluido no interior no conduto.
Utilizando o quadro de pressões, através dos níveis apresentados no manômetro diferencial, calculamos a energia total no ponto de saída da bomba e determinamos a potência de funcionamento do equipamento.
A figura abaixo representa o esquema do experimento realizado no laboratório:
Figura 2 – Esquema do experimento realizado em laboratório
Resultados e discussões 
	Apresentamos a seguir o detalhamento dos cálculos realizados para a determinar a carga de pressão na saída da bomba hidráulica:
Vazão no Tubo Diafragma: 
Observando a diferença de nível (Δh1) no manômetro diferencial tipo “U” acoplado ao tubo diafragma, e utilizando a equação para a vazão no conduto (Equação 1), podemos determinar a vazão no sistema. Necessário para calcular a velocidade do fluido.
	(Equação 1)
	O manômetro diferencial acoplado ao tubo diafragma apresentou uma diferença de nível de Δh1 = 6,6 cm. Utilizando a equação 1 e os dados fornecidos na tabela abaixo para as condições específicas do experimento, obtemos a vazão Q = 5,87x10^-3 m³/s.
Tabela 1 – Determinação da Vazão no Tubo Diafragma.
	Δh1 (m)
	K
	m
	s (m²)
	g (m²/s)
	dHG
	0.066
	0,676
	0,45
	0,00478
	9,81
	13,6
Aplicando na equação:
Velocidade do fluido:
A velocidade do fluido no interior do conduto é obtida através da equação 2:
(Equação 2)
Com a vazão Q = 5,87x10^-3 m³/s no tudo de 3” (A =4.78 x10^-3 m²). Obtemos a velocidade V = 1.23 m/s.
Carga de Pressão na saída da bomba:
	Utilizando os manômetros diferenciais, esquematizado na figura 1, podemos determinar a carga de pressão no ponto de saída da bomba (P2). Aplicamos a equação de Stevin entre os pontos P1 e P2 obtemos a diferença de pressão entre a saída da bomba e o ambiente externo (pressão atmosférica). 
Tabela 1 – Quadro de alturas manométricas 
	h1 
	h2
	h3
	h4
	h5 
	Zb
	72.5 cm
	103.5 cm
	71.7 cm
	51.0 cm
	19.0 cm
	80.0 cm
P2 = Patm + Gh5 + Gh4 – Gh3 + Gh2 – Gh1
P1 = Patm
P2-P1 = G [h5 + h4 – h3 + h2 – h1]
P2-P1 = 9.8 [1000 x 0.19 + 13600 x 0.51 – 1000 x 0.717 + 13600 x 1.035 – 1000 x 0.725]
P2-P1 = 193 648 Pa
Carga adicionada pela bomba: 
	Aplicamos a equação de equilíbrio energético entre os pontos P1 e P2, podemos determinar a carga adicionada pela bomba (Hb) no sistema. 
Com = 0; e :
Potência da bomba hidráulica:
	Utilizando a seguinte equação, podemos determinar a potência do equipamento instalado no sistema:
Potência real:
	Todo equipamento possui um coeficiente de eficiência determinado pelo fabricante, no qual apresenta a sua eficiência de potência nominal. No caso em específico, a bomba hidráulica utilizada apresenta potência nominal de 3 hp com eficiência de 57,3%. 
	Podemos determinar o erro percentual da potência do equipamento estimado experimentalmente em relação à potência real do equipamento fornecido pelo fabricante:
Obtemos um erro percentual relativamente baixo e dentro dos parâmetros esperado.
Conclusão
O valor da Carga de Pressão na saída da bomba encontrado é de P2 = 193 648 Pa. Através deste valor, foi determinado a potência real da bomba hidráulica instalada no sistema, obtemos a potência P = 1.59 hp. Apresentando um erro percentual de 8.46% em relação a potência real fornecida pelo fabricante, considerado aceitável. 
Podemos concluir assim, que o experimento foi realizado corretamente e apresenta uma boa confiabilidade para determinar a carga de pressão no ponto de saída e a potência da bomba hidráulica.
REFERÊNCIAS
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT. NBR 10719: apresentação de relatórios técnico-científicos. Rio de Janeiro, 1989. 9 p.
PIMENTA, C.F. Curso de Hidráulica Geral. 3ª ed., São Paulo, 1977.
BRUNETTI, F. Mecânica dos Fluidos. 2. ed. rev. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2008.