relatorio bomba mb

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CENTRO UNIVERSITÁRIO FEI
Mecânica dos Fluidos para Engenharia Química
BOMBA CENTRIFUGA MB - LEVANTAMENTO DE CURVA CARACTERÍSTICA
Amanda Gomes RA: 11.116.364-8
Ana Beatriz	RA: 11.115.931-5
Barbara Silva Tezoto 	RA:11.115.381-3
Daniela Schiavon RA: 11.116.054-5
Patrick Wecchi RA: 11.116.473-7
Tamires Mercês RA: 11.116.425-7
São Bernardo do Campo, 13 de março de 2018
SUMÁRIO
Resumo ................................................................................................................ 3
Introdução ............................................................................................................ 4
Revisão Bibliográfica .......................................................................................... 5
Procedimento experimental ................................................................................ 11
Resultados e discussões ..................................................................................... 12
Conclusões ......................................................................................................... 14
Referências Bibliográficas ................................................................................. 15
RESUMO
O estudo foi realizado sobre a bomba MB, bomba utilizada na indústria em gera e de selagem hidrocentrífuga. O objetivo foi comparar a curva HB=f(Q) fornecida pelo fabricante com a experimental.
Estudou-se a vazão da bomba e a perda de carga do fluido. Observou-se que a vazão diminuiu em relação a mostrada no gráfico do fabricante.
INTRODUÇÂO
Para esse experimento o objetivo visa analisar o tipo de selagem diferente do covencional da bomba, além de levantar a curva da bomba, com correção de rotação, e compara-la com a curva fornecida pelo fabricante, apontando as diferenças.
REVISAO BIBLIOGRAFICA
Bomba MB
Bomba Centrífuga Química DS Horizontal
A linha DS é composta por bombas monoblocos de montagem horizontal, que são ideias para o bombeamento de fluidos em aplicações específicas, pois sua composição é feita por materiais como o Polipropileno, Teflon ou PVDF, os quais são excelentes para evitar corrosão. As bombas da linha DS podem atingir vazões de até 130m³/h com alturas de descarga de até 75mcl. Logo, se a aplicação é para fluidos corrosivos ou abrasivos essa é a bomba ideal. As bombas da linha DS possuem vedação por SELO MECÂNICO. (Informação retirada do site de bombas da MB)
FIGURA 2.1.1. Bomba MB utilizada no experimento
A bomba MB é uma bomba de deslocamento não-positivo do tipo centrífuga, em que o rotor é classificado como semi aberto, ou seja, as pás são protegidas apenas por uma tampa traseira, que no caso dessa bomba, possui furos não radiais que permitem a circulação do fluido entre a periferia do rotor e a parte traseira do mesmo. Essa circulação impede que o fluido saia pela folga do eixo. Há também uma câmara de segurança entre a carcaça da bomba e o motor, onde é colocado um respiro, que comprova a eficiência do método, e é necessária para que o mesmo funcione, para que a câmara fique sujeita à pressão atmosférica.
FIGURA 2.1.2. Tipos de Rotores
As bombas centrífugas funcionam com o princípio da força centrífuga através de palhetas e impulsores que giram no interior da carcaça, jogando o fluidodo centro para a periferia do conjunto girante. 
Para bombas de deslocamento não-positivo, não existe vedação mecânica separando a entrada e a saída, por isso ocorre vazamento interno. Tomando como exemplo uma bomba centrífuga radial, o fluido que se aproxima pela tubulação de sucção passa pelo flange de entrada, cruza o bocal de entrada e alcança o rotor, o qual possui pás que ajudam a encaminhar o fluido para o bocal de saída da bomba. Porém, ao chegar no final, o fluido tem como opção de saída o bocal e a folga entre o rotor e a carcaça e é por aí que ocorre o vazamento interno. Devido esse vazamento, a bomba não precisa de uma válvula de alívio ou segurança, ao contrário da bomba de deslocamento positivo, vista no primeiro experimento. Isso se deve ao fato de que é possível regular a vazão que passa pela bomba através de uma válvula. A pressão interna aumenta, mas não indefinidamente; quando atinge certo valor se mantém constante. Fechando-se a válvula, parte do fluido obrigatoriamente retorna para o caracol, ocupando o espaço de parte do fluido que estava entrando. Desse modo, com a válvula totalmente fechada, o fluido para de sair da bomba, e se para de sair, consequentemente para de entrar, portanto a vazão se iguala a zero. 
FIGURA 2.1.3. Esquema de Bomba Radial
A curva da bomba centrífuga relaciona a vazão recalcada pela bomba, a altura manométrica alcançada (H), com a potência absorvida (P) e com o rendimento (). De modo geral as curvas características apresentam o seguinte aspecto:
FIGURA 2.1.4. Curva característica de uma bomba centrífuga
Onde: 
H = altura de elevação manométrica ou carga total 
Q = vazão ou capacidade da bomba 
P = potência absorvida ou potência no eixo 
 = rendimento
A carga manométrica é calculada por:
Onde:
He = Carga de entrada 
Hb = Carga da bomba 
Hs = Carga de saída 
Abrindo-se as cargas de entrada e saída é obtida a seguinte equação:
Onde:
Vs = velocidade de entrada do fluido [m/s]
Ve = velocidade de saída do fluido [m/s]
g = aceleração da gravidade [m/s2]
pms = pressão manométrica de saída [kgf/cm2]
pme = pressão manométrica de entrada [kgf/cm2]
 = peso específico [kgf/cm3]
Para obetenção da velocidade, usa-se a equação:
Para a obtenção da rotação, utiliza-se um tacômetro digital. O tacômetro dá a rotação “n“ em rpm, que corresponde ao par vazão „Q“ e carga manométrica da bomba „HB“ calculados. Para o levantamento da curva característica da bomba utilizam-se os valores normais „Qn“ e HBn“ correspondentes a rotação normal nn = 3500 rpm, através das leis de semelhança:
; 
Onde:
HBn = Carga manométrica normal da bomba [m]
nn = Rotação normal da bomba [rpm]
n = Rotação calculada da bomba [rpm]
Qn = Vazão normal da bomba [m3/s]
Q = Vazão calculada da bomba [m3/s]
Tipos de selagem
A selagem de uma bomba é um componente importante para o seu funcionamento, uma vez que esta impede que o fluido que passa pela folga entre a carcaça e o rotor escape pela rotação do eixo que liga o rotor ao motor elétrico. A selagem é tradicionalmente feita por gaxetas ou selo mecânico.
FIGURA 2.2.1. Esquema de bomba centrífuga
Gaxetas
Este tipo de selagem é o mais antigo e de custo de instalação relativamente baixo; constitui fios trançados de fibras, sendo a Gaxeta um elemento macio, flexível, elástico e com boa resisência mecânica tanto para sistemas em movimento (bombas e eixos rotativos), como estáticos (hastes de válvulas). Para estes, são usadas as gaxetas impregnadas e lubrificadas, que ajudam no bom desempenho, uma vez que as gaxetas ficam em constante atrito com o eixo. Além de lubrificar, os lubrificantes e impregnantes preenchem os espaços entre os fios, ajudando na vedação. As gaxetas atuam bem com todos os tipos de fluidos em amplas faixas de temperatura e pressão. 
FIGURA 2.2.2. Gaxeta para Bomba Centrífuga
FIGURA 2.2.3. Gaxetas na Bomba
Selo Mecânico
Essa selagem é complementar a selagem hidro centrífuga. Nesse caso, as bombas possuem um selo mecânico com face giratória retrátil, que impulsionado pela força centrífuga tem uma retração. Dessa forma, a selagem mista faz a vedação como a hidro centrífuga enquanto a bomba está em funcionamento, e uma vez desligada, o sistema de selo mecânico é acionado fazendo a vedação da bomba mesmo quando desligada. (Informação retirada do site de bombas da MB sobre selos mecânicos).
Apesar do baixo custo de instalação das gaxetas, estas podem deixar que se escape parte do fluido que está sendo recalcado, o que representa, além de perda no sentido de matéria e financeiro, uma contaminaçãodo ambiente, o que pode ser grave dependendo do fluido vazado. Além disso as gaxetas costumam não atuar bem em altas temperaturas, pressões, velocidades e na presença de sólidos em suspensão.
Para isso tem-se o selo mecânico, que é mais eficiente que as gaxetas no sentido de vedação, porém é um processo de selagem bem mais caro que o anterior. 
O selo mecânico é colocado na caixa de selagem, ou ainda, quando não há espaço suficiente na caixa, coloca-se uma sobreposta flangeada a caixa de selagem. A peça é constituída por um elemento rotativo, o anel primário (acompanha o movimento do eixo e é fixo ao mesmo) e outro estacionário, a sede (alojada a carcaça do equipamento), cada qual com suas respectivas vedações secundárias. Esses dois elementos constituem a chamada vedação principal e em contato permanente evitam a migração do fluido para a atmosfera. Devido o contato permanente, essas peças precisam estar sempre lubrificadas, lapidadas e polidas, diminuindo, dessa forma, a perda de calor e o atrito gerados.
A vedação secundária acima citada é responsável pela vedação do conjunto rotativo do selo com o eixo e da sede (peça estacionária) com a carcaça. Constitui-se de anéis, foles de borracha, cunhas em P.T.F.E. Essa vedação tem menor responsabilidade do que a principal, uma vez que não possue movimento relativo entre as peças nas quais têm contato. 
Existe também o sistema de molas, responsável pelo contato permanente da sede com o anel primário. Devido suas características, este sistema compensa qualquer desgaste entre as peças que compões a vedação principal.
FIGURA 2.2.4. Selo Mecânico para Bomba Centrífuga 
FIGURA 2.2.5. Selo Mecânico na Bomba
Comparação entre Gaxeta e Selo Mecânico
Na selagem por gaxeta há vazamento, uma vez que ela só o restringe, enquanto o selo mecânico impede por completo esse vazamento;
 Água de selagem (média): gaxetas: 0,3 m3/h ; selos (vaporização): 0,03 m3/h;
Potência parasítica (média): gaxetas: 2,5 kW; selos: 0,5 kW;
Mão de obra especializada: gaxetas: não; selos: sim;
Trocas estimadas: gaxetas: 3 meses; selos: 12 meses;
Custo inicial: gaxetas: baixo; selos: alto;
Após seis meses de utilização (em média), o selo torna-se a opção economicamente mais viável. O custo inicial do selo é mantido ao longo do tempo, enquanto para a gaxeta, devido à substituição dos anéis e luva do eixo, o custo de manutenção aumenta sensivelmente com o passar do tempo.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
Acionou-se a bomba e realizou-se quatro medições, sendo a primeira com a pressão de saída sendo zero (vazão máxima) e a última com a pressão de saída máxima, 2,5 kgf/cm2 (vazão nula), com uma variação dessa pressão de 0,5 kgf/cm2.
Para cada valor realizou-se o cálculo da vazão (recolheu-se um volume num determinado tempo, definido na hora do experimento), da carga manométrica e da rotação por minuto (por meio do tacômetro), e anotou-se o valor da pressão de entrada da bomba.
Ao fim, para construir a curva característica da bomba e compará-la com a fornecida pelo fabricante, foi-se necessário fazer um ajuste da rotação para n = 3500 rpm, para isso utilizou-se a lei de semelhança.
RESULTADOS E DISCUSSÃO 
A fim de se obter de se fazer o comparativo entre um gráfico experimental Q vs Hb e o gráfico disponibilizado pelo fabricante, fez-se a coleta de dados em que foram obtidos os seguintes dados presentes na tabela 1:
Tabela 1 – Dados colhidos experimentalmente em laboratório
	ENSAIOS
	Δh
	t
	n
	Pme
	Pms
	unidades
	mm
	s
	rpm
	mca
	kgf/cm2
	1
	100
	15,63
	3503
	1,65
	0
	2
	100
	18,38
	3510
	1,45
	0,5
	3
	100
	28,53
	3521
	1,3
	1,5
	4
	0
	0
	3540
	0,9
	2,5
Dessa forma foi possível calcular a primeira variável presente numa curva de bomba, a vazão Q:
em que a área do tanque (Atanque) tem valor de 0,25m2.
Note que como a área do tanque e o Δh estão em unidades diferentes, deve-se fazer a conversão de uma delas. Dessa forma, escolheu-se realizar a transformação do Δh para metros:
Após calculada a vazão Q, com objetivo de se chegar aos valores da carga manométrica da bomba, e, assim, tracar um gráfico Q vs Hb, calcula-se a velocidade de entrada (ve) e velocidade de saída (vs) na bomba:
em que o diâmetro de succao De vale 25.10-3m e o diâmetro de recalque Ds equivale a 14.10-3m.
Obtidas as velocidades, é finalmente possível efetuar o calculo de carga manométrica da bomba pela seguinte formula: 
em que: g = 9,8 m/s2
 γH2O = 1000 kgf/m3
Sabendo-se que os manômetros estão nivelados na horizontal, então Δz = 0. Portanto,
Nota-se na tabela 1 que as pressões de entrada e saída não tem as mesmas unidades, o que inviabiliza os cálculos. Para isso, efetua-se a transformação de metros de coluna d’agua (mca) em kgf/cm2, e posteriormente de kgf/cm2 em kgf/m2 para que seja possível o calculo de Hb :
Efetuando-se os cálculos obteve-se a tabela 2:
Tabela 2 – dados calculados para vazões, velocidades de sucção e recalque, pressões de sucção e recalque e carga manométrica da bomba.
	ENSAIOS
	Q
	Ve
	Vs
	Hb
	unidades
	m3/s
	m/s
	m/s
	m
	1
	1,6.10-3
	3,26
	10,39
	3,31
	2
	1,36.10-3
	2,77
	8,83
	7,14
	3
	8,76.10-4
	1,78
	5,69
	15,19
	4
	0
	0
	0
	24,1
Por fim, é possível construir a curva Hb = f(Q). Contudo, sendo a rotação normal da bomba (n = 3500 rpm) distinta da rotação real que se obteve nos experimentos, há necessidade de se fazer uma correção nos valores de Q e Hb, de tal forma que a comparação entre curva característica e curva do fabricante seja a mais fiel possível. Tal correção é dadas pelas seguintes relações de semelhança: 
Assim, fora construída a tabela 3:
Tabela 3 – Valores de vazões e cargas manométricas reais e valores de vazões e cargas manométricas esperadas
	Q
	Qn
	Hb
	Hbn
	m3/s
	m3/s
	m
	m
	1,6.10-3
	1,599.10-3
	3,31
	3,30
	1,36.10-3
	1,356.10-3
	7,14
	7,10
	8,76.10-4
	8,71.10-4
	15,19
	15,01
	0
	0
	24,1
	23,56
CONCLUSÃO
A bomba de selagem hidrocentrífuga, como a MB, evita vazamentos do fluido comparada as de selagem de gaxeta e selo hidráulico. Assim, seu uso é indicado para o bombeamento de fluidos corrosivos, como ácidos. A velocidade de entrada variou de 1,78 m/s a 3,26 m/s. Enquanto a vazão ficou entre 8,76*10-4 m3/s a 1,6*10-3 m3/s; sendo que no gráfico comparative ao do fabricante observou-se uma ligeira diminuição do seu valor. Isso provavelmente pelo tempo de uso da bomba. 
Entretanto a diferença foi maior com o aumento da vazão, para um menor Q as curvas são mais próximas. Isso porquê o desgaste é maior com o aumento da vazão. Mesmo assim, as curvas foram próximas, o que sugere a qualidade da bomba. 
BIBLIOGRAFIA
BOMBASMB.COM. Selo mecânico. Disponível em: <http://bombasmb.com/selo-mecanico/> Acessado em: 11/03/2018
BOMBASMB.COM. Bomba Centrífuga Química DS Horizontal. Disponivel em: <http://bombasmb.com/bomba-centrifuga-quimica-ds-horizontal/
> Acessado em: 11/03/2018
SANTOS, Sergio Lopes. Laboratorio de maquinas hidraulicas. Disponivel em: <file:///C:/Users/user/Downloads/Exp08_BombaMB%20(2).pdf> Acessado em: 11/03/2018