Relatório Laboratório de Engenharia Química I - Bombas Hidraúlicas

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RELATÓRIO DE AULA PRÁTICA SOBRE CURVA DA BOMBA
PROFESSOR: ELMO DE SENA FERREIRA JÚNIOR; ACADÊMICOS: ANIZIA DURANS; DANIEL DE ARAUJO MUNIZ; EDVANDER PRUDENTE DE ALMEIDA; GESSE RIBEIRO; JORDSON ALVES DE BRITO; MAXWELL BEZERRA; WESLEY DINIZ 
Faculdade Pitágoras São Luís, Engenharia Química, Laboratório de Engenharia Química I 
E-mail para contato: elmo.ferreira@kroton.com.br; aniziafurtado@gmail.com; edvander.prudente@cimentobravo.com.br; danielaraujomuniz@hotmail.com; gesseribeiro17@hotmail.com; maxwell2014.41@gmail.com.
RESUMO – Neste experimento, será observada a queda de pressão em relação às diferentes vazões para cada tipo de associação. De posse desses dados, a Curva da Associação das Bombas poderá ser feita, onde a ordenada representa a altura manométrica e a abscissa, a vazão. Posteriormente, serão analisados os pontos de operação do sistema, sendo estes representados pelo ponto de interseção da curva do sistema com a curva da bomba. Este experimento é passível de produzir resultados satisfatórios. Por exemplo, no caso da associação em série, espera-se que cada bomba forneça metade da carga da associação e, no caso da associação em paralelo, espera-se que cada bomba forneça metade da vazão da associação em questão.
1. INTRODUÇÃO
4 
 
Bombas são dispositivos com grande importância ao longo da história da humanidade. Como exemplos, podem ser citadas o parafuso de Arquimedes, que foi utilizado para irrigar os jardins suspensos da babilônia, e o fole de Hesse, uma bomba de ar construída no final do século XVII. 
Bombas são máquinas hidráulicas que funcionam com o objetivo de transferir líquidos de um lugar para outro, ou seja, os conferem energia. Essa energia pode ser proveniente de um eixo, haste ou até de outro fluido, sendo fornecida ao líquido na forma de aumento de pressão, aumento de velocidade ou aumento de elevação. Funcionam basicamente através da diferença de pressão exercida dentro do tubo, garantindo a sucção e a posterior descarga do material. Elas podem ser de deslocamento positivo (que imprimem certa quantidade de movimento) ou centrífugo (que impelem o fluxo contínuo dependendo da pressão). 
Existem diversos modos de se avaliar diferentes bombas e os diferentes sistemas em que uma bomba irá trabalhar. Um modo simples e objetivo de fazer tal avaliação são através das chamadas curvas da bomba e curva do sistema. São gráficos que relacionam a vazão e a altura manométrica.
2. OBJETIVO
Operar uma bomba centrífuga e realizar medidas de vazão e leituras em medidor de pressão. A partir de ensaios, determinar a curva característica da bomba: altura manométrica em função da vazão.
2.1 OBJETIVOS ESPECIFICOS
Traçar a curva característica da bomba H x Q.
Comparar a curva obtida com a curva fornecida pelo fabricante (ver site internet do fabricante).
Discutir o fenômeno de cavitação observado.
Comparar a curva da bomba com a curva do sistema.
3. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA:
Fundamentação Teórica Considerando o seguinte sistema:
Figura 1: Exemplo de sistema de bombeio
Onde: S: Sucção D: Descarga z1: Altura do nível do tanque 1 até o centro da bomba z2: altura do centro da bomba até o nível do tanque 2 Balanço de energia em cada um dos trechos:
É comum a utilização de gráficos do tipo altura manométrica total (AMT) versus vazão volumétrica (Q) com duas curvas plotadas: a curva do sistema e a curva da bomba. O encontro destas duas curvas determina o ponto de operação de determinada bomba operando em determinado sistema.
O estudo da associação de bombas é de grande importância para os processos industriais. Geralmente, as associações de bombas são feitas a fim de resolver problemas de vazão ou altura manométrica. Além disso, tais associações possibilitam em alguns sistemas maior flexibilidade e segurança operacional. Basicamente, existem dois tipos de associações:
Associação em série: objetiva um aumento da carga manométrica. Neste caso, a descarga de cada bomba é conectada à sucção da seguinte, de modo que a vazão será a mesma em todas as bombas, enquanto que a pressão de descarga desenvolvida será a soma de cada uma das unidades. Desta forma, a curva da associação é obtida pela soma das AMTs para uma mesma vazão;
Associação em paralelo: objetiva um aumento da vazão. A curva da associação é obtida pela adição das vazões de cada bomba para uma mesma AMT. Este tipo de associação apresenta como vantagens o fato de que, caso ocorra uma falha em das bombas, a vazão não seria zerada, apenas reduzida e, ainda, no caso de grandes variações de vazão, pode-se retirar uma ou mais bombas de operação, sem perda de eficiência.
4 METODOLOGIA:
O equipamento possui um reservatório (1) conforme mostra as figuras abaixo, dividido em duas partes, um para a descarga da bomba (figura 3) e outro para a alimentação do sistema (figura 2). Um conjunto de 2 bombas, denominadas de B1 e B2. O sistema conta também com dois rotâmetros, um quadro de força. Para a determinação de curva característica da bomba, serão utilizadas a própria bomba centrífuga, um manômetro, um vacuômetro, tubulações e válvulas, régua, cronômetro e estabeleceu-se a temperatura de 25. 
O procedimento experimental seguido foi o seguinte: 
1. Medimos diâmetro das tubulações de sucção e de descarga; 
3. Regular válvula de 3 vias para que o líquido saísse pelo reciclo; 
4. Abrimos as válvulas de regulagem de vazão; 
5. Ligamos o motor que aciona a bomba; 
6. Distribuímos 4 pontos entre a vazão máxima e a mínima (equivalente a 5 valores de vazão) Para cada vazão 
Medimos: 
a) A temperatura da água; 
b) A pressão na descarga; 
c) A pressão na sucção; 
d) Vazão, através da coleta de massa escoada por um tempo cronometrado (repetimos as medidas, em um total de 2 medidas).
Dados: 
– Densidade da água: 998 kg/m3 
– Viscosidade da água: 0,001 Pa s 
– Aceleração da gravidade: 9,8 m/s2
– Altura: 6,29m
– Tubo ¾ rugoso
	
	
	Figura 2- Reservatório de alimentação do sistema
	Figura 3- Reservatório de descarga da bomba
	
	
	Figura 4- Manômetro do sistema
	Figura 5- Vacuômetro do sistema
6 
 
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO 
Mediu-se a pressão na sucção e na descarga, para diferentes valores de vazão. Na tomada de valores a válvula foi sendo aberta a uma razão de voltas regular. Os dados obtidos estão nas tabelas a seguir:
3.1. Determinação do Volume do Recipiente 
O volume de um recipiente cúbico é determinado através do produto da área da base pela altura.
V = a . a . a
V = 32,2 cm . 22,8 cm . 34.9 cm
V = 25.622,184 cm3 = 0, 0,025622184 m3
Tabela 1- Coleta de Dados da operação da bomba
	Ponto
	Vazão (L/h)
	Pressão
	Tempo p/s
	
	
	
	Vazão (Q) em L/h (sugerida)
	Vazão (Q) em L/h (medida)
	Sucção 
Pvac (mmHg)
	Descarga Pman (Kgf/cm²)
	
	Peso Específico da água (ρ)
	Gravidade (G)
	1
	0
	0
	0
	18,5 mca
	
	1000
	9,81
	2-1a Q
 
	100
	
	-50 mm Hg
	12,0 mca
	36,25
	
	
	3- 2a Q
	200
	
	-65 mm Hg
	10,0 mca
	24,78
	
	
	4-3a Q
	300
	
	-70 mm Hg
	8,5 mca
	20,50
	
	
	5-4a Q
	400
	
	-75 mm Hg
	7,5 mca
	19,79
	
	
Tabela 2- Dados Pscal
	Ponto
	Vazão (L/h)
	Pressão
	Tempo p/s
	
	
	
	Vazão (Q) em L/h (sugerida)
	Vazão (Q) em L/h (medida)
	Sucção 
Pvac (mmHg)
	Descarga Pman (Kgf/cm²)
	
	Peso Específico da água (ρ)
	Gravidade (G)
	1
	0
	0
	0
	1811423,03
	
	1000
	9,81
	2-1a Q
 
	100
	0,000695724
	6666,1184
	117600
	36,25
	
	
	3- 2a Q
	200
	0,001017756
	8665,953
	98000
	24,78
	
	
	4-3a Q
	300
	0,001230244
	9332,565
	81340
	20,5
	
	
	5-4a Q
	400
	0,001274381
	9999,1776
	71540
	19,79
	
	
Tabela 3 - Dados do Sistema 
	DIAMETRO
	π
	COMPRIMETO
	C(PVC)
	AREA
	0,0195
	3,14
	6,29
	140
	0,000284878
	QUANTIDADE
	ACESSÓRIOS
	CONSTANTE K
	4
	Adaptadores
	1,4
	3
	Conexões
	0,4
	15
	T
	0,6
	5
	Curvas de 90°
	1,23
	Registros
	0,2
	2
	Luvas LR
	0,25
	 TOTAL
	22,9
Tabela 4 - Dado da perda de carga distribuída
	Hf 2
	Hf 3
	Hf 4
	Hf 5
	J
	0,344124238
	J
	0,7903
	J
	1,1223
	J
	1,198
	Hf2
	2,4592
	Hf3
	4,9708
	Hf4
	7,0595
	Hf5
	7,5352
Tabela 4 - Dados da perda de carga localizada
	Hl 2
	Hl 3
	Hl 4
	Hl 5
	6,961339244
	14,89725378
	21,76712635
	23,35700921
	VELOCIDADE 2
	VELOCIDADE 3
	VELOCIDADE 4
	VELOCIDADE 5
	2,442182752
	3,572603904
	4,31849389
	4,473427223
Tabela 5 - Dados da perda de carga total (Ht)
	Hl 2
	Hl 3
	Hl 4
	Hl 5
	9,420539244
	19,86805378
	28,82662635
	30,89220921
Gráfico 1 – Curvas de operação das Bombas
Gráfico 2 – Curvas fornecida pelo fabricante (ver site internet do fabricante).
De posse dos dados da altura manométrica total (representada por H nas tabelas) e da vazão, foi possível traçar uma curva para cada associação e a curva de uma bomba, representada pelo gráfico 1.
	Para que fosse possível a verificação do ponto de operação de cada associação, foi traçada uma curva de sistema, representando assim, os pontos de operação. Comparou-se com a curva fornecida pelo fabricante, conforme gráfico 2. Quando comparamos a curva obtida experimentalmente e a curva teórica, a curva teórica está acima da curva experimental para valores de vazão em que a perda de carga no circuito é considerável.
Referente ao ponto ótimo de operação da bomba é o ponto de equilíbrio de funcionamento do sistema, quando as curvas padrões da bomba e do sistema se cruzam. Um exemplo disto é quando o registro é aberto em diferentes vazões, e começa o escoamento do fluido e as equivalentes perdas de carga, decrescendo o valor da altura manométrica, com o aumento da vazão de escoamento, a energia cinética vai aumentando e, como resultado a pressão vai diminuindo até atingir o equilíbrio chamado de ponto ótimo de operação. Durante o experimento observou-se 4( quatro) momentos de cavitação. Fenômeno este que ocorre no interior sistema hidráulico, consistindo na formação de bolhas de vapor no meio fluido, devido ao aumento da pressão estática absoluta local caindo abaixo da pressão de vapor do liquido
4. CONCLUSÃO 
Por meio do experimento, pôde-se construir a curva da altura manométrica da bomba pela vazão volumétrica. Isso foi feito através de medições das pressões de sucção e descarga para diferentes valores de vazão e pela medição dos valores de vazão. Também foi possível calcular a potência (WHP) da bomba. Pode-se perceber uma semelhança de valores de altura manométrica, vazão e WHP para as vazões W4 e W5, o que pode ter ocorrido por defeito da válvula ou erro do experimentador. Fora isso, o experimento pode ser considerado satisfatório
6. REFERÊNCIAS
SENA, Elmo. Bombas Hidráulicas. Roteiro de experimento em laboratório referente à disciplina Laboratório de Engenharia Química I, ministrada no 10º período do curso de Engenharia Química da Faculdade PItagoras de São Luis-MA.
AZEVEDO NETTO, J.M.; FERNANDEZ Y FERNANDEZ, M.; ARAUJO, R. DE; ITO, A.E. Manual de Hidráulica. 8ª ed. 3ª reimpressão. São Paulo: Editora Edgarda Blücher Ltda, 2003.
BERNARDO, S. Manual de irrigação. 5. ed. Viçosa: UFV, 1989. 596p
Bird R. Byron et al. Fenômenos de Transporte. Rio de Janeiro, ed. 2. LTC – Livros Técnicos Científicos.
FOUST, Alan S. et al. Princípios das Operações Unitárias. Rio de Janeiro, LTC – Livros Técnicos.
FOX, R.W.; PRITCHARD, P.J.; MCDONALD. A. T. Introdução à Mecânica dos Fluidos. 6ª ed. Rio de Janeiro: LTC – Livros Técnicos e Científicos Editora S.A., 2006.
IGNÁCIO, R.F. Mecânica dos Fluidos para Eng. Química, publicada no sítio: http://www.es cola davida.eng.br ® 23/04/2000.
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