Grupo 4 - Experimento 6_ Curvas de Bomba

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UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE
ESCOLA DE ENGENHARIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA E DE PETRÓLEO
EXPERIMENTO: CURVA DE BOMBAS
Identificação do roteiro
Disciplina: LABEQ
Turma: Z1 (segunda-feira)
Componentes: Luciana Martins (lucianamac@id.uff.br)
Maria Fernanda Souza (mariafernandasouza@id.uff.br)
Mariana Lima (limamariana@id.uff.br)
Niterói
22 de julho de 2020
Introdução
As curvas características das bombas centrífugas relacionam a vazão recalcada com a altura manométrica alcançada (H), com a potência absorvida (P) e com o rendimento (η). Muitas vezes também apresentam a altura máxima de sucção (Hs,máx) ou a energia específica positiva líquida de sucção requerida pela bomba (NPSH ou net positive suction head). As curvas características apresentam o seguinte aspecto:
Figura 1: Curvas características 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
η = rendimento
Nesse tipo de bomba, a energia mecânica é transferida ao líquido pelas forças centrífugas geradas no rotor. Considerando a mesma carcaça, a intensidade dessas forças variam com as dimensões, forma e número de giros do rotor. Assim, ao modificarmos qualquer destes três parâmetros, alteramos, de modo correspondente, a curva característica da máquina.
· Altura
É uma medida de uma coluna de líquido que a bomba poderia criar resultante da energia cinética que a bomba dá ao fluido. A principal razão para usar altura ao invés de pressão para medir a energia de uma bomba é que a pressão varia dependendo da densidade (ρ) do fluido, mas a altura permanecerá a mesma.
· Potência
O trabalho realizado por uma bomba é uma função da altura manométrica total e do peso do líquido bombeado num determinado período de tempo. 
Onde:
Q (m³/h) – Vazão da bomba
H (m) – Altura manométrica total
γ (kgf/dm³) – Peso específico do fluido
· Eficiência
A potência Wi é maior que Wh devido a perdas hidráulicas e mecânicas no interior da bomba. Por consequência, o rendimento da bomba é a razão destes dois valores:
· NPSH
A expressão “NPSH” representa a energia em altura absoluta do líquido no flange de sucção da bomba acima da pressão de vapor deste líquido na temperatura de bombeamento, referenciada à linha de centro da bomba. Portanto, o fim prático do NPSH é impor limitações às condições de sucção, de modo a manter a pressão na entrada do rotor da bomba acima da pressão de vapor do líquido bombeado.
NPSH Disponível (NPSHdisp)
É uma característica da instalação em que a bomba opera, e da pressão disponível do líquido no lado da sucção. O NPSHdisp pode ser calculado através desta equação:
= pressão atmosférica;
 = peso específico;
= pressão de saturação do líquido;
= velocidade de entrada;
g = gravidade.
NPSH Requerido (NPSHreq)
Normalmente, as curvas características de uma bomba incluem a curva de NPSHreq em função da vazão. Esta curva é uma característica própria da bomba e pode ser obtida experimentalmente nas bancadas de testes dos fabricantes. No teste para obtenção do NPSHreq, é utilizada como critério a queda de 3% na altura manométrica para uma determinada vazão. Este critério é adotado pela HI (Hydraulic Institute) e API 610 (American Petroleum Institute Standard 610).
Cavitação
Cavitação é um termo usado para descrever o fenômeno que ocorre numa bomba quando existe insuficiente NPSH disponível em relação ao NPSH requerido. Quando a pressão do líquido é reduzida a um valor igual ou abaixo de sua pressão de vapor, começam a formar pequenas bolhas ou bolsas de vapor. Como estas bolhas se movem à frente das pás do rotor para uma zona de pressão mais alta, elas rebentam rapidamente. O arrebentamento é tão brusco que gera um ruído violento, como se a bomba estivesse bombeando cascalho. Por isso, a maneira mais fácil de reconhecer que a bomba está cavitando é através do acompanhamento do ruído da bomba.
Outra consequência do colapso das bolhas é a retirada de material da superfície (pitting) de onde ocorrem as implosões, causando principalmente, dependendo da intensidade e duração, a erosão do rotor. Além de danos no rotor, a cavitação normalmente resulta em redução da capacidade da bomba devido ao vapor presente, redução e instabilidade da altura manométrica, vibração e defeitos mecânicos.
Objetivos
Este experimento tem como objetivo determinar a curva característica de uma bomba centrífuga. 
Materiais
Serão necessários para realizar o experimento os seguintes materiais: 
· Bancada hidráulica 
· Cronômetro 
A bancada hidráulica, representada na Figura 1, é composta por uma bomba centrífuga (III) conectada a um tanque de água (I). Na saída do tanque, há um hidrômetro (II) instalado. Estão instalados, também, um manômetro (IV) e uma válvula globo (V) na tubulação de saída da bomba.
Tanque de água
Hidrômetro
Bomba centrífuga
Manômetro
Válvula globo
Figura 2 – Esquemático da bancada hidráulica
Procedimento Experimental
Para realizar o procedimento experimental, siga os itens abaixo.
1) Verifique a estrutura da bancada hidráulica. Confira os valores indicados no hidrômetro e no manômetro. Verifique se a válvula está totalmente fechada, se a bomba está desligada e se o tanque de água está cheio.
2) Anote os valores indicados no hidrômetro e no manômetro.
3) Ajuste a vazão desejada por meio da válvula de regulagem de fluxo, instalada na saída da bomba. Sugestão: vazão inicial com abertura da válvula em 10%.
4) Acione a bomba e inicie a contagem no cronômetro. Sugestão: tempo de análise de 60s.
5) Antes de desligar a bomba, anote os valores indicados no hidrômetro e no manômetro.
6) Repita o procedimento para diferentes vazões. Sugestão: aberturas da válvula em 25%, 50%, 75%, 100%.
7) Desligue a bomba.
Apresentação de dados e resultados
1. Elaboração da curva característica da bomba (utilizar as tabelas no apêndice):
1.1. Carga de pressão – Determinar as pressões de entrada e de saída (obtida do manômetro) da bomba.
1.2. Vazão bombeada (para cada posição da válvula globo) – Ler o volume de líquido no hidrômetro.
1.3. Velocidade média do escoamento (na seção de entrada e na de saída)
1.4. Determinação da carga manométrica 
Sugestão: escolher o plano horizontal de referência no eixo da bomba. 
Obs.: A curva anterior será obtida para a rotação fornecida pelo fabricante ( em rpm) e não para a rotação lida, portanto é necessário corrigir a vazão e a carga manométrica.
1.5. Construir a curva característica da bomba (incluindo a situação de vazão zero, vazão de shut off). 
Figura 3 - Exemplo de curva característica de bomba
2. Elaboração do gráfico de potência absorvida por vazão 
2.1. Calcule a potência com a fórmula:
3. Elaboração do gráfico de rendimento por vazão 
3.1. Calcule o rendimento com a fórmula: 
Sendo a potência que o motor na bomba fornece (especificada pelo fabricante da bomba).
4. Elaboração do gráfico de NPSH disponível por vazão
4.1. Calcule o NPSH disponível com a fórmula: 
 
Questões a serem discutidas
· Qual foi o tipo de curva característica obtida para a bomba ensaiada? 
Obs.: Lembrando que existem os tipos: estável ou rising, instável ou dropping, inclinado acentuado ou steep, plana ou flat, instável.
· Os escoamentos tratados neste experimento estão em regime estacionário? Discuta.
· A bomba ensaiada cavitou? Por quê?
Bibliografia
· Universidade Estadual de Campinas (Unicamp). Experiência nº 6 – Obtenção da Curva Característica de uma Bomba Centrífuga. Campinas (SP); 2016.
· Ahmari, H.; Kabir, S. M. I. Experimet 10 - Pumps. Texas: University of Texas ; 2019.
· Universidade de São Paulo (USP). Experimento – Curva Característica de uma Bomba. São Paulo (SP); 2017.
· Centro Universitário FEI. Experiência de Bomba. São Paulo (SP); 2012.
· Cavitação em Bombas. Responde Aí, 2020. Disponível em: https://www.respondeai.com.br/aprender/topico/127/1448/teoria/1363. Acesso em: 13/07/2020.
· NICOLI, Eduardo e GILSON, Anderson. Análise experimental de curvas de bombas centrifugas radiais 2004.UniversidadeFederal do Espírito Santo (UFES), Vitória 2004. Disponível em: http://mecanica.ufes.br/sites/engenhariamecanica.ufes.br/files/field/anexo/eduardo_nicoli_-_anderson_gilson_.pdf. Acesso em 15/07/2020.
· PREUSS, Thiago de Souza. Apresentação do cálculo das características necessárias à seleção de uma bomba para o sistema de lastro de um navio portacontêiner, 2013. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro 2013. Disponível em: http://monografias.poli.ufrj.br/monografias/monopoli10005366.pdf. Acesso em 16/07/2020.
· OMEL. Bombas centrífugas. [S.I] Disponível em: http://www.omel.com.br/artigos-tecnicos/escola-de-bombas/centrifugas/. Acesso em 15/07/2020.
Apêndice
Tabelas para preenchimento dos dados obtidos
	Dados coletados
	Abertura da válvula globo
	0%
	25%
	50%
	75%
	100%
	Volume 
	 
	 
	 
	 
	 
	Tempo 
	 
	 
	 
	 
	 
	Pressão de entrada (P1 )
	 
	 
	 
	 
	 
	Pressão de saída (P2 )
	 
	 
	 
	 
	 
	Dados calculados
	Abertura da válvula globo
	0%
	25%
	50%
	75%
	100%
	Vazão bombeada (Q)
	 
	 
	 
	 
	 
	Velocidade média 
	 
	 
	 
	 
	 
	Carga manométrica (HB)
	 
	 
	 
	 
	 
	Potência absorvida
	
	
	
	
	
	Rendimento
	
	
	
	
	
	NPSH disponível