Relatorio (1)

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA 
CENTRO TECNOLÓGICO 
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA SANITÁRIA E AMBIENTAL 
DISCIPLINA ENS 5101- A 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RELATÓRIO AULA PRÁTICA - BOMBAS 
 
 
 
 
 
Luana Carolina Adamczevski 
Malu Beatriz Scherner 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
20 de Novembro de 2020 
 
1. Objetivo 
 
 
No presente relatório será realizado a análise das características de bombas centrífugas, 
tanto agindo de modo individual quanto associadas. As bombas em questão são utilizadas em 
instalações prediais. Além disso, podem ser associadas em série ou paralelo. No relatório em 
questão será abordado a associação em paralelo com tubulação de PVC. A altura manométrica 
será calculada por meio da Equação de Energia e no caso de associações é realizada ainda uma 
média entre as alturas geradas pelas duas bombas. A pressão na entrada da bomba será obtida 
através de um vacuômetro e a saída através de um manômetro. Há ainda a indicação da potência 
que ocorre no experimento, a qual é utilizada para o cálculo das potências absorvida e útil. 
Haverá a exposição do fenômeno da cavitação e serão estimadas as eficiências dos sistemas. 
 
 
2. Equipamentos, materiais e procedimento experimental 
 
2.1 Equipamentos e Materiais 
 
O esquema do experimento a ser realizado está ilustrado na Figura 1, e simula: 
● Um reservatório de água (RA); 
● Dois conjuntos motor-bombas centrífugas (BC1 e BC2), com cosφ = 0,72 e ηm 
= 0,66; 
● Medidor de vazão (Rotâmetro – MV); 
● Três manômetros do tipo Bourdon (MB1, MB2 e MB3); 
● Três válvulas de regulagem de vazão (VR1, VR2 e VR3); 
● Seis válvulas de travamento (VT1 a VT6); 
● Uma válvula simuladora de cavitação (VSC); 
● Válvula de travamento (VT7); 
● Válvula de alívio (VA); 
● Painel elétrico com dois Wattímetros; 
 
 
Figura 1- Esquema do experimento 
 
O software possui 3 módulos: válvulas, bombeamento e cavitação. 
 
● Para o módulo válvulas: Por meio de abertura e fechamento de é possível 
simular um sistema com uma única bomba, associação em série e em paralelo; 
● Para o módulo bombeamento: O procedimento experimental consiste em definir 
material do sistema (conforme instrução de associação para seu grupo) e realizar medidas, para 
diversas vazões, de: 
 
○ Para uma única bomba e associação: 
■ Pressão antes e depois de uma bomba, afim de se estimar: a altura manométrica; 
■ Elaborar a curva característica (Hman x Q); 
■ O consumo de energia elétrica, a fim de se elaborar a curva de rendimento; 
■ Posteriormente o procedimento é repetido com as duas bombas em série ou em 
paralelo (conforme instrução de associação para seu grupo). 
 
○ Para o módulo cavitação: Simula as possíveis mudanças no sistema que podem 
causar cavitação. 
 
2.2 Procedimento experimental 
 
2.2.1 Primeira parte - Módulo de Válvulas 
 
1) Circuito para bomba individual 
 
 
Imagem 01: Circuito para bomba individual 
 
2) Circuito para duas bombas em série 
 
 
Imagem 02: Circuito para duas bombas em série 
 
 
3) Circuito para duas bombas em paralelo 
 
 
Imagem 03: Circuito para duas bombas em paralelo 
 
 
2.2.2 Módulo de Bombeamento 
 
Para o procedimento, foram feitas leituras utilizando um software disponibilizado, 
LabHidra. A seguir é possível observar os dados coletados da bomba individual: 
 
 
 Tabela 01: Dados coletados de bomba individual 
 
 
Imagem 04: Curva da altura manométrica e rendimento para a bomba individual em relação a vazão 
 
 
Imagem 05: Curva da potência para bomba individual em relação a vazão 
 
 
 
A seguir, os dados coletados para as bombas associadas em paralelo: 
 
 
Tabela 02: Dados coletados para bombas associadas 
 
 
Imagem 06: Curva da altura manométrica para a bomba individual e para bombas associadas em 
relação a vazão 
 
 
 
2.2.2.1 ΔP e altura manométrica H para cada Q 
 
 
Para calcular a altura manométrica da bomba e da associação foi utilizado a equação de 
energia, onde foi considerado o volume de controle a entrada e saída da bomba, porém como a 
vazão de entrada é igual à de saída, as velocidades também são as mesmas. Além disso, 
considerando que não há diferença de alturas geométricas na entrada e na saída, a carga 
potencial também se equipara, por isso não é considerado as perdas de carga. Dessa forma, a 
equação da energia pode ser reduzida: 
 
 
Equação de energia 
 
Para bomba individual, temos: 
 
 
 
 
 
 
Tabela 03: Cálculo da ΔP* e da altura manométrica H para cada Q 
 
* Onde Pe foi medida pelo vacuômetro e Ps medida pelo manômetro 
 
 
Para os cálculos da associação em paralelo é importante levar em consideração que as 
vazões são somadas e as perdas de cargas são iguais. Foi utilizado a fórmula a seguir, onde é 
necessário fazer a média das alturas manométricas de cada bomba. 
 
 
 
 
Tabela 04: Cálculo da ΔP* e da altura manométrica H para cada Q 
 
 
2.2.2.2 Potência hidráulica, potência absorvida e potência útil para cada vazão 
 
O motor elétrico tem como função transformar a energia elétrica em energia mecânica 
no rotor da bomba. Entretanto nem toda energia elétrica é convertida em energia mecânica e 
nem toda energia mecânica é convertida em energia hidráulica. 
 
● Potência disponível é a potência fornecida pela rede elétrica: 
 
● Potência absorvida é a potência elétrica que o motor retira da rede: 
 
 
● Potência útil é a potência mecânica disponível no eixo do motor: 
 
 
 
● Potência da bomba é a potência consumida pela bomba: 
 
 
Na tabela a seguir é possível analisar a potência hidráulica, absorvida e útil de cada 
vazão em uma bomba individual: 
 
 
 
 
Tabela 05: Cálculo da potência hidráulica, potência absorvida e potência útil para cada vazão na bomba 
individual 
 
n Q (m³/s) H (m) Potcoletada (W) PotH (W) Pota (W) Potu (W)
1 0.000333333 16.01042 420 52.30069 302.4 277.2
2 0.000416667 16.01042 430 65.37587 309.6 283.8
3 0.0005 16.01042 440 78.45104 316.8 290.4
4 0.000583333 15.51009 450 88.66602 324 297
5 0.000666667 15.51009 470 101.3326 338.4 310.2
6 0.00075 15.00977 480 110.3218 345.6 316.8
7 0.000833333 14.61148 490 119.3271 352.8 323.4
8 0.000916667 14.21319 510 127.6818 367.2 336.6
9 0.001 14.34924 520 140.6226 374.4 343.2
10 0.001083333 13.98497 530 148.4737 381.6 349.8
11 0.001166667 13.62069 550 155.7299 396 363
12 0.00125 13.25642 560 162.3911 403.2 369.6
13 0.001333333 12.92615 570 168.9017 410.4 376.2
14 0.001416667 12.06155 580 167.4545 417.6 382.8
15 0.0015 11.73129 600 172.45 432 396
16 0.001583333 11.43504 610 177.4337 439.2 402.6
17 0.001666667 10.60445 620 173.206 446.4 409.2
Já para bomba associada temos: 
 
 
Tabela 06: Cálculo da potência hidráulica, potência absorvida e potência útil para cada vazão nas bombas 
associadas 
 
 
2.2.2.3 Rendimento hidráulico para cada vazão 
 
Para obter o rendimento hidráulico (rendimento global do conjunto elevatório), basta 
multiplicar o rendimento da bomba pelo rendimento do motor: 
 
 
 
É possível observar na tabela a seguir o rendimento hidráulico para bomba individual. 
 
 
 
Já para bomba associada em paralelo, na tabela seguinte. 
 
 
 
n Q (m³/s) PotH (W) Potu (W) ηh (%)
1 0.000333 53.93509 541.2 9.965833
2 0.000417 67.41886 554.4 12.16069
3 0.0005 79.67684 561 14.20264
4 0.000583 92.95631 574.2 16.18884
5 0.000667 104.6014 580.8 18.00988
6 0.00075 117.6766 587.4 20.03346
7 0.000833 130.7517 600.6 21.77019
8 0.000917 139.3323 613.8 22.69995
9 0.001 151.9989 613.8 24.76359
10 0.001083 165.0266 627 26.32003
11 0.001167 175.6385 633.6 27.72072
12 0.00125 185.9529 646.8 28.74967
13 0.001333 196.4143 653.4 30.06034
14 0.001417 206.1615 660 31.23659
15 0.0015 216.1112 673.2 32.10208
16 0.001583 229.7006 686.4 33.46455
17 0.001667 235.2848 693 33.95163
2.2.2.4 Gráficos 
 
1) Curva manométrica da bomba individual e da associação (Hm x Q) 
 
 
Imagem 07: Gráfico Hm xQ da bomba individual e das associadas 
 
2) Curva de potência hidráulica da bomba individual e da associação (PotH x Q) 
 
 
Imagem 08: Gráfico PotH x Q da bomba individual e das associadas 
 
 
3) Curva da potência útil e hidráulica em função da vazão para a bomba individual 
(PotH x Q e Potu x Q) 
 
 
Imagem 09: Gráfico PotH x Q e Potu x Q da bomba individual 
 
4) Curva da potência útil e hidráulica em função da vazão para a bomba associação 
(PotH x Q e Potu x Q) 
 
 
Imagem 10: Gráfico PotH x Q e Potu x Q das bombas associadas 
 
5) Curva do rendimento hidráulico em função da vazão para a bomba individual e da 
associação (η x Q) 
 
 
Imagem 11: Gráfico η x Q da bomba individual e das bombas associadas 
 
 
3. DISCUSSÕES 
 
1. Disserte sobre as mudanças nas curvas manométricas em decorrência da 
realização da associação. Explique o que aconteceu e os motivos teóricos para isso. 
 
Como foi possível observar nos dados coletados da bomba individual e também na 
bomba associada, houve uma variação. O aumento da altura manométrica está relacionado com 
o aumento da perda de carga. E por conta disso, o aumento de carga se dá pelo aumento do 
trecho pelo qual a água irá percorrer. 
 
2. Disserte sobre as mudanças nas curvas de potência com a realização da 
associação. Explique o que aconteceu e os motivos teóricos para isso. 
 
A bomba de associação mantém uma crescente constância de potência conforme 
analisado no relatório. A vazão dessa mesma bomba vai aumentando enquanto a individual 
apresenta um bom desempenho, mas depois começa a estabilizar e perde a capacidade de 
aumentar a potência. 
Para necessidade de vazões menores, a individual é suficiente, mas quando se trata de 
vazões maiores, a individual é inviável e é necessário usar uma bomba associada. 
 
3. Em qual vazão ocorreu o maior rendimento? O que significa esse ponto? Houve 
alguma mudança com a associação? 
 
Bomba individual: 44,8% 
Bomba associada: 33,9% 
 
O maior rendimento na bomba associada foi na última leitura de vazão, dessa forma, é 
possível entender que o rendimento aumenta de acordo com o aumento da vazão. 
 
 
 
Para cavitação: 
 
1. Disserte sobre as três formas que podem ser simuladas, no software, a cavitação 
e indique a que na prática poderia ocorrer em uma estação de bombeamento 
 
Para esse módulo, o software apresentou três maneiras de análise, levantando a 
influência do nível do reservatório, da cota da bomba e da perda de carga localizada. 
No primeiro caso, quando reduzimos o nível do reservatório, há uma diminuição da 
pressão absoluta na entrada da bomba que é o ponto de menor pressão do sistema, gerada pela 
queda da carga inicial. A medida que a pressão de escoamento diminui, seu valor se aproxima 
ao da pressão de vapor. A igualdade desses dois últimos valores citados é o parâmetro que leva 
ao processo de cavitação, então, quando mais próximos eles forem, mais propícia é a ocorrência 
do processo. 
 
 
 
A segunda forma estudada para entender a cavitação é a influência da cota da bomba 
do sistema, a qual, quando elevada, provoca o aumento da perda de carga, visto que gera um 
maior trecho de tubulação, e reduz a pressão absoluta no ponto de menor pressão do sistema, 
que é a entrada da bomba, aproximando-a da pressão de vapor e aumentando a possibilidade 
da cavitação. 
 
 
 
Por fim, mas não menos importante, tem-se a análise da variação da perda de carga 
localizada, a partir do fechamento da válvula simuladora de cavitação. Fechando essa válvula 
de espera, o tamanho da seção é reduzido, provocando um aumento da perda de carga 
localizada. Assim, a pressão de entrada na bomba é diminuída e se aproxima do valor da 
pressão de vapor e favorece a ocorrência de cavitação.