Dimensionamento de Bancada para Ensaio com Bombas Centrífugas

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Associação em série

A associação em série visa aumentar a energia fornecida ao fluido e é utilizada em instalações com grandes alturas de elevação, ou então, quando há necessidade do desenvolvimento de grandes pressões.

Esse tipo de associação pode ser feita de duas maneiras:

- Colocando-se dois ou mais rotores no mesmo eixo da bomba (bombas multicelulares);

- Colocando-se duas ou mais bombas independentes interligadas;

Neste último caso, o arranjo é feito de forma que a descarga de cada bomba seja conectada à sucção da seguinte, de modo que a vazão será a mesma em todas as bombas, enquanto que a pressão total do sistema será a soma das pressões desenvolvidas pelas bombas associadas. O gráfico 1 apresenta a curva característica de duas bombas iguais em série. Através dele é possível verificar a altura manométrica duas vezes maior das bombas associadas se comparada à curva característica da bomba individual para um mesmo valor de vazão.

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Gráfico 1 - Curva característica de uma associação em série

Associação em paralelo

A associação em paralelo visa aumentar a vazão recalcada e dar ao sistema uma maior flexibilidade, em termos de atendimento da demanda, através da retirada ou colocação das unidades em funcionamento. É muito utilizada em abastecimento de água de cidades e serviços industriais. Também pode ser feita de duas maneiras diferentes:

- Colocando-se um rotor de dupla sucção;

- Colocando-se duas ou mais bombas independentemente interligadas.

Nessa associação, a tubulação de recalque de cada bomba é conectada à tubulação de recalque do sistema, de modo que a pressão na saída, será a mesma em todas as bombas, enquanto que a vazão total será a soma das vazões desenvolvidas pelas bombas associadas. O gráfico 2 apresenta a associação em paralelo de duas bombas iguais. É possível perceber as vazões volumétricas somadas quando a altura manométrica se mantém constante durante a associação.

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Gráfico 2 – Curva característica de uma associação de duas bombas iguais em paralelo.

ObjetivoO presente trabalho tem como objetivo desenvolver um projeto de uma bancada de associação de bombas para fins didáticos, que proporcione ao estudante, sob orientação de um professor, aquisitar dados durante um ensaio e com isso, traçar gráficos que correspondam às curvas características das bombas em estudo, estejam elas associadas em série ou em paralelo. Além das bombas, centrífugas nesse caso, será necessária a instalação de equipamentos para medição da pressão (manômetros e vacuômetros) nas tubulações de sucção e recalque em cada uma das bombas em operação, além de medidores de vazão (rotâmetros). Válvulas deverão ser instaladas ao longo de toda linha de forma a permitir a associação das bombas conforme a necessidade do experimento, além de um reservatório de água, que será responsável tanto pela alimentação das bombas durante a sucção quanto pelo recebimento do fluido recalcado, de maneira cíclica. A figura 1 é um esquema básico de como acontece a associação entre bombas. É possível verificar a instalação de 4 registros que tem por finalidade viabilizar a configuração do sistema conforme se queira ensaiar as bombas, manômetros e vacuômetros, que são essenciais para a obtenção de valores necessários para se traçar as curvas de cada tipo de associação.

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Figura 1 – Esquema de associação de bombas.

Desenvolvimento

Características a serem avaliadas para o projeto

Perda de carga

Quanto às instalações, a perda de carga deve ser calculada a fim de se dimensionar o valor de altura manométrica fornecido pela bomba para a aplicação. Como perda de carga entende-se como a perda de energia de pressão do fluido ao longo da tubulação, devido ao atrito com a parede dos tubos e os “obstáculos” a serem transpassados pelo fluido (conexões, válvulas e etc.). Esse valor acumulado ao longo da movimentação do fluido pela tubulação deve ser somado à pressão necessária para elevação do mesmo ao nível geométrico desejado, para que seja obtido então o valor de altura manométrica da bomba, essencial para a escolha correta do equipamento.

Investimento e custo operacional

Segundo DJALMA, quanto maior o diâmetro da tubulação maior será o investimento em material, no entanto, menor será o custo operacional do sistema, pois com diâmetros maiores é possível obter velocidades menores de escoamento, o que diminuirá a perda de carga ao longo do trajeto do fluido. Consequentemente, a altura manométrica do sistema será menor, e menor será também a potência necessária para operação satisfatória da bomba, o que leva a um consumo menor de energia elétrica. Para velocidades econômicas de escoamento são dados os seguintes valores:

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Material da tubulação

Para esse projeto especificamente, os cálculos foram feitos utilizando-se uma tubulação fabricada em PVC. A razão da escolha está relacionada ao baixo custo e à facilidade de se encontrar esse tipo de material no comércio, colaborando para a manutenção do funcionamento da bancada de testes.

Escolha da bomba

Para a escolha da bomba são necessários os valores de vazão e altura manométrica.

Por se tratar de um projeto para fins didáticos, onde não há uma vazão requerida e levando-se em consideração valores comerciais, foi escolhido um diâmetro de tubulação no valor de 25,4 mm ou 1’’ tanto para a sucção quanto para o recalque. Sabendo-se dos valores de velocidade econômica de escoamento nas tubulações de sucção e recalque, o valor da vazão da bomba a ser utilizada no projeto foi determinada da seguinte maneira:

(Eq.1)[pic 8]

onde A é a área da seção transversal