Bombas e Perdas de Cargas

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A altura manométrica é a energia necessária para que a operação ocorra nas condições exigidas de vazão e pressão. Pode-se calcular a altura manométrica a partir da Equação 01.

[pic 2]

(01)

Onde:

[pic 3]

(02)

Sendo:

- H é a altura manométrica;

- Pman é a pressão manométrica positiva;

- Pvac é a pressão manométrica negativa, que neste caso é igual a zero;

- Vd é a velocidade de descarga;

- Vs é a velocidade de sucção;

- D é o diâmetro da tubulação;

- g é o peso específico da água;

- zb é a distância entre o manômetro e o vacuômetro.

Para o escoamento em regime permanente de fluidos incompressíveis nota-se um abaixamento na linha piezométrica na direção do escoamento. Esse fato está associado as “irreversibilidades” ocorridas que são expressas em termos de perda de carga. Obtem-se a perda de carga a partir da equação de Darcy-Weisbach e estas podem ocorrer de dois modos: perda de carga distribuída, causada pelo atrito e perda de carga localizada, causada pelos acidentes (acessórios) que existem na tubulação.

Para perda de carga utiliza-se a Equação 03, que é a equação de Darcy para dutos retos de seção circular constante.

[pic 4]

(03)

Sendo:

- f é o fator de atrito de Darcy;

- L é o comprimento da tubulação;

- V = Q/A = é a velocidade do fluido na tubulação;

- D é o diâmetro da tubulação.

Deste modo, a prática laboratorial sobre bombas e perdas de cargas em acessórios tem como objetivo determinar experimentalmente a curva característica de instalação de uma bomba e as perdas de carga de uma determinada instalação hidráulica durante o transporte de fluidos.

2. MATERIAIS E MÉTODOS

2.1 Materiais

- Balde

- Balança

- Cronômetro

- Manômetro de tubo em U

- Módulo de bombeamento com bomba acoplada, tubulação de PVC e acessórios de aço (Figura 1).

2.2 Método

Iniciou-se medindo-se todos os comprimentos da tubulação e em seguida, ligou-se a bomba, abriu-se o registro de água até uma pressão determinada, mediu-se a vazão em intervalos próximos de tempo e pesou-se o balde. O procedimento foi realizado em triplicata.

Após isto abriu-se o registro de cada acidente, um de cada vez, mediu-se novamente a vazão e a altura manométrica para cada um. Alterou-se a pressão e repetiu-se o processo.

3. RESULTADOS E DISCUSSÕES

A Figura 02 apresenta um esquema do módulo experimental de bombas e perdas de carga estudado.

Figura 02 - Esquema do módulo experimental.

[pic 5]

Para a obtenção da curva do sistema em termos de altura, foi realizado um balanço de energia entre os pontos 1 e 2 da Figura 02, considerando a água como o fluido de operação à temperatura de 25 °C. O balaço apresentado pela Equação 04 inclui as variações de energia potencial (∆z), que é a diferença de altura entre 1 e 2, a variação da energia cinética (∆u), as perdas de carga na sucção (∆Hsuc) e no recalque (∆Hsuc), e a diferença de pressão entre os pontos 1 e 2 (∆P).

[pic 6]

(04)

Pode-se simplificar o balaço de energia, pois considerando que os pontos 1 e 2 estão à pressão atmosférica, logo ∆P = 0. A velocidade vertical da água no reservatório 1 pode ser considerada desprezível, assim: . O balanço de energia simplificado é apresentado pela Equação 05:[pic 7]

[pic 8]

(05)

Na Equação 05, u2 é a velocidade média do escoamento na tubulação, e as perdas na sucção e recalque podem obtidas por:

[pic 9]

(06)

[pic 10]

(07)

Onde:

f - fator de atrito de Fanning

Dsuc - diâmetro interno da tubulação de sucção

Drec - diâmetro interno da tubulação de recalque

g - aceleração da gravidade

Lsuc - comprimento da tubulação de sucção

Lsuc - comprimento da tubulação de recalque

Para a análise do sistema, foram utilizados os dados experimentais de vazão mássica da água, e perda de carga dos acessórios presentes na tubulação, fornecidos por um manômetro de tetra cloreto de carbono (CCl4). A Tabela 01 apresenta os dados experimentais.

Tabela 01 - Dados experimentais de vazão de H2O e ∆h do manômetro.

Vazão (kg·s-1)

∆h do manômetro de CCl4 (mm)

Joelho 90° 1"

Redução diâmetro

Válvula globo

Joelhos 90° 0,5"

Expansão

0,11

2

4