Bomba Centrifuga

Prévia do material em texto

1 OBJETIVO 
 
O presente artigo tem como objetivo principal a comparação dos dados 
obtidos experimentalmente de uma bomba centrífuga com os valores 
encontrados na literatura. Para tanto foram necessários cálculos de balanço de 
energia que será melhor discutido ao longo do trabalho. 
2 MÉTODOS 
 
Em sistemas com o escoamento de fluídos é necessária a inserção de 
algum equipamento que fornece uma força motriz para que o fluído consiga 
vencer as forças que dificultam seu movimento, como a força de atrito, 
diferença de pressão e diferença de altura. O tipo de equipamento capaz de 
fornecer essa energia depende da natureza do fluido que está sendo 
transportado, no caso de líquidos são utilizadas as bombas. 
A bomba objeto de estudo deste trabalho é a bomba centrífuga, Figura 1. 
Nessa bomba, o fluido apresenta um aumento na velocidade e na pressão 
quando esse passa pelo impedidor. E quando passa pela seção de descarga, 
esse sofre desaceleração e essa energia proveniente da velocidade é 
transformada em energia de pressão. 
Figura 1: Corte de uma bomba centrífuga 
 
Considerando todas as formas de energia acima citado, o balanço de 
energia para um sistema onde há uma bomba pode ser representado pela 
equação abaixo: 
𝑃2 − 𝑃1
𝜌𝑔𝑐
+
𝑉2 − 𝑉1
2𝑔𝑐
+ (𝑦2 − 𝑦1)
𝑔
𝑔𝑐
+ 𝑙𝑤𝑡 + 𝑛𝑤𝑠 = 0 
Para os cálculos de vazão foi utilizado um medidor Venturi, que são 
equipamentos muito pesado e caros. A equação obtida para esse equipamento 
é mostrada abaixo. 
𝑤 = 0,02211√𝛥𝑃 
𝛥𝑃 = (𝜌𝐻𝑔 − 𝜌𝐻2𝑂)𝑔ℎ𝑣𝑒𝑛𝑡 
A eficiência da bomba pode ser medida pela relação mostrada na Equação 
abaixo. 
𝜂 = 
𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑡𝑖𝑑𝑎 
𝑃𝑜𝑡ê𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑑𝑒 𝑒𝑙é𝑡𝑟𝑖𝑐𝑎
= 
𝑛𝑊𝑠𝑤𝑔𝑐
𝐿𝑒𝑖𝑡𝑢𝑟𝑎
220
380
 
Onde 𝑃2 é medida pelo manômetro e seu cálculo é indicado abaixo 
𝑃2 = 𝑔[𝜌𝐻2𝑂(𝐻1 − 𝐻2 + 𝐻3) + 𝜌𝐻𝑔𝐻𝐻𝑔] 
Para o cálculo do head da bomba tempos as relações dos tipos de energia 
 
𝐸𝑝𝑜𝑡 = 𝐻0 ∗ 𝑔 
𝐸𝑐𝑖𝑛 =
𝑣2
2
 
𝐸𝑝𝑟 =
𝑃2
𝜌𝐻2𝑂
 
Logo, somando todas as energias obtidas acima temos o valor de H (head). 
𝐻 =
𝐸𝑝𝑜𝑡 + 𝐸𝑐𝑖𝑛 + 𝐸𝑝𝑟
𝑔
 
Logo, podemos obter a potência da bomba. 
𝑊 = 𝐻 ∗ 𝑔 ∗ 𝑤 
 
3 RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 
Para os cálculos foram fornecidas as seguintes medidas, apresentadas nos 
Quadros abaixo. 
QUADRO 1: Valores fornecidos para os cálculos 
Medidas 
H2 
(m) 
hHg 
(m) 
hVent 
(m) 
W (valor não 
corrigido) 
(W) 
1 0,779 0,64 0,155 960 
2 0,85 0,75 0,128 925 
3 0,897 0,816 0,113 900 
4 0,94 0,878 0,095 860 
5 1,02 0,995 0,053 770 
6 1,055 1,055 0,037 705 
7 1,097 1,127 0,013 590 
8 1,110 1,135 0,009 485 
 
QUADRO 2: Alturas fornecidas 
h0 (m) 0,38 
h1 (m) 1,22 
h3 (m) 0 
 
Utilizando as equações apresentadas anteriormente, foi possível obter os 
seguintes resultados. 
 
 
QUADRO 3: Valores da pressão medida no Venturi, Vazão mássica calculada, velocidade e 
pressão. 
Medidas 
ΔP 
(Pa) 
w 
(Kg/s) 
V 
(m/s) 
P2 
1 18246,6 2,99 2,32 81020,79 
2 15068,16 2,71 2,11 95745,6 
3 13302,36 2,55 1,98 104623,65 
4 11183,4 2,34 1,81 112952,34 
5 6239,16 1,75 1,36 128658,15 
6 4355,64 1,46 1,13 136653,3 
7 1530,36 0,86 0,67 146247,48 
8 1059,48 0,72 0,56 147395,25 
 
Utilizando a equação podemos obter a contribuição de cada forma de 
energia. 
QUADRO 4: Valores obtidas para as formas de energia 
Medida 
Ec 
(J/Kg) 
Epot 
(J/Kg) 
EP 
(J/Kg) 
1 2,7 3,7 81,0 
2 2,2 3,7 95,7 
3 2,0 3,7 104,6 
4 1,6 3,7 113,0 
5 0,9 3,7 128,7 
6 0,6 3,7 136,7 
7 0,2 3,7 146,2 
8 0,2 3,7 147,4 
 
Abaixo é apresentado o gráfico obtido da eficiência da bomba em relação a 
sua vazão em (L/min). 
Gráfico 1: Rendimento em função da vazão 
 
 
Já para o gráfico do head em função da vazão é apresentado abaixo. 
 
Gráfico 2: Head em função da vazão 
 
 
4 CONCLUSÃO 
 
Como comentado no início desse trabalho, a principal função de uma 
bomba é a de fornecer energia a um fluído na forma de pressão, e como 
0,0%
10,0%
20,0%
30,0%
40,0%
50,0%
60,0%
40 60 80 100 120 140 160 180
R
en
d
im
en
to
Vazão (L/min)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
35 55 75 95 115 135 155 175 195
H
ea
d
 (
m
)
Vazão (L/min)
observado no Quadro 4, a maior contribuição energética é proveniente da 
energia devido a pressão. 
Já no Gráfico 1, podemos notar que para a vazão de aproximadamente 140 
L/min temos a eficiência máxima do equipamento. Ainda observando os 
gráficos apresentados, no Gráfico 2, podemos notar uma grande semelhança 
pelo fornecido pelo fabricante, idealmente este gráfico deveriam ser idênticos 
ou muito semelhantes. Essa diferença deve-se a diversos fatores como, erros 
de leitura, o equipamento não ser idealmente novo, fizemos desconsideração 
acerca da perdas de cargas que ocorrem devido ao atrito da tubulação, 
junções, cotovelo e o medidor de venturi. 
Apesar do erros experimentais, a prática atingiu a sua finalidade de ilustrar 
o funcionamento de uma bomba centrífuga e as equações relacionadas ao 
equipamento. 
 
 
5 REFERÊNCIAS 
 
W., F.R.; T., M.A.; J., P.P.; W., M.J. Introdução à Mecânica dos Fluidos, 9ª 
edição. [Digite o Local da Editora]: Grupo GEN, 2018. 9788521635000. 
Disponível em: 
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521635000/. Acesso em: 
05 Nov 2021 
R., W.J.; L., R.G.; G., F.D. Fundamentos de Transferência de Momento, de 
Calor e de Massa, 6ª edição. [Digite o Local da Editora]: Grupo GEN, 2017. 
9788521634201. Disponível em: 
https://integrada.minhabiblioteca.com.br/#/books/9788521634201/. Acesso em: 
05 Nov 2021