Curvas Características de Bombas Centrifugas - Definição e Variações

SENAI CIMATEC CENTRO UNIVERSITÁRIO Curvas Características Instrutor MSc Roberto Macedo de Souza 1 Curvas características Definição Também é possível realizar o estudo da similaridade através das curvas características da bomba Interessa a quem projeta uma bomba saber o que acontece com as demais grandezas quando uma delas assume um valor diferente daquele para o qual a bomba foi projetada e saber se o rendimento se mantém aceitável nas novas condições M Rateau denominou as variáveis Q H n N e 𝜼 de grandezas características do funcionamento de uma turbo bomba sendo Q Vazão H Altura manométrica n rotação N Potência 𝜼 Rendimento Uma bomba fabricada para funcionar com seu melhor rendimento para valores prefixados de Q H e n poderá vir a ter de funcionar com valores diversos de uma dessas grandezas 2 Curvas características Variação das grandezas Q H e N com o número de rotações n Uma bomba é projetada para operar com um determinado número de rotações n do rotor e operará com uma descarga Q e uma altura de elevação He para proporcionar um rendimento total máximo 𝜼máx Com a necessidade que a bomba opere em condições diferentes do projetado em relação a vazão eou a altura de elevação He uma das soluções é variar a rotação do equipamento 3 Curvas características Definição Uma bomba centrífuga ideal imaginando que não houvesse perdas internas de energia teria uma curva característica conforma Figura 1 Em uma bomba real existem perdas de energia devido Atrito fugas de líquido recirculação interna etc Essas perdas internas produzem a alteração na curva característica de uma bomba ideal conforme Figura 2 Figura 1 Figura 2 4 Curvas características Curvas reais A curva característica de uma bomba conforme a Figura 1 é correspondente as bombas que apresentam boas características operacionais podem trabalhar com bombas em paralelo e o valor de head na condição de shutoff é de 10 a 20 superior ao BEP A Figura 2 apresenta a característica de uma bomba em que a altura manométrica H reduz bruscamente com o aumento de vazão Pequena redução de vazão provoca aumento de head O valor de head na condição de shutoff é de 140 a 150 superior ao BEP Fonte Silva 2008 Figura 1 Figura 2 Figura 3 5 Curvas características Curvas reais A Figura 3 corresponde a característica de uma bomba que apresenta um head constante para grande faixa de vazão e é ideal para sistema de combate a incêndio Fonte Silva 2008 Figura 1 Figura 2 Figura 3 6 Curvas características Curvas reais Os fabricantes das bombas normalmente geram diversos gráficos em diferente condições operacionais para determinar os gráficos abaixo e que auxiliam na definição da escolha do melhor equipamento conforme a aplicação Fonte Macintyre 2011 a b c Os gráficos são separados conforme a potência da bomba Entrando com os valores de Q e H encontrase a potência do motor para acionar a bomba Outros fabricantes reúnem em um mesmo gráfico diversas curvas As curvas são a Bomba centrífuga pás para frente Curva tipo drooping b Bomba centrífuga com shutoff Tomar cuidado para não ligar a bomba e deixar a válvula de descarga fechada c O gráfico apresenta diferentes valores de potência do motor conforme a combinação de vazão e altura 7 Curvas características Curvas de iguais rendimentos ou eficiência Realizando experimentos laboratoriais ou em campo é possível traçar curvas com rendimento 𝑛 constante de uma bomba para um número bastante grande de Qx e Hx para um dado valor de rotação n As curvas têm o aspecto de elipses e o rendimento máximo será um ponto no interior das curvas correspondendo aos valores normais de Qx e Hx Cada curva indicará os pares de valores de Qx e Hx 8 Curvas características Curvas de iguais rendimentos ou eficiência As curvas de eficiência mostram claramente a redução na eficiência de bombeamento à medida que se reduz o diâmetro do impelidor Um dos motivos da redução da eficiência quando reduz o diâmetro do impelidor é o aumento da recirculação interna do fluído devido ao aumento da folga entre o impelidor e a carcaça 9 Curvas características BEP Best Efficiency Point Ponto de Melhor Eficiência Uma bomba é projetada para trabalhar em uma determinada vazão e rotação Perda mínima e eficiência máxima Esse ponto operacional é definido como BEP ponto da curva H fQ para o qual o rendimento é máximo 10 Curvas características Ponto de operação de uma bomba centrífuga O ponto de operação de uma bomba num determinado sistema é obtido na curva de head versus vazão pela interseção da curva do sistema 11 Curvas características Condições ideiais de operação de uma bomba centrífuga O ponto de operação de uma bomba centrífuga devese situar entre 80 e 110 da vazão do BEP Não se deve especificar bombas centrífugas para operar com vazões abaixo de 50 QBEP ou acima de 10 de QBEP Fonte Silva 2008 12 Curvas características Nível de vibração em função do BEP 13 Curvas características Consequência de operação fora dos limites de estabilidade hidráulica A operação de uma bomba centrífuga fora dos limites de estabilidade hidráulica poderá trazer as seguintes consequências Fonte Silva 2008 14 Curvas características Curvas reais a b As curvas são a Essa figura apresenta as bombas de determinado fabricante que ajuda a definir a melhor aplicação da bomba conforme a necessidade de Q H e n Cada quadrícula indica três números todos em polegadas sendo 3 X 1 ½ X 5 o primeiro número referese ao diâmetro de sucção aspiração o segundo diâmetro da descarga e o terceiro o diâmetro externo do rotor A potência está indicada nas linhas tracejadas b Representação das curvas características para vários valores de rotações n 15 Curvas características Curvas reais Seta curva ligeira com preenchimento sólido 16 Curvas características Similaridade Além dos cálculos apresentados nos slides anteriores é possível utilizar as razões apresentadas abaixo para poder correlacionar as características das bombas Dependendo da curva característica da bomba para variações relativamente grandes de rotações n a pressão altura varia pouco 𝐻𝑒𝑥 𝐻𝑒 𝑛𝑥2 𝑛2 𝐻𝑒𝑥 𝐻𝑒 𝑄𝑥2 𝑄2 𝐻𝑒𝑥 𝐻𝑒 𝑛𝑥2 𝑛2 𝑑𝑥2 𝑑2 𝑁𝑥 𝑁 𝑄𝑥 𝐻𝑢𝑥 𝑄 𝐻𝑢 𝑁𝑥 𝑁 𝑛𝑥3 𝑛3 𝑁𝑥 𝑁 𝑛𝑥3 𝜂 𝑛3 𝜂𝑥 𝑄𝑥 𝑄 𝑑𝑥2 𝑑2 𝑄𝑥 𝑄 𝑛𝑥 𝑛 𝑄𝑥 𝑄 𝑛𝑥 𝑛 𝑑𝑥3 𝑑3 17 Exercício Em função dos dados apresentados na curva característica de uma bomba que trabalha teoricamente com uma vazão de descarga de 180 m3h conforme imagem ao lado Suponhamos que estivesse representada apenas a curva correspondente ao rotor de 65 e que desejássemos saber qual a dimensão do novo diâmetro para que a bomba operasse com Qx 150 m3h e Hx 33 m correspondente ao ponto A Determine aA altura manométrica original da bomba bO novo diâmetro do rotor 18 Exercício Em função da nova altura manométrica H e a vazão desejada de 33 m e 150 m3h respectivamente encontrase o ponto A Unir esse ponto através de uma reta passando pelo ponto C até ordenada da vazão teórica 180 m3h e então encontrará o ponto B correspondente a altura manométrica original da bomba Em função dos pontos identificados determinase que a vazão real é de 175 m3h a 𝐻2 𝐻𝑥 𝑄2 𝑄𝑥 2 33 180 150 2 475 𝑚 b 𝑑22 𝑑22 𝑄𝑥 𝑄𝑐 𝑑2 𝑑2 𝑄𝑥 𝑄𝑐 65 2542 150 175 1518 𝑚𝑚 2542 𝑚𝑚 597 19