INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO

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1 INSTITUTO SUPERIOR TÉCNICO Departamento de Engenharia Mecânica Laboratório de Mecânica dos Fluidos II Ensaio de uma bomba António Cumbre n.º Inês Faria n.º Joana Tavares n.º Mariana Coimbra n.º Ensaio realizado em 22/05/2003 1

2 Introdução Com a realização deste ensaio pretendem-se determinar as condições de funcionamento, e traçar as respectivas curvas, de uma determinada bomba inserida num circuito hidráulico. A bomba em estudo é alimentada por um motor de corrente contínua que permite facilmente a alteração da sua velocidade de rotação. O ensaio laboratorial consistiu na variação do caudal medindo para cada valor as respectivas pressões de aspiração/compressão e binário ao veio. A variação de caudal foi conseguida através do fecho da válvula que se encontra na conduta de compressão. Este ensaio foi feito para duas velocidades de rotação diferentes, 1500 e 2500 rpm. Formulação Teórica Na determinação da altura de elevação da bomba utilizou-se a seguinte expressão 2 2 p2 p1 V2 V1 H = + + Z 2 Z1 ρg 2g em que os índices 1 e 2 designam condições na conduta de aspiração e na conduta de compressão da bomba respectivamente e Z 2 Z 1 = 15cm.. Para calcular a Potência ao veio teve-se em consideração a escala da balança de binário de tal modo que L N( rpm) P( W ) = O rendimento foi calculado através da expressão ρgqh η = P em que ρ(kgm -3 ), g=9.8 (ms -2 ), Q(m 3 s -1 ), H(m), P(W). 3 As velocidades v 1 e v 2 foram calculadas a partir da seguinte expressão: Q = VA A velocidade v 1 corresponde á velocidade na conduta de aspiração, cujo diâmetro é de 0,08 m e a velocidade v 2 á velocidade na conduta de compressão, que tem diâmetro 0,065m. Para a medição do caudal como descarregador foi utilizada a seguinte fórmula: 2

3 2 Q = μ bh 2gΔh 3 onde Q é o caudal (m 3 /s), b a largura do descarregador (m) e h a altura da descarga e água (m). O símbolo μ representa o coeficiente do descarregador: μ = 0, ,5 Δh + 1,6 Δh + s com h e s em mm (s é a altura da crista do descarregador acima do fundo do canal) gh Coeficiente adimensional de altura: 2 N 2 D Q Coeficiente adimensional de caudal: 3 ND h 0 =4.6 cm h 1 =12.9 cm h 2 =12.9 cm Valores medidos Velocidade de rotação 1500 r.p.m. Q (m 3 /s) L Pa (Pa) Pc (Pa) 1.48E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E+04 Velocidade de rotação 2500 r.p.m. Q (m 3 /s) L Pa (Pa) Pc (Pa) 2.29E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E+04 3

4 Resultados obtidos Medição do caudal com o descarregador N= 1500 rpm N = 2500 rpm μ = μ = Δh = h 1 h 0 = = m Δh = h 1 h 0 = = m Q = m 3 /s Q = m 3 /s Gráficos do funcionamento da bomba N = 1500 rpm N = 2500 rpm Q (m 3 /s) H (m) Q (m 3 /s) H(m) 1.48E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E+00 Altura de elevação vs caudal Altura de elevação, H (m 1.40E E E E E E E E E E E E-02 N=1500 rpm N=2500 rpm Caudal, Q (m 3 /s) N = 1500 rpm N = 2500 rpm Q (m 3 /s) η Q (m 3 /s) η 1.48E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E-01 4

5 Rendimento vs caudal Rendimento 5.00E E E E E E E E E E-03 N=1500 rpm N=2500 rpm Caudal, Q (m3/s) N = 1500 rpm N = 2500 rpm Adimensionalização Adimensionalização Adimensionalização Adimensionalização caudal altura caudal altura Coef. caudal vs Coef. altura coeficiente de altur E E E E E E rpm 2500 rpm Coeficiente de caudal N = 1500 rpm N = 2500 rpm Adimensionalização η Adimensionalização η 5

6 caudal caudal E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E E-01 Coef. caudal vs Rendimento 5.00E-01 Rendimento 4.00E E E E rpm 2500 rpm Coeficiente de caudal Conclusões Da análise global dos resultados pode-se concluir que o funcionamento da bomba depende muito da sua velocidade de rotação. Observando o gráfico altura de elevação vs. Caudal pode-se concluir que a altura da bomba diminui com o caudal, o que era esperado, uma vez que para um caudal menor e para o mesmo circuito nas mesmas condições, a bomba não precisa de fornecer tanta energia ao fluído. Observa-se também que a altura de elevação aumenta com a velocidade do rotor. Verifica-se que para qualquer velocidade de rotação existe um valor de caudal para o qual o rendimento é máximo. Até esse ponto o rendimento aumenta com o aumento do caudal, começando depois a diminuir. Quanto maior for a velocidade de rotação do rotor maior será o valor do caudal óptimo. Como era de esperar, os gráficos em que entram os coeficientes adimensionais são semelhantes aos gráficos em que os valores são os valores medidos directamente no laboratório. Isto permite assim, para uma mesma bomba, relacionar pontos de funcionamento e, se necessário, determinar algum parâmetro desconhecido (H, Q ou N). 6

7 É de salientar que nas curvas de funcionamento da bomba, à velocidade de 2500 rpm observam-se oscilações não esperadas que se devem, provavelmente, a erros de medição na realização do ensaio. Por último pode-se comparar o caudal medido directamente no medidor de caudal magnético, com o caudal calculado a partir da altura do desnível do descarregador situado no canal. Dado que os valores obtidos pelos dois métodos são próximos, pode-se concluir que o erro efectuado aplicando este segundo método, não é relevante. 7