ÍNDICE ENSAIOS EXPERIMENTAIS NA BANCADA HIDRÁULICA ----------------------- 1. ALGUNS COMPONENTES DA BANCADA HIDRÁULICA P6100 --------------4. INSTRUÇÕES DE OPERAÇÃO -------------------------------------------------------- 10 3. CONTROLO DO FLUXO ---------------------------------------------------------------- 10 4. MEDIÇÃO DO CAUDAL EM ESCOAMENTO-------------------------------------- 11 5. MEDIÇÃO DA PRESSÃO ---------------------------------------------------------------- 1 6. PROCEDIMENTO DE PARAGEM ---------------------------------------------------- 1 7. CALIBRAÇÃO DO DISPLAY DA BOMBA (P610) ------------------------------- 1 8. BOMBAS ------------------------------------------------------------------------------------- 13 1
ENSAIOS EXPERIMENTAIS NA BANCADA HIDRÁULICA Encontra-se disponível uma série de equipamentos e acessórios, para a realização de uma vasta gama de experiências.
Esquema Legenda: 1- Painel de pressões P6106 10- Válvula de sucção - Tanque de altura variável P6104 11- Bomba centrífuga Medidor de pressão e válvula de 3- selecção multi-ponto 1- Bomba auxiliar P6101 Tanque de medição de caudal 4- volúmico em escada 13- Rotâmetro P6108 5- Escala volumétrica do Tanque Unidade de controlo da velocidade e 14- botão on/off da bancada Válvula de controlo do tanque de 6- descarga 15- Visor da velocidade da bomba P610 7- Reservatório de água 16- Válvula reguladora de caudal 8- Rodas Acessório P61 (perdas de carga em 17- tubos e ligações) 9- Manómetro da pressão de sucção 18- Tanque de altura constante P6103 3
1. ALGUNS COMPONENTES DA BANCADA HIDRÁULICA P6100 1.1 Bomba e Motor A bomba centrífuga de alta velocidade é fabricada pela Stuart Turner. A flange em bronze é conectada ao motor e o rotor é uma extensão do eixo do motor, cuja configuração é designada por acoplamento fechado. À velocidade máxima de aproximadamente 5400 rpm o caudal debitado pela bomba é de 4 l/min para uma altura de aproximadamente 5 m, sendo que a altura máxima de elevação que é atingida é de 0 m para um caudal nulo. 1. Sensor de Pressão e selecção das Válvulas Um sensor de pressão do tipo Bourdon montado no painel da bancada hidráulica é conectado através de um selector especial de 4 vias a vários pontos de derivação: a) Primeira saída da bomba b) Fornecimento de energia eléctrica c) Derivação auxiliar não se deve rodar o selector da válvula para Auxiliar quando esta posição está ligada d) Segunda saída da bomba só uma bomba é ligada. 1.3 Acessórios da Bancada 1.3.1 Bomba auxiliar e unidade de variação de velocidade P6101 Existe uma segunda bomba centrífuga para aumentar a capacidade de escoamento de água, permitindo que a bancada possa realizar ensaios de maior capacidade. A disposição das bombas e os respectivos canais de comunicação permitem realizar testes com associação das bombas em série ou em paralelo. A unidade de controlo de velocidade permite uma variação contínua das velocidades das bombas pelo que as curvas características das bombas podem ser obtidas para diferentes velocidades. 4
Legenda: 1- Válvula reguladora do caudal 5- Válvula de sucção da bomba Válvula para associação em - paralelo 6- Válvula de sucção da bomba 1 Sensor da pressão de sucção da Sensor da pressão de sucção da 3-7- bomba bomba 1 4- Válvula para associação em série 5
1.3. Visor da velocidade das bombas P610 1.3.3 Tanque de entrada com altura constante P6103 Existem duas posições de excesso de forma a fornecer alturas de 50 mm ou 500 mm. 6
1.3.4 Tanque de saída com altura variável P6104 O tubo de descarga pode ser posicionado entre 50 mm e 300 mm acima da linha de referência (ver figura anterior). 1.3.5 Conjunto P6105 Este conjunto é fornecido para utilizações sem o tanque de entrada com altura constante. Experiências em que é necessário mais do que 500 mm de altura de elevação. 1.3.6 Manómetro P6106 O manómetro de colunas de vidro é necessário nas experiências em que se quer medir a queda de pressão ou a perda de altura. 7
1.3.7 Tubo de Pitot e escala volumétrica P6107 Este sensor possibilita a realização de medições verticais à escala, em vários pontos ao longo do comprimento horizontal do tanque descarregador. Implica o uso dos orifícios calibrados P63 e P64 para a representação da trajectória horizontal dos jactos, e juntamente com P65 e P66 para a determinação da altura de água acima do descarregador. 1.3.8 Rotâmetro P6108 Campo de medida: 0,4 a 4,0 m 3 /h. 8
1.3.9 Watímetro P6109 É utilizado para medir a potência eléctrica de entrada no motor da bomba. 9
. INSTRUÇÕES DE OPERAÇÃO 1) Assegure-se que a válvula de entrada da bomba está completamente aberta; ) Verifique o nível de água no tanque; 3) Coloque o cesto de esferas no final do troço esquerdo do canal de escoamento, ou monte o equipamento de medida desejado; 4) Assegure-se que a válvula de regulação da bancada está fechada; 5) Ajuste o botão da unidade de controlo de velocidade para uma posição média. Conecte a ficha de alimentação e ligue. 6) Ajuste a válvula de bancada e a velocidade da bomba para o caudal desejado. 3. CONTROLO DO FLUXO Existem duas formas de funcionamento: 1) Funcionamento a velocidade constante: embora exista duas válvulas no circuito principal, o controlo do fluxo de escoamento só deverá ser feito com a válvula do painel de instrumentos (válvula de regulação da bancada). A outra válvula (admissão da bomba) deverá ser mantida totalmente aberta sempre que a bomba estiver em funcionamento. A única excepção a isto é durante a demonstração da Cavitação. ) Funcionamento com velocidade variável: a velocidade da bomba pode variar entre 30 a 700 rpm utilizando o variador de velocidade da bomba. A fonte AC que é fornecida à bomba é regulável pelo botão colocado na montagem, sendo que a velocidade aumenta no sentido horário. 10
4. MEDIÇÃO DO CAUDAL EM ESCOAMENTO A medição do caudal pode ser feita de três formas: Tanque volumétrico: Fechar a válvula de saída do tanque; Iniciar a medição temporal quando o nível de água estiver em zero ou outra medida conveniente; O tempo de aquisição pode variar consoante sejam caudais altos ou baixos; Depois das medições estarem feitas, abra a válvula de saída do tanque; 3 V [ m ] O valor médio do caudal pode ser obtido por: Q =. À t [] s temperatura ambiente a massa volúmica da água é ρ = 1000 kg/m 3. Medição do caudal no canal de escoamento do descarregador: A parede direita do canal possui uma escala calibrada em l/min. Para leituras acima dos 10 l/min pode-se utilizar a escala para fazer medições instantâneas do caudal em escoamento. Rotâmetro: este aparelho mostra uma leitura instantânea do caudal em escoamento (mas para caudais acima dos 0,4 m 3 /h). 11
5. MEDIÇÃO DA PRESSÃO A pressão à saída da bomba pode ser monitorizada no painel de pressões através de uma correcta selecção do botão para a posição auxiliar. A pressão de sucção da bomba é medida directamente pela linha de pressão (barómetro) colocada a montante desta. Note-se que: quando se mede a pressão de saída da bomba deve-se considerar uma tolerância pelo facto de que o barómetro estar colocado 0,7 m acima do ponto de derivação, i.e., deve-se adicionar 0,07 bar à leitura feita no barómetro. É aconselhável rodar o selector de pressão no sentido anti-horário, de forma a minimizar a possibilidade de sair um jacto de água pelo ponto auxiliar de derivação, enquanto não estiver em uso. 6. PROCEDIMENTO DE PARAGEM 1) Fechar a válvula de regulação da bancada; ) Assegurar que a válvula de saída do tanque está aberta; 3) Desligar a fonte de alimentação (botão) da bancada hidráulica; 4) Fechar a válvula de admissão da bomba; 5) Rodar o variador de velocidade da bomba para o mínimo. 7. CALIBRAÇÃO DO DISPLAY DA BOMBA (P610) Pág. 1-34 1
8. BOMBAS 8.1 Introdução A gama experimental é aumentada por uma unidade de visualização da velocidade da bomba (P610) e por um Watímetro (P6109). Quando se utiliza duas bombas pode-se utilizar dois Watímetros. 8. Dados da Bomba Tipo: 1 HS Stuart Turner Centrifugal Pumps Desempenho: Qmax = 4 l/min.vs. 5m às 5400 rpm. Hmáx = 0 m quando Q = 0 l/min. 8.3 Velocidade específica, Ω a O desempenho das bombas, principalmente em grandes instalações, é muitas vezes previsto a partir de pequenos modelos com desenho geométrico semelhante. A velocidade específica é um índice de desempenho da bomba, a partir do qual se podem fazer estudos comparativos entre bombas geometricamente semelhantes, mas de tamanhos diferentes. A velocidade específica indica a capacidade de dada bomba realizar determinada tarefa. Altos caudais de descarga para alturas, H, baixas Ω a altas, enquanto que H elevados requerem Ω a baixas. O valor numérico de Ω a depende do sistema de unidades utilizado, mas se for utilizado Q [m 3 /s], H [m] e N [rpm], a Ω a em bombas centrífugas varia de 10 a 150. d 3 g. H Q = φ ( N. D ) k (8.1) N. D 13
Duas Bombas: Actual Q, N, D, H Específica Q s, N s, D s, H s Considerando Q s = 1 m 3 /s e H s = 1 m, as duas bombas pertencem à mesma FTMGS Do coeficiente de caudal resulta que: 3 N. D D 3 s = (8.) N. Q s Do coeficiente de altura resulta que: D s N N s. D. H = (8.3) Conjugando as expressões anteriores: 3 3 N. D N. D Ds = = (8.4) N s. Q N s. H 3 1 N. Q N s = (8.5) 3 4 H 8.4 Altura manométrica, H m P P1 H m = (8.6) ρ. g 8.5 Potência e rendimento A potência hidráulica, W h, é dada por: ( ) h = P P Q = g H Q = g H. 1... m.. m m W ρ (8.7) Com o Watímetro podemos medir a potência de entrada da bomba e do motor. O rendimento da unidade bomba/motor pode ser calculada a partir da potência hidráulica que é fornecida e pela potência eléctrica fornecida. 14
η = Potência hidráulica 0 Potência de entrada (8.8) 8.6 Cavitação Nas condições de sucção que ocorrem na entrada das bombas centrífugas e em especial em zonas de alta velocidade, onde o aumento dinâmico da pressão provoca uma diminuição da pressão estática, é possível que a pressão se torne muito baixa e promova a formação de bolhas de ar ou vapor que podem colapsar cavitação. O termo cavitação inclui formação, existência e subsequente colapso de bolhas. A cavitação na zona de sucção ou no rotor de uma bomba centrífuga promove uma drástica redução do desempenho da bomba. Mais importante é que o colapso das bolhas quando atingem uma pressão ligeiramente maior causam um grande impacto nas superfícies adjacentes, o que pode originar danos sob a forma de picadas de corrosão. Tabela 8.1: Pressão vapor em função da temperatura. Temperatura [ºC] 0 10 0 40 60 80 100 Pressão vapor [mbar] abs. 6,15 1,3 3,4 74 00 474 1015 Para evitar a ocorrência de cavitação em bombas centrífugas é necessário assegurar que a mais baixa pressão estática que possa ser encontrada em qualquer parte da zona de sucção ou no rotor seja maior que a pressão vapor e a pressão de libertação de gás. 15