Bancada Hidráulica P6100
ÍNDICE
ENSAIOS EXPERIMENTAIS NA BANCADA HIDRÁULICA ----------------------- 2
1. ALGUNS COMPONENTES DA BANCADA HIDRÁULICA P6100 -------------- 4
2. INSTRUÇÕES DE OPERAÇÃO -------------------------------------------------------- 10
3. CONTROLO DO FLUXO ---------------------------------------------------------------- 10
4. MEDIÇÃO DO CAUDAL EM ESCOAMENTO-------------------------------------- 11
5. MEDIÇÃO DA PRESSÃO ---------------------------------------------------------------- 12
6. PROCEDIMENTO DE PARAGEM ---------------------------------------------------- 12
7. CALIBRAÇÃO DO DISPLAY DA BOMBA (P6102) ------------------------------- 12
8. BOMBAS ------------------------------------------------------------------------------------- 13
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Bancada Hidráulica P6100
ENSAIOS EXPERIMENTAIS NA BANCADA HIDRÁULICA
Encontra-se disponível uma série de equipamentos e acessórios, para a realização de uma
vasta gama de experiências.
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Bancada Hidráulica P6100
Esquema
Legenda:
1- Painel de pressões P6106
2- Tanque de altura variável P6104
Medidor de pressão e válvula de
3selecção multi-ponto
Tanque de medição de caudal
4volúmico em escada
10- Válvula de sucção
11- Bomba centrífuga
5- Escala volumétrica do Tanque
14-
Válvula de controlo do tanque de
descarga
7- Reservatório de água
12- Bomba auxiliar P6101
13- Rotâmetro P6108
Unidade de controlo da velocidade e
botão on/off da bancada
6-
15- Visor da velocidade da bomba P6102
8- Rodas
16- Válvula reguladora de caudal
Acessório P6221 (perdas de carga em
17tubos e ligações)
18- Tanque de altura constante P6103
9- Manómetro da pressão de sucção
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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 42 l/min para uma altura
de aproximadamente 5 m, sendo que a altura máxima de elevação que é atingida é de
20 m para um caudal nulo.
1.2 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.
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Legenda:
1- Válvula reguladora do caudal
Válvula para associação em
2paralelo
Sensor da pressão de sucção da
3bomba 2
4- Válvula para associação em série
5-
Válvula de sucção da bomba 2
6-
Válvula de sucção da bomba 1
7-
Sensor da pressão de sucção da
bomba 1
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1.3.2 Visor da velocidade das bombas P6102
1.3.3 Tanque de entrada com altura constante P6103
Existem duas posições de excesso de forma a fornecer alturas de 250 mm ou 500 mm.
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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.
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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 P6223 e P6224 para a representação da trajectória horizontal dos jactos, e
juntamente com P6225 e P6226 para a determinação da altura de água acima do
descarregador.
1.3.8 Rotâmetro P6108
Campo de medida: 0,4 a 4,0 m3/h.
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1.3.9 Watímetro P6109
É utilizado para medir a potência eléctrica de entrada no motor da bomba.
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2. INSTRUÇÕES DE OPERAÇÃO
1)
Assegure-se que a válvula de entrada da bomba está completamente aberta;
2)
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.
2) Funcionamento com velocidade variável: a velocidade da bomba pode variar
entre 30 a 7200 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.
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4. MEDIÇÃO DO CAUDAL EM ESCOAMENTO
A medição do caudal pode ser feita de três formas:
Tanque volumétrico:
9 Fechar a válvula de saída do tanque;
9 Iniciar a medição temporal quando o nível de água estiver em
zero ou outra medida conveniente;
9 O tempo de aquisição pode variar consoante sejam caudais
altos ou baixos;
9 Depois das medições estarem feitas, abra a válvula de saída do
tanque;
[ ]
V m3
.À
9 O valor médio do caudal pode ser obtido por: Q =
t [s ]
temperatura
ambiente
a
massa
volúmica
da
água
é
ρ = 1000 kg/m3.
Medição do caudal no canal de escoamento do descarregador:
9 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:
9 este aparelho mostra uma leitura instantânea do caudal em
escoamento (mas para caudais acima dos 0,4 m3/h).
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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;
2) 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 (P6102)
Pág. 1-34
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8. BOMBAS
8.1 Introdução
A gama experimental é aumentada por uma unidade de visualização da velocidade da
bomba (P6102) e por um Watímetro (P6109). Quando se utiliza duas bombas pode-se
utilizar dois Watímetros.
8.2 Dados da Bomba
Tipo: 12 HS Stuart Turner Centrifugal Pumps
Desempenho: Qmax = 42 l/min .vs. 5m às 5400 rpm.
Hmáx = 20 m quando Q = 0 l/min.
8.3 Velocidade específica, Ωa
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 ⇒ Ωa altas, enquanto que H elevados
requerem Ωa baixas.
O valor numérico de Ωa depende do sistema de unidades utilizado, mas se for utilizado
Q [m3/s], H [m] e N [rpm], a Ωa em bombas centrífugas varia de 10 a 150.
⎡
Q = φ ⎢ N .D 3
⎣⎢
(
d
⎛ g .H ⎞ ⎤
⎜ 2 2 ⎟ k⎥
⎝ N .D ⎠ ⎥⎦
)
(8.1)
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Duas Bombas:
Actual – Q, N, D, H
Específica – Qs, Ns, Ds, Hs
Considerando Qs = 1 m3/s e Hs = 1 m, as duas bombas pertencem à mesma FTMGS
Do coeficiente de caudal resulta que: Ds3 =
Do coeficiente de altura resulta que:
D
2
s
N .D 3
N s .Q
(8.2)
N 2 .D 2
=
N s2 . H
(8.3)
N .D 3 ⎡ N 2 .D 2 ⎤
=⎢
Conjugando as expressões anteriores: Ds3 =
⎥
N s .Q ⎣ N s2 .H ⎦
Ns =
N .Q
H
3
1
3
2
(8.4)
2
(8.5)
4
8.4 Altura manométrica, Hm
Hm =
P2 − P1
ρ .g
(8.6)
8.5 Potência e rendimento
A potência hidráulica, Wh, é dada por:
•
•
W h = (P2 − P1 ).Q = ρ .g .H m .Q = g .H m . m
(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.
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η0 =
Potência hidráulica
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
20
40
60
80
100
Pressão vapor [mbar] abs.
6,15
12,3
23,4
74
200
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.
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