Enunciado

A figura mostra o esboço de uma bomba centrífuga vista em corte. Numa bomba centrífuga, a carga manométrica aumenta ao dificultar a passagem do fluido, isto é, a vazão. Isso significa que a mesma bomba, em diferentes instalações hidráulicas, pode fornececer vazões e cargas manométricas diferentes, dependendo da dificuldade criada ao escoamento do fluido. A figura mostra a curva característica H B = f ( Q ) de uma bomba centrífuga, cujo diâmetro do rotor é 15 cm e cuja rotação é 3500 rpm. Lembrando que os adimensionais característicos de uma bomba são ϕ = Q n D 3 e ψ = g H B n 2 D 2 , já que, em geral, o efeito da viscosidade é desprezível e, portanto, não há necessidade levar em conta Re, determinar:

a) a curva universal para todas as bombas semelhantes à bomba dada;

b) a curva característica H B = f ( Q ) de uma bomba semelhante à dada, que tenha o dobro do diâmetro e a metade da rotação.

Passo 1

Vamos começar a letra a) analisando os adimensionais para a bomba na situação dada:

ϕ = Q n D 3

ψ = g H B n 2 D 2

Agora vamos substituir os valores conhecidos nas duas equações:

ϕ = Q n D 3 = Q 3500 60 0,15 3 → ϕ = 5,08 Q

ψ = g H B n 2 D 2 = 9,8 H B 3500 60 2 ( 0,15 ) 2 → ψ = 0,128 H B

Usando essas duas relações é possível determinar a curva univrsal para as bombas semelhantes a dada no enunciado.

Passo 2

Agora para a letra b) sabemos que:

n p = n m 2 = 3500 2 → n p = 1750   r p m

D p = 2 D m = 2 0,15 → D p = 0,3   m

Dessa forma, a partir dos adimensionais:

ϕ = Q n D 3

ψ = g H B n 2 D 2

Podemos isolar Q e H B e deixa-los em função dos adimensionais:

ϕ = Q p n p D p 3 → Q p = n p D p 3 ϕ

ψ = g H B p n p 2 D p 2 → H B p = n p 2 D p 2 g ψ

Substituindo os valores conhecidos:

Q p = 1750 60 0,3 3 ϕ → Q p = 0,787 ϕ

H B p = 1750 60 2 0,3 2 10 ψ → H B p = 7,812 ψ

Passo 3

Agora, para obter a curva dessa bomba, vamos descobrir o valor dos adimensionais do passo 1 para os pontos plotados no gráfico do enunciado, então temos:

Q = 0 ; H B = 25

Q = 0,005   ; H B = 24

Q = 0,01 ; H B = 23

Q = 0,015 ; H B = 20

Q = 0,02 ; H B = 15

Agora, pegando esse conjunto de valores e substituindo nas equações do passo 1, conseguimos encontrar os adimensionais:

ϕ = 5,08 Q

ψ = 0,128 H B

Para os pontos então, temos:

ϕ 1 = 0 ; ψ 1 = 3,2

ϕ 2 = 0,0254 ; ψ 2 = 3,07

ϕ 3 = 0,0508 ; ψ 3 = 2,94

ϕ 4 = 0,0762 ; ψ 4 = 2,56

ϕ 5 = 0,1016 ; ψ 5 = 1,92

Agora vamos pegar esses valores e substituir nas equações para H B e Q para a bomba protótipo:

Q p = 0,787 ϕ

H B p = 7,812 ψ

O conjunto de pontos será:

Q p 1 = 0 ; H B p 1 = 25

Q p 2 = 0,02 ; H B p 2 = 24

Q p 3 = 0,04 ; H B p 3 = 23

Q p 4 = 0,06 ; H B p 1 = 20

Q p 1 = 0,08 ; H B p 1 = 15

Podemos observar que H B permaneceu igual, enquanto houve mudança em Q , plotando esses resultados em um gráfico, temos:

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)

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