Mecflu 3

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Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – Departamento de Engenharia Mecânica PME2237 - Mecânica dos Fluidos XI

Roteiro de experiência de laboratório:

Estudo das bombas: aplicação da análise dimensional e da teoria da semelhança
1 Introdução

Uma máquina de fluxo é um dispositivo que realiza trabalho sobre um fluido ou extrai trabalho de um fluido. As máquinas de fluxo têm um papelimportante na sociedade moderna, principalmente porque apresentam uma densidade de potência alta, ou seja, a potência desenvolvida dividida pelo volume da máquina, ou pela massa da máquina, é grande. Além disso, essas máquinas tipicamente têm poucas partes móveis e uma eficiência razoável. As máquinas de fluxo podem ser divididas em duas categorias principais: máquinas de deslocamento positivo(denominadas estáticas) e turbomáquinas (denominadas dinâmicas). Nas máquinas de deslocamento positivo, a transferência de energia é feita por variações de volume que ocorrem devido ao movimento da fronteira na qual o fluido está confinado. Essas incluem dispositivos do tipo cilindro-pistão, bombas de engrenagens (por exemplo, bomba de óleo de um motor de carro) e bomba de lóbulos. A figura 1 mostra algunsexemplos típicos de máquinas de deslocamento positivo. As turbomáquinas, por sua vez, direcionam o fluxo com lâminas ou pás fixadas em um elemento rotativo, chamado rotor. Todas as interações de trabalho numa turbomáquina resultam de efeitos dinâmicos do rotor sobre a corrente de fluido. De modo geral as turbomáquinas que adicionam energia a um fluido, realizando trabalho sobre o fluido, sãodenominadas turbobombas, ou simplesmente bombas, quando o escoamento é líquido ou pastoso, e ventiladores, sopradores ou compressores para unidades que lidam com gás ou vapor, dependendo do aumento de pressão. Em geral, os ventiladores geram um pequeno aumento de pressão, os sopradores geram um aumento de pressão moderado e compressores e bombas podem ter aumentos de pressão muito grandes. Por outro lado,as turbomáquinas que extraem energia do fluido são genericamente chamadas de turbinas. Alguns exemplos deste tipo de máquina são as turbinas a vapor utilizadas para mover geradores em termelétricas, as turbinas hidráulicas e as pequenas turbinas a ar comprimido utilizadas pelos dentistas. O objeto de estudo desta experiência é uma bomba centrífuga. Sendo assim, no restante deste documento noslimitaremos a analisar turbomáquinas que extraem energia de um líquido. Portanto, o escoamento será considerado incompressível.

1.1

Partes constituintes de uma turbobomba

Uma turbobomba típica é mostrada na figura 2 e consiste em duas partes principais: um rotor ou impelidor, que impõe um movimento giratório ao líquido, e um tubo coletor, ou carcaça, que direciona o líquido para a região doimpelidor e transporta-o para fora sob uma pressão mais alta. A parte da carcaça que circunda o impelidor é chamada de caracol ou voluta e a área de sua seção transversal aumenta gradualmente à medida que se aproxima da saída da máquina. O rotor contém uma série de pás arranjadas de um modo regular em torno do eixo e pode ser fechado (envolto) ou aberto, como mostrado na figura 3. As pás do rotorpodem ser quase retas, ou encurvadas para tornarem -se não radiais na saída. 1

Figura 1 – Exemplos de máquinas de deslocamento positivo: (a) bomba de encher pneus, (b) coração humano, (c) bomba de engrenagens. Extraído de Munson et al. (2004).

O eixo que transfere energia mecânica para o rotor penetra em geral na carcaça e é geralmente acionado por um motor elétrico; um sistema de mancais eselos é necessário para completar o projeto mecânico da unidade. Normalmente, as grandes bombas centrífugas apresentam um projeto diferente no qual pás direcionadoras de escoamento envolvem o rotor. Estas pás fixas desaceleram o fluido conforme ele é direcionado para dentro da carcaça. Este tipo de bomba centrífuga é conhecida como bomba difusora.

1.2

Classificação conforme a direção do...
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