Utilização da fluidodinâmica computacional como ferramenta de estudo em bombas centrífugas

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Bezerra, Ana Rafaelly Amaral
• Orientador(a): Maurente, André Jesus Soares
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Programa de Pós-Graduação: PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MECÂNICA
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Bombas centrífugas; Fluidodinâmica computacional; Simulação numérica
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
• Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/26258

As bombas centrífugas são amplamente utilizadas em diversas aplicações industriais, e muitas vezes são consideradas o componente principal do sistema. A compreensão do comportamento é indispensável para o desenvolvimento e aprimoramento de sistemas mais eficientes, confiáveis e econômicos, pois pequenos ganhos em eficiência podem evitar desperdícios de grandes quantidades de energia. No entanto, a análise de fluxo no seu interior é uma tarefa árdua e dispendiosa para técnicas experimentais. Assim a análise e a determinação das características operacionais podem ser realizadas com o auxílio de simulações numéricas, utilizando técnicas de fluidodinâmica computacional (CFD). Isso permite a previsão do comportamento dos escoamentos, sem que haja a necessidade de construção de modelos, gerando uma economia de recursos financeiros e de tempo. Este trabalho apresenta o projeto e a simulação numérica de uma bomba centrífuga (rotor e voluta). As características geométricas foram obtidas a partir de recomendações de projeto dispostos na literatura clássica da área e as simulações numéricas foram realizadas através da utilização do código ANSYS CFX. Para garantir a confiabilidade dos resultados, também foram realizadas simulações numéricas sobre o modelo computacional de um rotor de bomba comercializada e fabricada no Brasil. Em ambas as simulações, foi necessária a criação de modelos 3D da bomba, a geração de malhas computacionais adequada ao problema e a definição das condições de contorno apropriadas à situação. Com os resultados das simulações para uma bomba centrífuga radial, projetada, do tipo lenta, com descarga de 59,5 m3 /h, altura manométrica de 50 m e velocidade de rotação de 3600 rpm, foi possível obter a curva de altura de elevação, bem como, o comportamento do triângulo de velocidade ao longo da pá do rotor. Além disso, foi realizada uma avaliação do escoamento através do estudo dos campos de pressão e velocidade no rotor e na voluta, e uma verificação da influência da rugosidade na altura de elevação da bomba. Os estudos mostraram que os resultados numéricos apresentam concordância com os valores projetados, estando à altura manométrica 10% acima do valor esperado. Além do mais, a caracterização do escoamento e análise de desempenho da bomba revelaram que o CFD apresentou-se como uma ferramenta de projeto útil e confiável.