Simulação numérica das curvas características de altura manométrica, rendimento e NPSH de bombas centrífugas

Abstract

Neste trabalho são realizadas simulações numéricas das curvas características de duas bombas centrífugas. Para tanto, software Ansys CFX foi utilizado. Em ambos os domínios computacionais simulações utilizando escoamento monofásico e bifásico foram realizadas. O principal objetivo do trabalho foi simular as curvas de projeto e NPSH de ambas as máquinas, bem como, observar a influência do aumento da velocidade de rotação na incidência do fenômeno de cavitação. Em ambas as simulações o modelo de turbulência utilizado foi o modelo k-ω SST e a discretização matemática do problema foi feita com base no método dos volumes finitos - MVF. As simulações monofásicas foram realizadas para ambas as máquinas em diferentes rotações variando de 1250 rpm até 4500 rpm. Nas simulações das curvas de altura manométrica e rendimento utilizou-se como condições de contorno a imposição de fluxo mássico na entrada da máquina e prescrição de velocidade relativa nula nas paredes do domínio. Na simulação bifásica, foram utilizados como fluidos de trabalho, água em seu estado líquido e de vapor, com título na entrada de 100% e 0% respectivamente. Nessas o fluxo mássico imposto na entrada da máquina foi aquele considerado ótimo na simulação monofásica. As simulações monofásicas mostraram que as curvas de projeto têm decrescimento com o aumento da vazão imposta na entrada da máquina, tal como esperado pela literatura. Possuem pontos ótimos de projeto (Qprojeto, Hprojeto), que se deslocam de forma proporcional com o aumento da velocidade de rotação do rotor. Quanto às simulações bifásica, essas mostraram que existe um ponto de onde percebe-se o contínuo decaimento do rendimento da máquina com a diminuição da energia disponível na entrada da mesma (NPSHdisponível). Esse ponto é delimitado por uma quantidade de energia chamada NPSHcrítico, que delimita a queda de 3% no rendimento da máquina e o início do processo de formação de vapor no interior da máquina. Tentativas de relacionar a energia crítica (NPSHcrítico) com as características fundamentais da máquina foram feitas para ambos os domínios computacionais. Apesar de um certo espalhamento dos dados, as soluções propostas atenderam a predição do valor da energia crítica como função do número de rotações específica de cada máquina.