Escoamento através de um Canal do Rotor de B omba Centrífuga GN 7000 Software PHOENICS

1. Escoamentoatravés de um Canal do Rotor de BombaCentrífuga GN 7000Software PHOENICS

2. Motivação • O projeto de turbomáquinas tradicionalmente tem sido muito experimental, com teorias simples; • Correlações adimensionais são muito úteis, mas requerem extensos experimentos.; • Uma teoria unidimensional, mais simples e fácil de ser aplicada, não fornece, na maioria dos casos, previsões quantitativas seguras, uma vez que o escoamento em uma bomba pode ser não permanente (tanto periódico quanto turbulento), pode envolver descolamento e recirculação, esteiras não-permanentes das pás passando através do difusor e das folgas na raiz/periferia do rotor, entre outros.

3. Comportamentogeral de bombacentrífuga

4. Comportamentogeral de bombacentrífuga

5. BCS GN 7000 • BCS: Bombeio Centrífugo Submerso • Fabricante do modelo GN 7000: Reda Schlumberger • 3 estágios (rotor + difusor)

6. Rotor da GN 7000 (imagemilustrativa)

7. Altura de elevação por estágio

8. Implementação no Phoenics • Coordenadas Cilíndrico-polares • Pás retas • 1/7 do rotor • Água à 20°C • Modelo LVEL • SOURCE : RotatingCoordinate System • W = 251 rad/s • Variável independente: Vazão ou Pressão

9. Vazão como Variável Independente

10. Vazão como Variável Independente • Figuras e valores aceitáveis • Real : ↑Vazão ↔ ↓∆P • Phoenics : ↑Vazão ↔ ↑∆P Campo de pressão para Vazão fixada

11. ∆P como Variável Independente

12. Implementação no Phoenics • Pressão definida no Outlet de saída • Vazão mássica = R1 do arquivo Result • Grupos mais importantes do Q1 : • Grupo 19: Velocidade angular do sistema de coordenadas • ANGVEL =251 • Grupo 24: Pressão do OUTLET na saída • OBJ, PRESSURE, 5.3E+04

13. Definição da Malha Malha 50x50 Malha 30x30

14. Campo de Pressão

15. Velocidade Radial

16. Linhas de Corrente

17. Resíduos

18. Resultados

19. Comparação dos Resultados

20. Análises e Conclusões • Análisequalitativa: comportamentoparabólicocoerente

21. Análises e Conclusões • Análisequalitativa: ganho de pressãoatravés do rotor

22. Análises e Conclusões • Análisequantitativa: • Para valores de vazão entre 30 e 50 m3/h, os resultados são próximos, porém, conforme a vazão aumenta na entrada do rotor aumenta, o modelo do phoenics precisa de valores de Q muito maior para produzir a mesma altura de carga

23. O que gerou a diferença entre o rotor simulado e o real? • A geometria do rotor criado no software não contempla a inclinação das pás, o que corresponde ao parâmetro beta, cuja importância é essencial para o funcionamento real da bomba e para a descrição teórica ideal de Euler, representada na equação 2.3.1. Ou seja, nosso rotor possui pás retas; • No modelo incrementado no PHOENICS, não existe variação na altura do canal, uma vez que adotamos um valor médio para simplificar o problema. Já no rotor real, essa variação existe, o que pode ser visto na tabela 2.1 (parâmetros b1 e b2). Esse parâmetro altera a área de entrada e saída de fluido, interferindo, portanto, na relação entre vazão e velocidade; • Nosso grupo não representou o difusor na saída do rotor. Esse dispositivo desacelera o fluido, fazendo com que o ganho de pressão seja ainda maior, para a mesma vazão considerada;

24. Desenvolvimentosfuturos • Otimizar a semelhança geométrica entre o modelo e o rotor real, sem que isso implique em custos computacionais muito altos; • Implementar um blockage com formato triangular junto às pás, de modo a simular a curvatura delas; • Importar um objeto de Softwares como o Pro-E, tomando o cuidado para ajustar nele uma malha polar; • Variação das propriedades do fluido: melhorando o modelo, será possível predizer o comportamento de fluidos viscosos dentro do rotor, o que é muito difícil de ser feito analiticamente para casos tridimensionais.

25. Referênciasprincipais: • Amaral, G. D. L., “Modelagem do Escoamento em Bomba Centrífuga Submersa Operando com Fluidos Viscosos”. Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual de Campinas, 233 p. Dissertação (Mestrado) • Monte Verde, W., “Estudo Experimental de Bombas BCS Operando com Escoamento Bifásico Gás-Líquido”. Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Universidade Estadual de Campinas, 129 p. Dissertação (Mestrado) • FOX, Robert W.; MCDONALD, Alan T. Introdução à mecânica dos fluidos. 4. ed. Rio de Janeiro: LTC • CHAM Case Study – Induced Draft Rotor • TR 326 – PHOENICS 2010 VR – Reference Guide

26. Dúvidas?! ... Obrigado!!!