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Análise dimensional B0



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Bomba centrífuga

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A tabela abaixo relaciona as grandezas envolvidas na operação de uma bomba centrífuga:

Símbolo Nome Dimensão
D diâmetro L1
g aceleração da gravidade L1T−2
H altura manométrica L1
N rotação T−1
P potência L2M1T−3
Q vazão L3T−1
ρ massa específica L−3M1
É usual supor gH como grandeza única. Assim, conforme Teorema de Buckingham (teorema dos πs):

n = 6 grandezas
k = 3 básicas (LMT)
n − k = 3 grupos adimensionais

A potência pode ser escrita como função das demais:

P = φ[D, (gH), N, Q, ρ]  #A.1#

E os grupos adimensionais são:

Π1 = Φ(Π2, Π3 #A.2#

Com alguma manipulação algébrica (aqui omitida), os expoentes para esses grupos podem ser deduzidos com a escolha das grandezas para cada:

#B.1#   (coeficiente de potência)
#B.2#   (coeficiente de vazão)
#B.3#   (coeficiente de altura)

A igualdade #A.2# é então escrita:

#C.1#

Para a mesma bomba, o mesmo fluido e a mesma aceleração da gravidade, significando D, ρ e g constantes, pode-se deduzir a seguinte relação entre grandezas:

#D.1#


Consideram-se agora bombas que têm similaridade geométrica e dinâmica. Então os valores Π1, Π2 e Π3 são constantes. Então, isolando o diâmetro D nas relações #B.2# e #B.3# e igualando,

#E.1#

A manipulação dessa igualdade permite obter a seguinte constante válida para bombas com similaridade:

#E.2#

Ns é denominado velocidade específica. Notar que não é adimensional e, portanto, o seu valor depende das unidades adotadas. Em geral, são usadas: RPM para a rotação, m3/s para a vazão e m para a altura. Na comparação, é preciso verificar se as unidades empregadas são as mesmas.


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