Programa de Pós-Graduação em Engenharia Sanitária e Ambiental (Mestrado Profissional) - PPGESA/ITEC

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Acesso aberto (Open Access)
Laboratório virtual de bombas hidráulicas para aprendizado de hidráulica aplicada ao saneamento
(Universidade Federal do Pará, 2024-05-07) SANTOS, Yara Cristiane Fonseca; SENA, Manoel José dos Santos; http://lattes.cnpq.br/2349287816857909
As curvas que caracterizam o comportamento de um sistema de bombeamento são normalmente estudadas em laboratórios físicos. No entanto, existem limitações quanto aos parâmetros que geralmente são variados em tais condições. O uso de laboratórios virtuais pode expandir os experimentos conduzidos em laboratórios físicos de tal forma que uma melhor compreensão do efeito da variação dos parâmetros possa ocorrer. Exemplos de tais parâmetros incluem comprimento, diâmetro do tubo, rugosidade do material do tubo, viscosidade do fluido e a diferença de altura entre os tanques inferior e superior. Neste trabalho, é descrito o desenvolvimento de um laboratório virtual de design responsivo para um sistema de bombeamento. Este laboratório virtual pode ser usado em computadores PC, tablets ou smartphones devido à sua interface gráfica de usuário responsiva. As equações usadas para simular o comportamento do laboratório são as equações de conservação, considerando a igualdade entre a altura manométrica fornecida pela bomba e a perda de carga observada no sistema. Para a contabilização das perdas de carga, são utilizadas as equações de Darcy- Weisbach, com coeficientes de atrito definidos a partir das equações de Colebrooke-White. As equações de conservação são então resolvidas numericamente usando o método da bissecção. Os resultados são exibidos em forma gráfica no laboratório virtual. Esses resultados são a altura manométrica da bomba, as perdas de carga, a eficiência e a potência motriz. Todos eles em função da vazão. O ponto de operação é calculado e apresentado graficamente. As variáveis são alteradas usando controles deslizantes. O laboratório foi testado com alunos de um curso de Engenharia Civil. Os resultados de uma pesquisa realizada com esses alunos mostraram a eficácia do laboratório em promover uma maior compreensão dos conceitos estudados. A maioria dos participantes da pesquisa declarou ter maior conhecimento sobre a curva da bomba, a curva de perda de carga do sistema, a curva de eficiência da bomba e a curva de potência motriz da bomba. Isso mostrou a utilidade de plotar essas quantidades em função da vazão. Um maior conhecimento da influência das variações dos parâmetros também foi percebido pela análise dos resultados da pesquisa. Além disso, os testes indicam direções para desenvolvimentos futuros.
Acesso aberto (Open Access)
Simulação do uso de bombas com velocidade variável em processos de saneamento
(Universidade Federal do Pará, 2025-02-07) TRINDADE, Rafael Pinheiro; SENA, Manoel José dos Santos; http://lattes.cnpq.br/2349287816857909
A busca por eficiência energética e sustentabilidade em sistemas de saneamento motivou este estudo, que investigou o uso de bombas centrífugas de velocidade variável (BVV) em processos de abastecimento de água, esgotamento sanitário e drenagem urbana. O objetivo principal foi desenvolver uma ferramenta computacional para simular o comportamento dessas bombas em diferentes condições operacionais, comparando seu desempenho com o de bombas de velocidade constante (VC). A metodologia incluiu a modelagem matemática baseada nas leis de similaridade hidrodinâmica e a implementação de um algoritmo em C++, validado por comparação com dados de referência. Foram analisados 21 cenários, variando a vazão inicial (Qm) de 200 a 800 m³/h e a amplitude de variação (Aq) de 20 a 60 m³/h, em períodos de 24 horas. Os resultados demonstraram que as BVV são significativamente mais eficientes em baixas vazões (Qm ≤ 400 m³/h), com economias de energia entre 19% e 43%. Porém, em vazões mais elevadas (Qm ≥ 500 m³/h), a operação em velocidade variável tornou-se menos vantajosa, resultando em aumento do consumo energético (até 154% em casos extremos). A redução da potência consumida em regimes de baixa rotação, aliada à flexibilidade de ajuste da vazão sem perdas por estrangulamento, justifica a adoção de BVV em sistemas com demandas flutuantes. Concluiu-se que a tecnologia de velocidade variável é viável para otimização energética em contextos específicos, especialmente em aplicações de saneamento com variação moderada de demanda. A ferramenta desenvolvida permite a análise de cenários reais, auxiliando na tomada de decisão técnica e no ensino de engenharia sanitária e ambiental.

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