Laboratório virtual de bombas hidráulicas para aprendizado de hidráulica aplicada ao saneamento

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.