Contribuição para a Caracterização de Bombas a Funcionar em modo Normal e como Turbinas

Abstract

A utilização de turbomáquinas recetoras e motoras, como as bombas para elevar águas de abastecimento, residuais ou pluviais e como as turbinas para produzir energia hidroelétrica, é há muito uma solução usual. As bombas rotodinâmicas e as turbinas de reação são de certa forma máquinas simétricas. No entanto, para potências semelhantes, as bombas apresentam custo inferior ao das turbinas, muito por via das economias de escala proporcionadas pela sua maior produção. Para determinados tipos de pequenos aproveitamentos hidroelétricos, o esforço de contenção de custos de primeiro investimento tem conduzido à tentativa de utilizar as bombas funcionando como turbinas (BFT). Assume-se que, apesar da menor eficiência e flexibilidade de operação das BFT, estas resultarão vantajosas na análise económica global do projeto devido ao menor custo de primeiro investimento. Um problema comum à análise deste tipo de soluções reside na exiguidade de informação relativamente às curvas características das BFT. Certos autores têm proposto métodos para inferir parâmetros destas curvas, mas as incertezas associadas são ainda consideráveis. Neste trabalho apresenta-se uma análise da norma ISO 9906 2012 relativa à caracterização de uma bomba funcionando como bomba (BFB). De seguida apresenta-se a instalação experimental idealizada para a realização de ensaios de pequenas turbomáquinas hidráulicas em modo BFB e BFT. Seguidamente desenvolve-se a caracterização experimental de um grupo motobomba elétrico comercialmente disponível em modo BFB. Os resultados são enquadrados na bibliografia técnica e científica pertinente, de modo a analisar a validade da abordagem experimental implementada. De seguida desenvolve-se a caracterização do mesmo grupo, mas agora em modo BFT. Os resultados são comparados com os obtidos em modo BFB e analisados à luz da bibliografia técnica e científica da especialidade. Finalmente são apresentadas as principais conclusões do trabalho desenvolvido no âmbito da contribuição para a caracterização do comportamento de grupos motobomba em modo BFB e BFT.

The use of receiving and motor turbochargers, such as sewage or stormwater elevation pumps, and turbines to produce hydroelectric power, has long been a common solution. Rotodynamic pumps and reaction turbines are somewhat symmetrical machines. However, for similar powers, pumps are less expensive than turbines, largely due to the economies of scale provided by their higher output. For certain types of small hydroelectric utilities, the first investment cost containment effort has led to attempts to use pumps as turbines (PAT). It is assumed that, despite the lower efficiency and flexibility of operation from PAT, these will be beneficial in the overall economic analysis of the project due to the lower cost of the initial investment.A common problem in the analysis of these solutions is the lack of information regarding the characteristic curves of PAT. Some authors have proposed methods to infer parameters for these curves, but the associated uncertainties are still considerable. This paper presents an analysis of ISO 9906 2012 on the characterization of a pump operating as a pump (PAP). The following is the experimental installation designed for testing small hydraulic turbochargers in PAP and PAT mode. We then develop the experimental characterization of a commercially available electric pump group in PAP mode. The results are framed in the relevant technical and scientific bibliography, in order to analyze the validity of the experimental approach implemented. Then the characterization of the same group is developed in PAT mode. The results are contrasted with those obtained in PAP mode and analyzed in the light of technical and scientific literature in the area. Finally, we present the main conclusions of the work developed in the context of contributions to the characterization of the behavior of pump groups in PAP and PAT mode.