Dimensionless curves of centrifugal pumps for water supply systems: development and case study

Abstract

ABSTRACT Centrifugal pumps are widely used in water supply systems and account for more than 90% of the electricity consumption of water pumping stations. Studies that seek to generalize the characterization of performance curves of centrifugal pumps are extremely useful. A study was carried out on the dimensionless characteristics of the operating conditions of centrifugal pumps for preliminary design estimations of water supply systems aiming at energy efficiency. The research consisted of the analysis of performance curves of centrifugal pumps from which data was collected regarding the point of maximum yield (PMY). The curves and the equations obtained were made dimensionless so that the information could be extrapolated to other situations. A case study was conducted in the Water Supply System of Vale Campus of the Federal University of Rio Grande do Sul (UFRGS) to demonstrate the application of those equations and curves developed. The dimensionless equations were useful to determine which discharge should be adopted so that the system would be more efficient hydro and energetically and, also, to determine how much more energy would be consumed in the case of alteration of the point of operation of the pump by a throttling valve.RESUMO As bombas centrífugas são amplamente utilizadas em sistemas de abastecimento de água e o seu funcionamento é responsável por mais de 90% do consumo de energia elétrica das estações de bombeamento de água. Estudos que busquem generalizar a caracterização das curvas de desempenho de bombas centrífugas são extremamente úteis. Realizou-se um estudo sobre as características adimensionais das condições de operação de bombas centrífugas para estimativas prévias de projetos de sistemas de abastecimento de água visando à eficiência energética. O trabalho consistiu na análise de curvas de desempenho de bombas centrífugas das quais foram extraídas informações sobre o ponto de máximo rendimento (PMR). As curvas e as equações obtidas foram adimensionalizados de modo que as informações pudessem ser extrapoladas para outras situações. Foi realizado um estudo de caso no Sistema de Abastecimento de Água do Campus do Vale da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) para demonstrar a aplicação das equações e curvas desenvolvidas. As equações adimensionais foram úteis para determinar qual vazão nominal deveria ser adotada para que o sistema fosse mais eficiente hidroenergeticamente e, também, para determinar quanto de energia seria consumida a mais caso o ponto de funcionamento da bomba fosse alterado por válvula de estrangulamento.