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Sistemas Hidro- Pneumáticos II - Bombas

2 - Bombas centrífugas

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Sistemas Hidro-PneumticosII - Bombas

1. Definio So mquinas geratrizes cuja finalidade deslocar um lquido por escoamento. Recebem trabalho mecnico de uma mquina motriz e transformam-no em energia hidrulica acrescentando ao lquido energia cintica e de presso. Transporta o fluido de uma posio de menor energia potencial para outra de maior energia potencial.

2. Classificao GeralBombas

Deslocamento Positivo (Volumtricas)

Dinmicas (de Fluxo)

Deslocamento Positivo Alternativas(Descarga Intermitente)

Rotativas(Descarga Contnua)

Pisto

Diafragma

Rotor Simples

Rotor Mltiplo

Simples efeito

Palhetas deslizantes

Engrenagem

Duplo efeito

Pisto rotativo

Lbulos

Elemento flexvel

Pistes oscilatrios

Parafuso

Fusos

Dinmicas

Especiais

Rotodinmicas (Turbobombas)

Injetora

Radiais (Centrfugas Puras)

Ar comprimido (air-lift)

Diagonais (fluxo misto)

Carneiro Hidrulico

Axiais (propulsoras)

As bombas de diafragma funcionam como bombas de pisto. O movimento alternativo e provocado por um elemento flexvel de metal, borracha ou plstico. adequada para fludos txicos e corrosivos pois se elimina o contato do lquido com os selos mecnicos.

Bombas de diafragma

Exemplos de bombas rotativas

Carneiro hidrulico utiliza o princpio do golpe de arete (apenas a fora da gua transformando energia cintica em potencial) para bombear gua. Usado para abastecer pequenas caixas e cisternas em stios, fazendas e chcaras.

Modelos industrializados

Modelo que pode ser construdo em casa com garrafa pet

Aplicao dosadores de substancias qumicas que no podem entrar em contato com metais ou lubrificantes usados nas bombas, como: lquidos biolgicos (sangue), polpas, solues alcalinas, lquidos corrosivos.

3. Classificao das TurbobombasSegundo a trajetria do lquido no rotor

Bomba centrfuga pura ou radial Bomba de fluxo misto ou diagonal Bomba hlico-centrfuga Bomba helicoidal Bomba axial ou propulsora

4. Princpio de Funcionamento das Turbobombasa) Bomba centrfuga pura ou radial - descarrega o fluido na periferia radialmente - Para: H e Q b) Bomba diagonal hlico-centrfuga - descarrega o fluido, devido ao formato das ps, a 90 do eixo de rotao

c) Bomba diagonal helicoidal - com ps em dupla curvatura, faz o fluido percorrer trajetria em hlice cnica e descarrega-o em direo inclinada ao eixo. d) Bomba axial ou propulsora - em trajetria de hlice cilndrica, o fluido descarregado na periferia axialmente - As hlices do o escoamento axial e no a fora centrfuga como nas demais - Chamadas bombas verticais de coluna, so adequadas para: Q e H

5. Componentes de uma Turbobombaa) Rotor ou Impelidor transmite acelerao ao fluido. Pode ser: Fechado: Para lquidos que no contm substncias em suspenso. Disco e coroa circular fixam-se s ps. Semi-aberto: Incorpora uma parede no rotor para prevenir que matria estranha se aloje no rotor e interfira na operao. Aberto: Palhetas montadas sobre o eixo. Vantagem: lquidos com slidos em suspenso. Desvantagem: sofre maior desgaste.

Tipos de rotores:

Conforme o nmero de rotores: Bombas de simples estgio com 1 s rotor p/ aplicaes mais simples Bombas de mltiplos estgios - com 2 ou mais rotores - altura total de recalque = Hparciais - p/ instalaes de alta presso: caldeiras com p > 250 kgf/cm2, poos profundos de gua, pressurizao de poos de petrleo.

Bomba de mltiplo estgio

b) Difusor ou carcaa ou recuperador - faz a conteno do fluido bombeado - transforma: Ecintica (v2/2g) Epresso (P/ ) Teorema de Bernoulli DescargaCarcaaVoluta

Suco Ps Rotor

O fluido entra no centro da carcaa devido ao vcuo e acelerado pelas ps do rotor que gira a alta velocidade. Pela ao da fora centrfuga, o fluido descarregado na voluta ou no difusor, onde desacelerado devido expanso da seo de escoamento. A energia cintica convertida em energia de presso. Quanto maior o nmero de palhetas menor a perda por turbulncia.

Tipos de Carcaa:- Em voluta ou voluta simples - boa eficincia - custo - simplicidade mecnica - mais usual, principalmente em bbas simples estgio - Com ps difusoras - mais eficiente que a em voluta (converso +eficiente de Ecintica em Epresso - mais usual em bbas multiestgio - fluido sai de cada rotor e penetra no canal das ps difusoras fixas carcaa.

c) Eixo e luva de eixo - Eixo: - Transmitir torque na partida e operao - Suportar rotor e outras partes rotativas - Conforme posio do eixo: bbas horizontais e verticais - Luva de eixo: - proteger eixo de eroso, corroso e desgaste

Bomba vertical (poo de petrleo)

d) Caixa de gaxetas - Uma das partes +importantes das bbas centrfugas - De forma cilndrica, acomoda vrias gaxetas - Ajuste ideal permite vazamento de 30-60 gotas/min p/ possibilitar lubrificao e arrefecimento das gaxetas - Gaxetas so anis (em geral de amianto grafitado) cuja funo proteger a bba contra vazamentos nos pontos onde o eixo passa atravs da carcaa

6. Vantagens e Desvantagens das Bombas Centrfugas Vantagens: a) Construo simples b) Baixo custo c) Fluido descarregado a uma presso uniforme, sem pulsaes d) A linha de descarga pode ser estrangulada (parcialmente fechada) ou completamente fechada sem danificar a bomba e) Permite bombear lquidos com slidos f) Pode ser acoplada diretamente a motores g) No h vlvulas envolvidas na operao de bombeamento h) Menores custos de manuteno que outros tipos de bombas i) Operao silenciosa (depende da rotao)

Desvantagens: a) No servem para altas presses b) Sujeitas incorporao de ar precisam ser escorvadas c) A mxima eficincia da bomba ocorre dentro de um curto intervalo de condies d) No bombeia eficientemente lquidos muito viscosos

7. Escorva de uma bomba Consiste no prvio enchimento da bomba ou da linha de aspirao com o lquido a bombear. Em geral a bomba centrfuga deve ser escorvada antes de funcionar (a linha de suco deve estar cheia de lquido). Quando a bomba tem ar, a presso desenvolvida muito pequena devido baixa densidade do ar. Bomba afogada qdo o nvel de gua no reservatrio inferior suficiente p/ manter a bomba escorvada. Vlvula de p dispensvel e mantm s o crivo.

Dois tipos de escorva: a) Bomba afogada Bomba autoescorvante b) Com vlvula de p

8. Partida e parada de bombas Na partida ateno para bba escorvada ou no, ligaes eltricas, conexes, vazamentos. Na parada de uma bomba centrfuga, uma das sequncias : a) Abertura da vlvula de recirculao b) Fechamento parcial da vlvula de descarga, seguido do desligamento do motor e fechamento rpido da vlvula de descarga c) Fechamento do sistema de suprimento de gua de refrigerao d) Fechamento do sistema de lquido de selagem e) Fechamento da vlvula de suco f) Parada da bomba de leo

9. Princpio de Funcionamento das Bombas de Deslocamento Positivo Com uma ou mais cmara, o movimento de um rgo propulsor no seu interior comunica energia de presso ao fluido, provocando seu escoamento. O fluido confinado sofre P e desloca-se de uma posio esttica p/ outra +elevada A presso de sada regulada atravs de vlvulas de descarga unidirecionais.

10. Curvas Caractersticas das Bombas Servem para descrever as caractersticas operacionais de uma bomba. Permitem relacionar: - presso descarga (Hm = altura manomtrica) - capacidade, Q. - eficincia, - potncia, P Ateno: Curva Caracterstica depende somente da forma, dimetro e velocidade de rotao (rpm), e independe do fluido

- Q Potncia; - Q at um ponto mximo, aps o qual acontece o escorregamento do fluido; - Q Hm que se consegue bombear.

Exemplo: Caracterstica das bombas KSB A500 e A1000

Bomba KSB Meganorm 100-200

Altura Manomtrica Total (Hm ou AMT):Representa a presso de trabalho da bomba, dada em m.c. lquido bombeado. AMT = DG + PC onde: - DG = DGS + DGR altura esttica de elevao - PC = PCL + PCa perda de carga e - AMT = AMTS + AMTR - se LR > 4000D PCa,S = PCL,R = 0

Altura Manomtrica com Instrumentos Hm = p + p + m K Onde: p = leitura no manmetro p = leitura no vacumetro m = diferena de cotas entre os centros destes instrumentos

Potncia no bombeamento:Representa o trabalho realizado pela bomba ao deslocar o lquido entre 2 pontos. N = K . Q . AMT

[W = Watts]

Devido s perdas do motor e da bomba, tem-se:

N = K . Q . AMT B. M

B M

= rendimento da bomba = rendimento do motor

Nos catlogos de fabricantes (se lquido gua): N (cv) = 1000 . Q . AMT 75 . M onde: K = 1000 kgf/m3 1 cv = 75 kgf.m/s Q m3/s AMT m

Variao das Curvas Caractersticas com a Rotao (n): - Q 2 / Q1 = n 2 / n 1 - H2 / H1 = (n2 / n1)2 - N2 / N1 = (n2 / n1)3

Variao das Curvas Caractersticas com o dimetro do rotor(d) para bombas geometricamente semelhantes, temos: - Q2 / Q1 = (d2 / d1)3 - H2 / H1 = (d2 / d1)2 - N2 / N1 = (d2 / d1)5

Variao das Curvas Caractersticas com o dimetro do rotor(d) e o nmero de rotaes para bombas geometricamente semelhantes, temos: - Q2 / Q1 = (n2 / n1) . (d2 / d1)3 - H2 / H1 = (n2 / n1)2 . (d2 / d1)2 - N2 / N1 = (n2 / n1)3 .(d2 / d1)5

11. Instalao de Bombeamento Tpica Bomba Motor Vlvula de Reteno - seu rpido fechamento protege a instalao do refluxo de gua (golpe de arete) qdo paralisada a bomba - mantm a coluna dgua durante a parada - instaladas no incio da tubulao de recalque

Vlvula de GavetaPassagem totalmente desimpedida qdo aberta Bloqueio qdo fechada Aplicvel em ampla faixa de P e T Permite fluxo nos 2 sentidos No indicada p/ operaes frequentes de abertura e fechamento (manuseio +lento)

Vlvula de gaveta com um by-pass p/ equalizar as presses e facilitar o movimento de abertura

Vlvula de P - vlvula de reteno geralmente com crivo - instalada no incio da tubulao suco - p/ impedir a escorva da bomba

Crivo colocado antes da vlvula, evita a entrada de slidos e outros materiais que possam afetar o funcionamento da bomba.

Vlvula de p com crivo roscvel

Vlvula de alvio - P/ instalaes onde golpe de arete elevado, protege de surtos de sobrepresso - fixadas na tubulao aps a vlvula reteno - devido sobrepresso, a vlvula se abre e descarrega gua p/ reservatrio inferior

Manmetro instrumento que mede a presso relativa na tubulao de recalque

Vacumetro

instrumento que mede a presso relativa na tubulao de aspirao

12. Cavitao Com Pint-bba < Pv-lq gera bolhas no lquido O lquido com bolhas succionado atinge zonas de P na sada ocorre o colapso das bolhas Definio: a evaporao de fluido a P na linha de suco Causas: - diminuio da Psuco - operao a velocidades muito altas - NPSH insuficiente

Consequncias da cavitao: - vida til do equipamento - gera vibrao mecnica e rudo Indicao de quando ocorre: - rudo (similar ao crepitar de lenha seca ou martelamento com frequncia elevada) - desgaste do rotor (anlise visual)

Cavitao de uma bomba de deslocamento positivo

13. NPSHd e NPSHr NPSH Net Positive Suction Head ou APSL Altura Positiva Lquida de Suco (ou Altura de Suco Absoluta) P/ garantir boas condies de aspirao do sistema precisa saber NPSH p/ saber se haver cavitao NPSHd - a disponibilidade de energia do lquido ao entrar na bomba - caracterstica do sistema depende de DGs, local de instalao, Tbombeamento, K, PC (, L, vlvulas) - NPSHd = Patm Pv DGs - PCs K

NPSHr - a energia do lquido p/ ir da entrada da bba, vencendo PC, at a p do rotor, onde comea a receber energia de velocidade - caracterstica da bomba, fornecido pelo fabricante e obtido atravs de ensaios de laboratrio coef. de cavitao - unidade m. c. a fator de cavitao, que igual a: - NPSHr = . AMT * 0,0011 p/ bbas radiais * 0,0013 p/ diagonais - = . nq4/3* 0,00145 p/ axiais

nq = n. Q1/2 . H-3/4 Nmero caracterstico de rotaes por minuto ou rotao especfica ou nmero especfico de rotaes o nmero de rpm da bomba geometricamente semelhante bomba considerada, capaz de elevar 1m3 de gua por segundo altura de 1m. De acordo com seu valor especificam-se as turbobombas (tamanho e formato do rotor), classificando-as em: Lentas (nq < 25) Normais (25 < nq < 36) Rpidas (36 < nq < 60) Extra-rpidas ou hlico-centrfugas (60 < nq < 120) Helicoidais (120 < nq < 137) Axiais (nq > 137)

Para no haver cavitao a energia que o lquido dispe na entrada da bomba deve ser maior que a energia que vai consumir no interior da bomba, ou seja NPSHd > NPSHr Se NPSHd = NPSHr a cavitar bomba est prestes

Na prtica h folga de 10% a 15%, ou seja, NPSHd 1,10 a 1,15.NPSHr

Presso de vapor da gua em funo da temperaturaT (oC) Pv (m.c.a) T (oC) Pv (m.c.a) 0 2 4 6 8 10 15 20 0,062 0,072 0,083 0,095 0,109 0,125 0,174 0,238 25 30 40 50 60 80 100 0,323 0,433 0,752 1,258 2,031 4,827 10,332

Exemplo: Calcular a mxima altura de aspirao de uma bomba, que deve elevar 80 l/s de gua a uma altura manomtrica de 20 m. Sabe-se que: Pv = 0,231 kgf/cm2 K = 983 kgf/m3 Patm local = 0,98 kgf/cm2 PCs = 1,3 m.c.a NPSHr = 1,65 m.c.a

14. Associao de Bombasa) Em srie - p/ H - Hsrie = H1 + H2 (p/ mesma vazo) - mais vivel que usar bba muito grande e mais cara

b) Em paralelo - p/ Q - Qparalelo = Q1 + Q2 (p/ mesma H) - Se uma bba falhar, o sistema no pra (mas Q ) - flexibilidade do sistema (pra conforme (Q hotel)

Bombas em Paralelo