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BOMBAS CENTRÍFUGAS RADIAIS - Tipos de rotor -Funcionamento -Curvas características -Pontos de interesse em uma curva característica -Fenômenos de Cavitação

BOMBAS CENTRÍFUGAS RADIAIS

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BOMBAS CENTRFUGAS RADIAIS- Tipos de rotor -Funcionamento -Curvas caractersticas -Pontos de interesse em uma curva caracterstica -Fenmenos de Cavitao

INTRODUO

As bombas centrfugas radiais, de baixas ou mdias potncias, so mquinas que normalmente operam acopladas diretamente aos motores de acionamento, formando o grupo motor-bomba. Alguns modelos compactos so fabricados integrando-se o motor ao corpo da prpria bomba obtendo-se dessa maneira uma reduo das dimenses e do peso do conjunto. Os fabricantes em geral, utilizam motores eltricos de induo de 2, 4 ou 6 plos, que trabalham nas rotaes padronizadas de 3500 rpm, 1750 rpm e 1120 rpm e estas so utilizadas nos ensaios para o levantamento das curvas caractersticas de desempenho H(Q), P(Q) e NPSH(Q), respectivamente a altura manomtrica, a potncia no eixo da mquina e o NPSH em funo da vazo. Geralmente, o acionamento das bombas realizado com uma rotao no padronizada (motores a combusto interna, turbinas hidrulicas ou a vap)

Rotor Curva caracterstica

Bombas Centrfugas RadiaisSo o tipo mais simples e mais empregado das turbobombas. Nelas, a energia fornecida ao lquido primordialmente do tipo cintica, sendo posteriormente convertida em grande parte em energia de presso. A energia cintica pode ter origem puramente centrfuga ou de arrasto, ou mesmo uma combinao das duas, dependendo da forma do impelidor. A converso de grande parte da energia cintica em energia de presso realizada fazendo com que o fluido que sai do impelidor passe em um conduto de rea crescente. As bombas deste tipo possuem ps cilndricas (simples curvatura), com geratrizes paralelas ao eixo de rotao, sendo estas ps fixadas a um disco e a uma coroa circular (rotor fechado) ou a um disco apenas (rotor aberto, para bombas de gua suja, na indstria de papel, etc.), conforme mostrado na figuras. O uso normal das bombas centrfugas feito sob presses de at 16 kgf/cm e temperaturas de at 140C. Entretanto, existem bombas para gua quente at 300C e prasses de at 25kgf/cm (bombas centrfugas de voluta). o caso das bombas CZ da Sulzer-Weiser, mostrada esquerda.

Tipos de bombas centrfugasBomba Centrfuga Radial: nas centrfugas radiais, toda a energia cintica obtida atravs do desenvolvimento de foras puramente centrfugas na massa lquida devido rotao de um impelidor de caracterstica especiais. Bombas desse tipo so empregadas quando se deseja fornecer uma carga elevada ao fluido e as vazes so relativamente baixas. A direo de sada do fluido normal ao eixo e por isso essas bombas so chamadas tambm de centrifugas puras. Bomba Centrfuga Tipo Francis: existe uma bomba centrfuga radial que usa um impelidor com palhetas chamadas Francis, da o nome de bomba tipo Francis. A

caracterstica deste impelidor que suas palhetas possuem curvaturas em dois planos. Essa particularidade aproxima o desempenho dessa bomba ao de uma bomba de fluxo misto, embora tenha aplicao especfica.

Funcionamento de uma bomba centrfugaEla no auto-aspirante. Ao ser ligada, a fora centrfuga decorrente do movimento do rotor e do lquido nos canais das ps cria uma zona de maior presso na periferia do rotor e uma de baixa presso na sua entrada, produzindo o deslocamento do lquido em direo sada dos canais do rotor e boca de recalque da bomba. Como, em geral, as bocas de aspirao e de recalque esto ligadas tubulaes que levam a reservatrios em diferentes nveis, essa diferena de presso que se estabelece no interior da bomba faz com que surja um trajeto do lquido do reservatrio inferior (ligado boca de aspirao) para o superior (ligado boca de recalque) atravs da tubulao de aspirao, dos canais do rotor e difusor, e da tubulao de recalque, respectivamente. na passagem pelo rotor que se processa a transformao da energia mecnica nas energias de presso e cintica.

Curvas caractersticasAs grandezas Q (vazo ou descarga), He (altura de elevao), n (nmero de rotaes) e n (rendimento) foram chamadas de grandezas caractersticas do funcionamento de uma turbobomba. A bomba pode ser projetada para atender a um valor prefixado do nmero n de rotaes. Nesse caso, com esse valor de n, ela operar com uma descarga Q, uma altura de elevao He, proporcionando um rendimento mximo n mx. Pode-se, entretanto, desejar que a bomba funcione com outros valores de Q ou de He, e uma das solues consiste em variar o nmero de rotaes. o que acontece em elevatrias de gua ou de esgotos em que a descarga depende da hora e do dia da semana. Dentro de certos limites da variao do nmero de rotaes, o rendimento baixa a valores ainda aceitveis. A partir da equao de Euler chega-se a uma srie de relaes entre essas e outras grandezas (peso especfico, velocidade do lquido no rotor, potncia, etc.) permitindo, assim, que se possam traar curvas caractersticas de algumas dessas variveis em relao a outra (que se deseja manter praticamente constante). Na prtica,

ensaiam-se as bombas nos laboratrios, quando possvel, para um traado mais exato dessas curvas.

A figura acima mostra curvas normalmente obtidas ensaiando-se as bombas centrfugas com variao do nmero n de rpm. Essa curva poderia ser usada, no caso citado acima, para anlise do rendimento em funo de uma pequena variao na rotao. Sendo a descarga a grandeza que mais facilmente pode ser variada, do maior interesse saber como variam as grandezas caractersticas em relao mesma, principalmente a variao de H. Por essa razo a curva que traduz a funo (H,Q) para um valor constante do nmero de rotaes chama-se curva caracterstica principal da bomba ou curva da carga (H) em funo da vazo (Q). Essa curva pode se apresentar de 4 diferentes formas: inclinada, ascendente/descendente, altamente descendente e plana. As curvas "carga x vazo", "potncia x vazo" e "rendimento x vazo" so normalmente fornecidas em conjunto, conforme mostrado abaixo:

A partir de um estudo terico que leva em considerao o ngulo da p na sada , para um nmero de ps infinitas e sem espessuras, obtemos trs retas, como mostra o grfico. Essas curvas, na realidade, no so retas conforme mostra a teoria, j que n prtica h influncia do nmero de ps e das perdas por atritos, de choques e fugas de lquidos, etc. Assim, as curvas reais passam a ser as mostradas abaixo:

A Tabela 8 mostra os resultados para cada modelo de bomba utilizada neste trabalho, do fator de deficincia de potncia , do fator de estrangulamento 2, do rendimento volumtrico Rv, do rendimento hidrulico Rh, do rendimento mecnico Rm e do rendimento global Rg0 obtidos pelo mtodo proposto. Verifica-se pela Tabela 8, que o valor mdio do coeficiente de deficincia de potncia igual a 0.758. Esse valor aproximadamente 5 % maior que o valor 0.725, citado por Stepanoff (1957) e aproximadamente 8 % maior que o valor 0.700, citado por Mattos & Falco (1998). O fator de estrangulamento varia entre 0.885 e 0.941, com um valor mdio de 0.919. O rendimento volumtrico variou entre 94.4 % e 97.3 %, com valor mdio de 95.5 %. Esses valores so bastante prximos dos valores citados por Nekrassov (1996), Cherkassky (1985) e se situam no intervalo citado por Henn (2001). O rendimento hidrulico variou entre 70.5 e 79.2 % e apresentou um valor mdio de 73 %. Esse valor se situa fora do intervalo de Rh (80 a 85 %), conforme Cherkassky (1985), mas dentro do intervalo, citado por Henn (2001), que varia entre 60 a 93 %. O rendimento mecnico variou entre 97.6 e 97.9 %, com valor mdio de 97.7 %. Esses valores so maiores que os valores citados por Cherkassky (1985), que variam entre 92 e 95 %, mas se enquadram no intervalo de 96 a 99 %, citados por Henn (2001). O rendimento global varia entre 65 e 75.4 %, com um valor mdio de 68.2 %. Esse valor se situa fora do intervalo de 75 a 92 %, segundo Cherkassky (1985), mas dentro do intervalo de 60 a 93 %, citado por Henn (2001).

Tabela 8: com curva caracterstica de um tipo determinado de bomba

Cavitao em bombasQuando o liqudo em escoamento, passa por uma regio de muita baixa presso, chegando a atingir o nvel correspondente sua presso de vaporizao, formam-se bolhas que provocam , na verdade, apenas a diminuio da sua massa especfica do lquido. Estas bolhas so levadas no centro do escoamento passam, a seguir, para uma uma regio em que a presso muito maior. Esta variao que ocorre de maneira brusca provoca como que um colapso das bolhas por um processo chamado de imploso. Todo esse processo de formao deste colapso dessas bolhas faz por surgir esse processo que designamos CAVITAO.Por outro lado o desaparecimento dessas bolhas que vo se formando no decorrer do processo de cavitao, junto s paredes das condutas e dos rotores das bombas centrfugas vai no decorrer do tempo provocando, pelo fato de estarmos falando de altas temperaturas, um processo natural de eroso do material das ps da turbina esse processo destrutivo s acaba quando as ps j no conseguem exercer sua funo que de bombear gua. A partir do momento que a cavitao comea a se tornar demasiadamente grande vai aos poos acarretando uma queda de rendimento da mesma, comeam a surgir rudos, vibraes e a j comentada eroso, todas essas deterioraes vo fazendo com que em

pouco haja a quebra ou o colapso total do equipamento, gerando prejuzos considerveis. Abaixo temos algumas fotos que representam bem o estrago que pode fazer o fenmeno da cavitao nos rotores ou em outros componentes de dentro da bomba:

Fotos de um rotor em processo de cavitao.

CONTROLE DA CAVITAONPSHPor outro lado tambm conveniente comentar que existem solues possveis e viveis para esse processo degenerativo das bombas hidrulicas, ser desfeito, ou ao menos amenizado, chamamos de NPSH

Net Positive Suction Headna sigla em ingls, que significa:

Energia absoluta na aspirao da Bomba.Trata-se de uma caracterstica na instalao, definida como energia ou carga ( em termos de presso absoluta) que o lquido possui entrada da bomba, ou seja, na flange de aspirao da bomba, acima da sua presso de vapor.

Trocando em midos podemos dizer que a disponibilidade de energia que faz com que o lquido consiga alcanar as ps do rotor, uma informao importante que pode ajudar na preveno da cavitao que se trata de uma informao que geralmente fornecida pelo fabricante da bomba chamada de NPSH(R) Requerido, que nada mais do que a energia necessria pelo liquido em questo para chegar, a partir da flange de aspirao e vence as perdas conseqentes de carga no interior da bomba hidrulica, ao ponto onde comear efetivamente a ganhar energia para movimentao. Podemos dizer que o NPSH(R) Requerido depende de cada elemento que a bomba leva em sua fabricao, ou tambm podemos citar o dimetro do rotor, a sua rotao especfica, sendo todos esses dados fornecidos pelo fabricante das bombas adquiridas pelo consumidor. Portanto para que o fenmeno de cavitao no ocorra devemos chegar seguinte condio:

NPSH (disponvel) > NPSH (requerido)Para que de um modo efetivo a presso que ocorre dentro da bomba hidrulica no desa at a presso de vaporizao do liquido, tanto pelo fato da perda de carga do liquido quanto pela perda de carga que naturalmente ocorre pela transformao de energia de presso em energia cintica.

SINTOMAS DA CAVITAOAbaixo descrevemos algumas caractersticas que podem diagnosticar o possvel surgimento da cavitao:

Barulho: a cavitao acaba por produzir um rudo que se assemelha bastante a gros de areia ou as vezes como bolas de gude no interior do sistema de bombas Vibrao : o eminente colapso que ocorre por conta da cavitao faz tambm por produzir excitaes denominadas aleatrias que tem por

caracterstica a excitao das freqncias naturais ou ressonncias.

Alterao de performance : Dependendo da intensidade pode-se observar variaes considerveis na presso da descarga, visto pela oscilao do manmetro, podendo ocorrer em diversas a perda da vazo nas bombas hidrulicas. Oscilaes da corrente: Outro sintoma a alterao potncia consumida que acontece em funo da presso, pois perde-se presso a bomba consome mais energia para suprir essa disperso de presso ocasionando evidentemente um aumento considervel na quantidade de energia necessrio para o perfeito funcionamento da bomba hidrulica.

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ANEXOS