5 -BOMBAS

5.1 - Conceitos Básicos

Evolução das Técnicas de Bombeamento

- Preocupação primária do homem

- Usando sua própria força

- Usando força animal

- Usando bomba a pistão

- Usando bomba centrífuga

Instalação de Bombeamento TíOO

- As instalações de bombeamento podemapresentar em sua forma variações as mais diversas.

- O esquema ilustrativo de uma simples e típicainstalação de bombeamento pode ser visto naFigura 1.

.'

4

CD

. Figura 1. Esquema ilustrativo de uma instalação debombeamento.

Legenda:M: Motor de acionamentoB: BombaRE: Redução excêntricaCL: Curva (ou joelho) longa de 90° -VPC: Válvula de pé com crivoVR: Válvula de retenção.R:.Registro . .'c: Curva (ou joelho)

- Alguns acessórios/conexões da instalação debombeamento apresentada na Figura 1 podem servistos na Figura 2.

Válvula de pé com crivo Redução excêntrica

TAMPA

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Válvula de retenção

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ANEL ()( ASSENr."MlNTODO CORPO

Registro de reca/que

Figura 2. Esquema ilustrati-v.-ode acessórios/conexões deuma instalação de bombeamento.

5.2 - Descrição e Classificação das Bombas

-Bomba é um transformador de energia: recebeenergia mecânica, que pode proced~r de um motorelétrico, térmico, etc, e a converte em energia queum fluido adquire em forma de posição, de pressãoou de velocidade.

Exemplos:-Bomba em um poço profundo-Bomba em um oleoduto com Z, D e v iguais- Bomba em tubulações com P e Z iguais

Observação:A maioria das aplicações relativas às energias

conferidas por uma bomba é uma mistura das três, asquais se comportam de acordo com as equações'fundamentais da Mecânica dos Fluidos.

- Bombas são máquinas geratrizes, isto é,máquinas que recebem trabalho mecânico,geralmente fornecido por uma máquina motriz, e otransformam em energia hidráulica, comunicando aofluido um acréscimo de energia sob as formas deenergia potencial, pressão e cinética. (BombasHidráulicas ).

- Máquina motriz. é o contrário de máquinageratí-iz. Exemplos: Turbinas e Rodas D'água.

-As bombas podem ser classificadas como:

- Bombas Volumétricas ou deDeslocamento Positivo

- Turbobombas ou Bombas Hidrodinâmicasou Dinâmicas

Bombas Volumétricas

- Caracterizam-se por produzir, em uma oumais câmaras, variações do volume interno, o queacarreta ou provoca as variações de pressãoresponsáveis pelo escoamento na tubulação deaspiração até a bomba e na tubulação de recalque dofluido até o ponto de utilização.

- A característica principal desta classe debombas é que uma partícula líquida em contato com

, I'W . .o orgao que comunIca a energIa temaproximadamente a mesma trajetória que a do pontodo órgão com o qual está em contato.

- Nesse tipo de bombas, a variação de volumepode ser produzida por um movimento alternativoou rotativo. Portanto, as Bombas Vo/umétricas sãodivididas em Alternativas e Rotativas. Estas duasclasses são divididas em muitas outras (Tabela 1).

Tabela 1. Divisão das Bombas Volumétricas.

- Nas bombas volumétricas alternativas, o fluido.recebe a ação das forças diretamente de um pistão ouêmbolo ou de uma membrana flexível (diafragma).

- Nas bombas volumétricas rotativas, o fluidorecebe a ação de forças provenientes de uma ou maispeças dotadas de movimento de rotação que,comunicando energia de pressão, provocam seuescoamento.

Geralmente, as boinbas volumétricasalternativas e rotativas ~ão utilizadas para pressões. .'elevadas e descargas relativamente pequenas.

Duplo EfeitoSimplex Acionadas porDuplex vapor.

Pistão ou Simplex Acionadas por

AlternativasÊmbolo Simples Efeito Duplex motores de

Duplo Efeito Triplex combustão internaMultiplex ou elétricos.

DiaftagmaSimplex Operação por fluido

Multiplex ou mecanicamente.Deslizantes

Palhetas OscilantesUm só FlexíveisRotor Pistão Rotativo

Elemento Flexível

Rotativas Parafuso SimplesExteriores

Engrenagens InterioresRotores Rotor Lobular

Múltiplos Pistões Oscilatórios

Parafusos DuplosMúltiplos

Desenhos ilustrativos de algumasbombas são mostradosnas Figura 3 e 4.

destas

Bomba de engrenagens Bomba de rolos

Bomba helicoidal Bomba de excéntrico

Bomba de palhetas Bomba de pistão giratório

Figura 3. Desenhos ilustrativos de bombas rotativas.

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E!-quema de bomba rotativa de engrenagem.

Bombn <.11:êmbolo de simples efeilO.

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Esquema de bomba de êmbolo.

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RETENÇÃO

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Bombn de êmbolu de simples efeito.

Figura 4. Desenhos ilustrativos de bombas alternativas.

Turbobombas

- São aquelas que se caracterizam pelaexistência de um Rolor dotado de palhetas emcontato com o fluido, de tal maneira que, acionadopor uma fonte externa de energia, a ação da forçacentrífuga ou força de sustentação produzida peloescoamento do fluido em torno da palheta provocauma depressão à entrada do rotor que aspira o fluidoe uma sobrepressão à saída do mesmo, responsávelpelo recalque do fluido.

- A aceleração que fluido adquire em função dorotor faz com que seu movimento não tenha amesma direção e sentido das palhetas.

- A fmalidade do rotor (também chamado de .

impulsor ou impelidor) é comunicar às partículas dofluido aceleração, para que elas possam adquirirenergia cinética e, desta forma, realizarem atransformação da energia mecânica em energiahidráulica.

- O rotor é um órgão móvel que energiza ofluido, criando uma depressão em seu centro paraaspirá-Io e uma sobrepressão. na periferia para

. ,

recalcá-Io. E acionado por meio de um eixo que lhetransmite o movimento .de rotação graças à energiade um fonte externa (motor de acionamento).

- o rotor pode ser fechado ou aberto, conformemostra esquematicamente a Figura 5.

(11)

(a.)Figura 5. Esquema de rotor: (a) fechado e (b) aberto.

- Além do rotor, as Turbobombas necessitam doDifusor ou Recuperador. O Difusor é um canal deseção crescente que coleta o fluido expelido pelorotor e o encaminha à tubulaçãp de recalque. Neleocorre a transformação da maior parte da elevadaenerg~a cinética com qu~ o líquido sai do rotor emenergia de pressão.

- Esta transfonnação é operada de acordo com oteorema de Bemoulli, pois tendo o difusor umaseção crescente, ela realiza uma contínua eprogressiva diminuição da velocidade do fluido como simultâneo aumento da pressão.

. -O difusor pode ser de tubo reto troncônico (nasbombas axiais) e de caixa em fonna de caracol oucoletar (nos demais tipos de bombas). As Figuras 6e 7 apresentam, respectivamente, fotografias debombas com esses dois tipos de difusores.

"

Figura 7. Bomba helicoidal Sulzer com caracol.

- "Pás Guias" (palhetas orientadas) entre a saídado rotor e o caracol sãe usadas para diminuir asperdas de cargas por atrito ou turbulência.

Classificacão das Turbobombas

-7Segundo a trajetória do fluido no rotor:

-Bomba Centrífuga pura ou radial-Bomba de fluxo misto ou bomba diagonal

- Bomba hélico-centrífuga- Bombas helicoidal ou semi-axial

- Bomba axial ou propulsora

-7Segundo o número de rotores empregados:

-Bombas de simples estágio-Bombas de múltiplos estágios

-7Segundo o número de entradas para a aspiração:

-Bomba de aspiração simples ou de entradaunilateral

-Bomba de aspiração dupla ou entrada bilateral

-7 Segundo a forma como é obtida a transformaçãoda energia cinética em energia de pressão:

- Bomba de difusor com pás guias-Bomba de difusor em forma de caracol-Bomba com difusor axial troncônico

7 Segundo outros parâmetros

- Em relação à trajetória do fluido dentro dorotor destaca-se as seguintes Turbobombas:

- ~: fluido penetra axialmenteao rotor e ébruscamente desviado na direção radial. Sãoutilizadas no recalque de pequenas vazões emgrandes alturas.

- Axiais: a trajetória do fluido se desenvolve, comrelação ao rotor, somente na direção axial. Sãoutilizadas no recalque de grandes vazões empequenas alturas.

- Fluxo Misto: constituem um caso intermediárioentre os outros dois tipos, tanto no que diz respeito atrajetória do fluido como no campo de aplicação.

Princí io de Funcionamento das Turbobombas(Exemplo:BombaCentrífuga)

- Considere o seguinte sistema. Um vasocilíndrico fechado e totalmente cheio de fluido

conectado, por meio de tubulações, a doisreservatórios conforme mostra a Figura 8. Aoacionar o rotor, no interior do vaso fechado, adepressão central aspira o fluido que, sob a ação daforça centrífuga, ganha.. na periferia do vaso. asobrépressão que o recalca.

- Desta forma, o fluido escoa por meio datubulação de aspiração, do reservatório inferior paraa bomba, enquanto que, simultaneamente, eletambém escoa pela tubulação de recalque, indo dabomba para o reservatório superior.

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Figura 8. Esquema ilustrativo do princípio defuncionamento de uma bomba centrífuga.

- A bomba centrífuganecessita ser previamenteenchida com o líquido a bombear, isto é ela deve serescorvada.

- O nome de bomba centrífugase deve ao fatode ser a força centrífuga a responsável pela maiorparte da energia que o líquido recebe ao passar pelabomba.

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5.3 - Escolha da Bomba

- Geralmente, a especificação de uma bombapara uma certa instalação de bombeamento é funçãodo conhecimento de duas grandezas: .

- Vazão a ser recalcada (Q).- Altura manométrica da instalação (H)

-A Figura 9 apresenta um diagrama seqüencialque mostra as fases que precedem a escolha dabomba.

Vazio Material das Tubulações Desnível

DiAm81ro das Tubulações

Diferença de PrenSoEntre Reservat6riosPerda de Cargas nos Tubos 8 AcM:SÓrlos

Altura Manom6trlca

Escolha d. Bombo ncn Gr6ficos de Seloção Fornecidos Pelos Fabricantes

Figura 9. Diagrama esquelI}ático para escolha da bomba a. partir dos dados fornecidos pelo fabricante.

ObserY..ações:

- o desnívela ser vencidopela bomba égrandeza de fácil medida.

-O material das tubulações deverá ser função danatureza do fluido recalcado; da economia;de outras características da instalação, taiscomo, estética, linhas subterrâneas ouaéreas; da pressão desenvolvida pelabomba.

-As demais operações serão objeto de estudosespecíficos.

5.3.1- Vazão a ser Recalcada

- A vazão a ser comprimida por uma bombadepende, essencialmente, de elementos tais como:

- Consumo diário da instalação (BGM)

- Jornada de trabalho

- Número de bombas em operação

O consumo diário da instalação é,evidentemente, função da natureza e fim a que sedestiIÍaa mesma.

5.3.2 - Diâmetros Econômicos de Tubulações

- Da equação da continuidade (Q = v.A), sabe-se que a mesma vazão pode ser transportada pordiferentes diâmetros de tubo. A variação dodiâmetro, contudo, tem reflexos diretos sobre oscustos de instalação.

$

CTLegenda:

-C T: Custo Total-I: Investimento-C O: Custo

Operacional

IA,

IIA'

AD=AB+ACA'D' = A'B' + A'C'CT=I+COE E' = Faixa Econ.

D

Figura 10. Variações de custo em função do diâmetro.

- Existem algumas fórmulas para o cálculo dodiâmetro econômico das tubulações, que estãobaseadas no chamado Critério do Custo TotalMínimo. Entre elas pode-se citar:

- Fórmulade Bresse: D = K . ..[Q

- Fórmulada ABNT: D = O,586.Tl/4.{Q

- Porém, o método mais comum é basear ocálculo nas chamadas Velocidades Econômicas, queé baseado no seguinte princípio: "Em todas Estaçõesde Bombeamento, onde o dimensionamento dosdiâmetros das linhas de sucção e recalque obedeceuao critério de conjugar-se o Investimento e o CustoOperacional, de forma a obter-se o Custo TotalMínimo, constatou-se os seguintes limites develocidade:

- Vsucção< 1,5 m/s (no máx. 2,0 m/s)

-Vrecalque< 2,5 m/s (no máx. 3,0 m/s)

- Usando esses limites e a equação dacontinuidade, têm-se o seguinte dimensionamentodas linhas de sucção e recalque:

-D = ..,j.(4.Q) / (n.v)

onde v é a velocidade do trecho desejado.

Observ~o:

- Como o tubo de sucção.geralmente é maiscurto, pode-se optar por um diâmetro maior nestetrecho., com o objetivo de diminuir a velocidade deescoamento e evitar a cavitação.

5.3.3 - Altura Manométrica

- Altura manométrica de um sistema é definidacomo sendo a quantidade de energia que deve serabsorvida por 1 Kg de fluido que passa pela bomba,para que o mesmo vença o desnível da instalação, adiferença de pressão entre os 2 reservatórios e aperda de carga dos tubos e conexões/acessórios.--- --

Pr- -- -

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......

"'Ho

.'

- - ... .

Figura 11. Esquema de uma instalação de bombeamentomostrando a Altura Manométrica.

-A.altura monométrica-'é dada pela expressão:

5.3.4 - Perda de Carga

- A perda de carga na instalação consiste naresistência oferecida pelas tubulações e acessóriosao escoamento do fluido. Ela pode ser (i) Contínuaou (ii) Localizada ou Acidental.

- As variáveis que influenciam são:

-Natureza do fluido

-Superficie da parede ( material do tubo)-Diâmetro do tubo

- Tipo de regime de escoamento- Comprimento da tubulação

-Outros fatores que devem ser considerados;

-Material empregado na fabricação do tubo-Processo de fabricação do tubo-Revestimentos especiais-Estado de conservação das paredes do tubo- Idade da tubulação

-Tubérculos e Incrustações

5.3.5 - Medição Direta da Altura Manométrica

- Variação da vazão, por necessidade deconsumo, altera a altura manométrica, pois a perdade carga será diferente (Hman= Ho+ MI).

- A altura manométrica pode ser medidadiretamente pelo uso de um manômetro (M) à saídada bomba e um vacuômetro (V) à entrada da mesma,qualquer que seja a vazão recalcada.

5.3.5.1 - Bomba com Succão Positiva

- Bomba está montadareservatório de sucção.

acima do nível do

Hman = M + V + Y

'"

Figura 12. Esquema típico de bomba com sucção positiva.

Figura 13. Esquema para bombas com manômetro evacuômetro nivelados.

- Bomba está montadareservatório de sucção.

abaixo do nível do

Hman = M-(h-y)-/

%Figura 14. Esquema típico de bomba com sucção negativa.

A

5.3.6 - Rendimentos em uma Bomba

Rendimento Hidráulico

Leva em consideração o acabamentosuperficial interno das paredes do rotor e da carcaçada bomba.

onde:'I1H:rendimento hidráulico da bombaHman:energia absorvida por 1 Kg de fluido que passa pela bombaHth:energia cedida a cada um dos Kg de fluido que passam pela

bomba

MI1-+2:energia dissipada no interior da bomba

Rendimento Volumétrico

- Leva em consideração a recirculação e ovazamento existente no estojo de gaxetas da bomba.

YJv = Q / (Q + q)onde:'I1v:rendimento volumétrico da bombaQ: vazão recalcada pela bombaq: recirculação e vazamento pelo estojo de gaxetas

-O YJvé a relação entre vazão recalcada (Q) e fivazão aspirada pela bomba (Q+ q).

-o 11vapresenta valores elevados:

Rendimento Mecânico

- Leva em consideração que, da potêncianecessária ao acionamento da bomba, apenas umaparte é, efetivamente, empregada para a ação debombeamento. Outra parte desta potência seránecessária para vencer o atrito interno da bomba.

11m = (N - LlN) / Nonde:11m:rendimento mecânico da bombaN: potência necessária ao acionamento

LlN:potência dissipada em atrito no estojo de gaxetas, nosmancais ou rolamentos, nos anéis de desgaste e pelo atritoentre o rotor e o meio fluido no qual gira

Rendimento Total

11 = 11H . 11v . 11monde:11:rendimento total da bomba

Tipo de Bomba Faixa de valores de nvBomba de baixa pressão 93 a 98 %

Hman< 15 mBomba de média pressão 88 a 93%

15 m < Hman< 50 mBomba de alta pressão 83 a 88%

Hman> 50 m

5.3.7 - Potência das Bombas

-A potência necessária ao acionamento de umabomba pode ser fomecida pela equação que defme orendimento mecânico ou, por meio de algumasmanipulações matemáticas, pela seguinte expressão:

N = (y . Q . Hman)/ TI

onde:N: potência necessária ao acionamento da bomba, em Kgf.mls

y: peso específico do fluido que passa pela bomba, em Kgf/m3Q: vazão recalcada pela bomba, em m3/sHman:altura manométrica, em m'11:rendimento total da bomba, em %

~ A potência instalada recomendáveldeve ser a potência do motor comercialimediatamente superior à potência calculada(potência necessária ao acionamento da bomba).

Recomendacão: Usar margem de segurança.

Potência Calculada Margem de SegurançaAté 2 CV 50%De 2 a 5 CV 30%De 5 a 10 CV 20%De 10 a20 CV . 15%Acima de 20 CV 10%

5.3.8 - Escolha Primária da Bombas

- Conhecidos os valores da vazão e da alturamanométrica, para a escolha da bomba deverão serconsultados os chamados gráficos de seleção quedefinem, dentro da linha de produção de cadafábrica, o tipo de bomba capaz de atender ao pontode funcionamento.

- Via de regra, o gráfico de seleção consiste dediagramas cartesianos (Hmanvs Q), dentro dos quaisestão delineados o campo específico de aplicação decada uma das bombas de uma série de bombas do

mesmo tipo.

- Um mesmo fabricante pode apresentar váriosgráficos de seleção para um conjunto de bombas do .

mesmo tipo construtivo, porém de tamanhosdiferentes. Portanto, é possível encontrar dentro dalinha de produção de um mesmo fabricante, mais deum tipo de bomba capaz do recalque da vazão Q naaltura manométrica Hman.

-A escolha defrnitiva depende de outros fatores:- estudo econômico: custo de compra vs custo operacional-adequação entre os materiais usados na construção da bomba e a

natureza do fluido por ela recalcado- adequação entre o tamanho da bomba e o espaço de instalação-adequação entre a capacidade~.desucção da bomba e a altura de

àspiração existente na instalação (cavitação)

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Fig. 13 - Gráficode S8/eção(Bombas A/brizzi-PetrySA)

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Fig.14 - Gráfico de.seleção (BombasAlbrizzi-Pe.tryS.A.)

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GRÁFICOS DE SELEÇÕES DE BOMBAS

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Fig. 18 - Gnffico de.sefttç60 (KSB do Brssff)..

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Fig.19 - Gráfico de releção (Worthington S.A. - Máquinas). .. ,

EXEMPLOS:

I) Uma indústria química necessita de uma bomba para água(u = IxlO-6 m2/s) com uma vazão horária de 36 m3. A alturaestática de sucção da bomba é de 3 m e a de recalque é de 10 m.O comprimento do tubo de sucção é de 7 m e o de recalque é de20 m. O material da tubulação é de ferro fundido (e = 0,30 mm) eo coeficiente variável K da fórmula de Bresse é 0,90.a) Determine o diâmetro econômico das tubulações.b) Escolha a bomba capaz de executar este serviço.c) Determine a potência do motor de acionamento, admitindo

para a bomba escolhida um rendimento total de 65%.

2) A instalação da figura abaixo mostra a captação de águadestinada ao abastecimento de uma pequena comunidade com 500habitantes. Calcular, para fms de escolha da bomba, a vazão e aaltura manométrica da instalação. Dados: a) quota diária "percapita" de 250 litros; b) desnível máximo (H.,)de 20 m; tubulaçãode PVC; diâmetro da linha de sucção de 75 mm; diâmetro dalinha de recalque de 60 mm;jornada de trabalho da bomba de 8 .

horas; comprimento da linha de sucção de 10m e comprimento dalinha de recalquede 300 m. (e = O, 001S /YVIM'».

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RI0-f'..(il- 1- I;,;

.-, .', ._~..';!.II'..-.

3) a) Dimensionar as tubulações e escolher a bomba capaz decaptar, na instalação da figura abaixo, 100 litros/seg de água.b) Determinar a potência do motor de acionamento.Dados: tubo de ferro fundido; Ho = 18 m; Ls = 6 m e LR= 2 km.

jll- --

'~, ':::0<. ..l.I::'.;:'~., '.':~:

L~.f.t

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4) Especificar o conjunto motor e bomba destinados ao.abastecimento de água de uma pequena comunidade, com asseguintes características:-população atual: 1500 habitantes;-previsão de crescimento: praticamente nulo;-matadouros: 3 (10 cabeças/dia x matadouro);- hospitais: 1 (50 leitos);-fábricas: 3 (100 operários/fábrica);- jardins: 6.000 m2- desnível geométrico: 30 m- tubo de aço galvanizado: e = 0,15 mm- comprimento dos tubos na sucção: 10 m- comprimento dos tubos no recalque: 400 m- acessórios na sucção: 1 válvula de pé com crivo e 1 curva 90°-acessórios no recalque: 1 registro de gaveta, 1 válvula de

retenção, 4 curvas de 90° e 4 curvas de 45°

o:> e......'"" ......

o::r:

5.4 - Curvas Características das Bombas

- Ao se projetar uma bomba, procura-seespecificar o recalque de certa vazão emdeterminada altura manométrica com o máximo derendimento possível para a bomba.

- Porém, a bomba pode ser posta para reca1carvazões diferentes, tendo como variações:

- a pressão desenvolvida (Hman)". , . .- a potenc1a necessana ao aClOnamento- o rendimento da bomba

- Campo de aplicação em termos de grandezasque interferem em seu funcionamento.

- Primeiro estágio:

-? Gráficos de Seleção da Bomba

- Segundo estágio:

-? Curvas Características da Bomba

- Essas curvas características são diagramasque apresentam o comportamento de uma bomba,mostrando a relação existente entre as grandezas quecaracterizam o seu funcionamento.

- As principais curvas características são:

(Hman, Q) (11, Q)

(N , Q) (NPSHreq , Q)

-O aspecto destas curvas são mostrados na Figura 15.

H

Q Q

NPSHreq

Q ~Q

.'

Figura 15. Curvas características de bomba centrífuga.

-Definido como sendo o ponto de interseção dacurva característica da bomba com a curvacaracterística do sistema no plano (Hman, Q).

- No Ponto de Operação (ou Ponto deTrabalho), a altura manométrica desenvolvida pelabomba é igual a altura manométrica exigida pelosistema. Este ponto está representado na Figura 16.

H

Iy

L

H(S)

II

.6H II

-- I H(B),. -1- - - --I, .

I

Q

L1H = perda de cargano sistema

H(S) = curva dosistema

H(B) = curva dabomba

Figura 16. Representação gr~fica das curvas característicasda bomba e do sistema.

5.4.2 -Associllção de Bol!!ill!s Cen~

- Duas ou mais bombas podem ser ligadas emSérie ou em Paralelo.

Associaç~o de Bol!ill.as em Série- A descarga que passa pelas bombas é a

mesma. Cada bomba fornecerá um parcela de alturatotal H.

- A curva característica do conjunto de bombasé obtida somando-se suas curvas características. A

Figura 17 ap!esenta este tipo de associação.H

Curva das bombasassociadas em série

C curva doencanamento oudo sistema

o

-B

Figura 17. Ponto de operação com duas bombas em série.

- Emprega-se este sistema quando se deseja variarmuito a altura manométrica ou quando num processohouver condições de pressão bastante diversas.

- As bombas poderão ser iguais ou não e a instalaçãodeve ser feita de modo a fazer funcionar qualquer númerodé bombas.

~ssociaç~o de Bombas ernLaralelo

- Consiste na disposição das tubulações de recalquede tal modo que as descargas de duas ou mais bombasfuncionando simultaneamente possam convergir para umamesma tubulação. A Figura 18 apresenta este tipo deassociação.

H 1 ~' o,3"

c' o,.. +C encanom.nto com perda.

d, corqa UdUlidol

o,I1O,

<:0'" 1bom bo

.O

-o

Fj~lI.á 18. Ponto do oporftQão oon~ trQII bon~bRS QJn paralolo.

- A curva característica do conjunto de bombasé obtida somando-se os valores das vazões de cadabomba, para cada valor de H.

- Se não houvesse perdas de carga na tubulação,a.descarga com três bombas seria o triplo da de uma.

- As bombas deverão ser iguais a fim de evitarcorrentes secundárias no sentido das bombas demaior potência para as de menor.

- A descarga obtida com duas bombas é menorque o dobro da fornecida por uma só bomba, e aresultante do funcionamento simultâneo de trêsbombas é bem menor que o triplo da quecorresponde a uma bomba.

- Generalizando, a descarga obtida com mbombas em paralelo é menor do que m vezes o valorda descarga de uma das bombas funcionandoisoladamente e em condições análogas.

Instalaç~o Série-P~lelo

- Pode-se executar uma instalação que permitafazer funcionar duas ou mais bo~bas iguais em sérieou em paralelo. Uma ampla faixa de utilização tantoda descarga quanto da altura manométrica pode seratendida.

- A Figura 19 mostra o queinstalação de duas bombas capazessérie e em paralelo.

R.G.

V.R.R. ( b)

aberto

R.

sucede numade operar em

R.G.

V.R.

(c) fechado

Figura 19. Instalação série-paralelo.

(a) fechado. .

) . .

r-rR.

R.G.If I )( R.G.

5.5 - Cavitação e NPSH

- Problema: relacionamento existente entre aaltura de colocação de uma bomba em relação aonível de aspiração (NA) do poço de captação e aocorrência do fenômeno da cavitação.

- NPSH ('Net Positive Suction Head' ou Altura

Positiva Líquida de Sucção): ferramenta paraca1cu1arou determinar a posição da bomba sem queesta venha sofrer cavitação.

5.5.1 - Altura de Colocação de uma Bomba

- A bomba pode apresentar duas configurações emrelação à sua posição frente ao NA do poço de sucção,conformemostraa Figura20.

- --.- --

Figura 20. Posições da bomba em relação ao NA.

- Aplicando o Balanço Global de Energia (ou oteorema de Bernoulli para fluido real) na linha desucção, tem-se que a coluna de fluido (RA)equiJibrada pela bomba em sua sucção é dada por:

noqual:- índice 1 refere-se a captação do fluido (Patm)- índice 2 refere-se a entrada da bomba

-~HA : perda de carga na linha de sucção-y : peso específico do fluido

-Para condições ideais:[(v/ - V12)/ 2.g] = O

- A máxima coluna de fluido equilibrada poruma bomba ocorre quando se tem P2 nula, ou seja,quando se tem vácuo completo na entrada da bomba.

-Porém, na prática, isto não ocorre, pois a perdade carga na sucção e a variação de energia cinéticanão são desprezíveis como se considerou.

- Além disto, a tentativa de redução da pressão àentrada da bomba pode iniciar o processo devaporização do fluido, Qcasionando o aparecimentoindesejável de cavitação.

5.5.2 - Cavitação

- Quando a pressão de entrada da bomba (P2)formenor ou igual a pressão de vapor (Pv) ocorre umdos dois efeitos:

- Se P2 < pv em toda a seção de entrada da bomba, asbolhas formadas pelo processo de vaporização expandem-se a ponto de poder cortar o fluxo do fluido, cessandoassim o bombeamento (Figura 21).

D

Figura 21. Corte do fluxo do fluido, quando Pi > Pe.

- Se P2 <pv e localizada em alguns pontos na entrada dorotor e não generalizada, as bolhas formadas pelo processode vaporização serão carregadas por correntes de maiorpressão para a região de saída do rotor onde tendem adesaparecer por meio de violentas implosões queprovocam os choques de condensação ~ destruição, ruídodesagradável e vibrações'; ~ queda do rendimento dabomba.

- A destruição das paredes e palhetas vizinhasao local das implosões (cavitação) podem serdevidas aos efeitos:

- Mecânico: golpe de ariete (Tabela 2).

Tabela 2: Cavitação devida ao efeito Mecânico.

~~';-~Ol'" - ~-:j-- PI --I1- - -_o- ---- - - - - -J

~--- - -- T --

l- .., - --.1.. --,.- :;-;""- ---\- - - --i

----------

--*--

\-- ~-~J-:-_-- --I-----

-------

- parededa carcaça- parededo rotor- Pe> pj, a bolha vai condensar-se.

- com a condensação das bolhas, a águacircundante acelera-se no sentido cen-tr(peto.

- condensada a bolha, as part(cuias ace-leradas cortam umas o fluxo das outras(GOLPE DE ARfETE).

- com o golpe de ar(ete, surge uma ondade sobrepressão que se propaga em sen-tido contrário e que golpeia com violên-cia as paredes mais próximas do rotor ecarcaça, danificando-as.

- Ou!m.ico: corrosão devido à liberação de íonslivres de oxigênio.

- Portanto, a cavitação age como um fatorlimitativo da altura de colocação de uma bomba,tendo seu valor máximo quando P2 =pV. Assim:

no qual:Pl / Y= Patm/ Y = pressão atmosférica, em mca..Pv/ Y= pressão de vapor do fluido a Tambiente,em mca.

Observações:

- A pressão atmosférica varia com a altitude local(A, em m.) de acordo com a expressão:

Patm/ Y = 10- 0,0012.A

- A pressão de vapor aumenta com a temperatura.Utilizar tabelas com valores de Pv em função datemperatura para correção da mesma.

~essão Locam.ada .1H*

- ~HA:perda de carga por atrito e turbulênciasnos tubos e acessórios da sucção...

- As perdas de carga entre a entrada da bomba epontos no interior dos canais formados pelas pás,como conseqüência do carregamento das bolhas devapor para a região de saída do rotor, provocadaspelas depressões locais, constituem a causa doaparecimento local da cavitação.

- Essas perdas de carga são denominadas deperdas de carga localizadas de pressão (.~H*).

-Assim, a determinação de HA,Maxé feita por:

HA,Max,< [(PI - Pv)/Y] - [(V22 - v/)/2.g] -àHA - àH*

- ~H* está associada à geometria ou ao tipo do rotor.

- Fator de cavitação ou coeficiente de cavitaçãoda bomba indica a sensibilidade da bomba à

cavitação (quanto maior for (j maior é a tendência dabomba em cavitar).

- (j pode ser determinado pelas expressões:

(j = Q . n4/3 n:'rotação da bomba

.:àH* = (j . Hman

5.5.3 - NPSH Disponível e Requerido('Net Positive Suction Head' ou Altura Positiva Liquida de Sucção)

- A expressão de HA,Max.pode ser reagrupada daseguinte forma:

NPSH disponível nainstalação

NPSH requeridopela bomba

- ~PSH disQQ!}ívelna instalação é a somaalgébrica de todas as grandezas que facilitam (sinalpositivo) e que dificultam (sinal negativo) a sucçãoda bomba. OBS.: HA,Max.é positivo quando a bombaestiver afogada.

- ~PSH disponível é a "carga energéticaliquida e disponível na instalação" para permitir asucção do fluido.

- NPSHre ueridoé a "carga energética liquidaque a bomba necessita" para realizar a sucção dofluido.

- A bomba não cavitará desde que:

NPSHdisp> NPSHreq

- No projeto de instalação e na compra dabomba deve-se levar em consideração o NPSHdispeo NPSHreqpara uma solução mais econômica.

- Neste sentido, o fabricante de bombas devefornecer junto às curvas características (Hman, Q),(N , Q) e (11, Q), a curva (NPSHreq, Q), comomostra a Figura 22.

H40

10

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Figura 22. Curvas características de uma bomba.

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