CENTRO FEDERAL DE EDUCA;CO TECNOLGICA DA BAHIA

Centro Federal de Educao Tecnolgica CEFET/BA

Coordenao de Processos Industriais

Disciplina: Escoamento e Transporte de Fluidos

Professor: Digenes Ganghis

BOMBAS INDUSTRIAIS

APRESENTAO

Esta apostila apresenta um material didtico sobre Bombas Industriais com foco na formao de operadores de processos industriais. O material foi elaborado/compilado a partir de um conjunto de outras apostilas disponveis, tais como o material sobre bombas centrfugas disponibilizado no site da UFRN (http://www.ufrnet.ufrn.br/~lair/Pagina-OPUNIT/bombas-index.htm) ou ainda da apostila do Prof Paulo Soares.

NDICE

41Bombas Industriais

41.1Definio

41.2Equipamento para bombeamento de fluidos

41.3Tipos de Bombas

52Bombas Centrfugas

62.1Introduo

72.2Princpios de Funcionamento

72.2.1Gerao da Fora Centrfuga

82.2.2Converso da Energia Cintica em Energia de Presso

92.3Partes de uma Bomba Centrfuga

92.3.1Componentes Estacionrios

132.3.2Componentes Rotativos

162.3.3Componentes Auxiliares

162.4Definio de Termos Importantes

162.4.1Capacidade

172.4.2Carga

192.4.3NPSH

192.4.4Potncia e Eficincia

202.4.5Velocidade Especfica

202.4.6Leis de Afinidade

212.5Curvas Caractersticas de uma Bomba Centrfuga:

242.6Ponto timo de trabalho de uma bomba

242.7Associao de bombas

252.8Operao de Bombas Centrfugas

252.8.1Ocorrncias

262.8.2Procedimentos de manuteno preventiva

262.8.3Informaes Complementares

283Referncias

Bombas Industriais

1.1 Definio

As bombas so mquinas nas quais a movimentao do lquido produzida por foras que se desenvolvem na massa lquida.

1.2 Equipamento para bombeamento de fluidos

Os lquidos usados nas industrias qumicas diferem consideravelmente em propriedades fsicas e qumicas e foi necessrio criar uma grande variedade de equipamentos de bombeamento.

A escolha de uma bomba para uma determinada operao influenciada pelos seguintes fatores:

A quantidade de lquido a transportar.

A carga contra a qual h que bombear o lquido.

A natureza do lquido a bombear.

A natureza da fonte de energia.

Se a bomba utilizada apenas intermitente.

Deve-se ponderar o custo e a eficincia mecnica da bomba e pode ser vantajoso escolher uma bomba barata e pagar maiores custos de substituio e manuteno do que instalar uma bomba muito cara de alta eficincia.

1.3 Tipos de Bombas

As bombas industriais possuem vrios tipos, entre eles podemos citar:

a) Bombas de Deslocamento Positivo o volume de lquido remetido est diretamente relacionado com o deslocamento do elemento pisto e, portanto, aumenta diretamente com a velocidade e no sensivelmente afetado pela presso. So usadas para bombeamento contra altas presses e quando requerem vazes de sada quase constantes. As bombas de deslocamento positivo se dividem em dois tipos:

Alternativas A taxa de fornecimento do lquido uma funo do volume varrido pelo pisto no cilindro e do nmero de golpes do pisto.

Rotativa O rotor da bomba provoca uma presso reduzida do lado da entrada, o que possibilita a admisso do lquido bomba, pelo efeito da presso externa. medida que o elemento gira o lquido fica retido entre os componentes do rotor e a carcaa da bomba, depois de uma determinada rotao, o lquido ejetado pelo lado da descarga da bomba.

b) Bombas Centrfugas - so aquelas em que a energia fornecida ao lquido primordialmente do tipo cintica, sendo posteriormente convertida em grande parte em energia de presso. Nas bombas centrfugas a movimentao do lquido produzida por foras desenvolvidas na massa lquida de um rotor. Estas bombas caracterizam-se por operarem com altas vazes, presses moderadas e fluxo contnuo. As bombas centrfugas se dividem em dois tipos: Radias So bombas onde a energia cintica originada unicamente pelo desenvolvimento de foras centrfugas na massa lquida devido rotao de uma impelidor de caractersticas especiais.

Francis Possuem um impelidor com palhetas e curvaturas em dois planos.

c) Bomba Diafragma Depende do movimento de um diafragma para conseguir pulsao. So usadas para suspenses abrasivas e lquidos muito viscosos.d) Bomba A Jato Usam o movimento de uma corrente de fluido a alta velocidade para imprimir movimento a outra corrente, misturando as duas.e) Bomba Eletromagntica Princpio igual ao motor de induo usada com lquidos de alta condutividade eltrica (metais lquidos) no tem partes mecnicas mveis.

Em nosso estudo iremos nos deter apenas as bombas centrfugas, devido a sua grande aplicabilidade na indstria.

Bombas Centrfugas

Bombas so equipamentos que conferem energia de presso aos lquidos com a finalidade de transport-los de um ponto para outro.

Nas bombas centrfugas, a movimentao do lquido produzida por foras desenvolvidas na massa lquida pela rotao de um rotor. Este rotor essencialmente um conjunto de palhetas ou de ps que impulsionam o lquido.

O rotor pode ser aberto, fechado ou semi aberto. A escolha do tipo de rotor depende das caractersticas do bombeamento. Para fluidos muito viscosos ou sujos usam-se, preferencialmente, os rotores abertos ou semi abertos. Nestes casos, os rotores fechados no so recomendados devido ao risco de obstruo.

Para uma bomba centrfuga funcionar preciso que a carcaa esteja completamente cheia de lquido que, recebendo atravs das ps o movimento de rotao do impelidor, fica sujeito fora centrfuga que faz com que o lquido se desloque para a periferia do rotor causando uma baixa presso no centro o que faz com que mais lquido seja admitido na bomba. O fluido a alta velocidade (energia cintica elevada) lanado para a periferia do impelidor onde o aumento progressivo da rea de escoamento faz com que a velocidade diminua, transformando energia cintica em energia de presso.

As bombas centrfugas caracterizam-se por operarem com vazes elevadas, presses moderadas e fluxo contnuo.

1.4 IntroduoOs principais requisitos para que uma bomba centrfuga tenha um desempenho satisfatrio, sem apresentar nenhum problema,so:

Instalao correta,

Operao com os devidos cuidados e,

Manuteno adequada

Mesmo tomando todos os cuidados com a operao e manuteno, os operadores freqentemente enfrentam problemas de falhas no sistema de bombeamento. Uma das condies mais comuns que obrigam a substituio de uma bomba no processo, a inabilidade para produzir a vazo ou a carga desejada.

Existem muitas outras condies nas quais uma bomba, apesar de no sofrer nenhuma perda de fluxo, ou carga, considerada defeituosa e deve ser retirada de operao o mais cedo possvel. As causas mais comuns, so:

Problemas de vedao (vazamentos, perda de jato, refrigerao deficiente, etc.)

Problemas relacionados a partes da bomba ou do motor:

Perda de lubrificao

Refrigerao

Contaminao por leo

Rudo anormal, etc.

Vazamentos na carcaa da bomba

Nveis de rudo e vibrao muito altos

Problemas relacionados ao mecanismo motriz (turbina ou motor)

Qualquer operador que deseje proteger suas bombas de falhas freqentes, alm de um bom entendimento do processo, tambm dever ter um bom conhecimento da mecnica das bombas. A preveno efetiva requer a habilidade para observar mudanas no desempenho, com o passar do tempo, e no caso de uma falha, a capacidade para investigar a sua causa e adotar medidas para impedir que o problema volte a acontecer.

Em geral, h principalmente trs tipos de problemas com as bombas centrfugas:

Erros de projeto M operao Prticas de manuteno ineficientes

1.5 Princpios de Funcionamento

Uma bomba centrfuga , na maioria das vezes, o equipamento mais simples em qualquer planta de processo. Seu propsito, converter a energia de uma fonte motriz principal (um motor eltrico ou turbina), a princpio, em velocidade ou energia cintica, e ento, em energia de presso do fluido que est sendo bombeado. As transformaes de energia acontecem em virtude de duas partes principais da bomba: o impulsor e a voluta, ou difusor.

O impulsor a parte giratria que converte a energia do motor em energia cintica.

A voluta ou difusor, a parte estacionria que converte a energia cintica em energia de presso.

Observao: Todas as formas de energia envolvidas em um sistema de fluxo de lquido, so expressas em termos de altura de coluna do lquido, isto , carga.

1.5.1 Gerao da Fora Centrfuga

O lquido entra no bocal de suco e, logo em seguida, no centro de um dispositivo rotativo conhecido como impulsor. Quando o impulsor gira, ele imprime uma rotao ao lquido situado nas cavidades entre as palhetas externas, proporcionando-lhe uma acelerao centrfuga. Cria-se uma rea de baixa-presso no olho do impulsor causando mais fluxo de lquido atravs da entrada, como folhas lquidas. Como as lminas do impulsor so curvas, o fluido impulsionado nas direes radial e tangencial pela fora centrfuga.

Fazendo uma analogia para melhor compreenso, esta fora que age dentro da bomba a mesma que mantm a gua dentro de um balde, girando na extremidade de um fio. A Ilustrao 1, abaixo, mostra um corte lateral de uma bomba centrfuga indicando o movimento do lquido.

Ilustrao 1 - Trajetria do fluxo de lquido dentro de uma bomba centrfuga

1.5.2 Converso da Energia Cintica em Energia de Presso

A energia criada pela fora centrfuga, energia cintica. A quantidade de energia fornecida ao lquido proporcional velocidade na extremidade, ou periferia, da hlice do impulsor. Quanto mais rpido o impulsor move-se, ou quanto maior o impulsor, maior ser a velocidade do lquido na hlice, e tanto maior ser a energia fornecida ao lquido.

Esta energia cintica do lquido, ganha no impulsor, tende a diminuir pelas resistncias que se opem ao fluxo. A primeira resistncia criada pela carcaa da bomba, que reduz a velocidade do lquido. No bocal de descarga, o lquido sofre desacelerao e sua velocidade convertida a presso, de acordo com o princpio de Bernoulli. Ento, a carga desenvolvida (presso, em termos de altura de lquido) aproximadamente igual energia de velocidade na periferia do impulsor.

Esta carga pode ser calculada por leitura nos medidores de presso, presos s linhas de suco e de descarga. As curvas das bombas relacionam a vazo e a presso (carga) desenvolvida pela bomba, para diferentes tamanhos de impulsor e velocidades de rotao. A operao da bomba centrfuga deveria estar sempre em conformidade com a curva da bomba fornecida pelo fabricante.

Observao: Um fato deve ser sempre lembrado: uma bomba no cria presso, ela s fornece fluxo. A presso justamente uma indicao da quantidade de resistncia ao escoamento.1.6 Partes de uma Bomba CentrfugaAs bombas industriais so compostos de trs grandes grupos de partes que se subdividem em estacionrios, rotativos e auxiliares que so o mostrados na Ilustrao 2e detalhados a seguir.

Ilustrao 2 - Componente gerais de uma Bomba Centrfuga

1.6.1 Componentes Estacionrios

1.6.1.1 Carcaa

As Carcaas geralmente so de dois tipos: em voluta e circular. Os impulsores esto contidos dentro das carcaas.

a) Carcaas em voluta proporcionam uma carga mais alta; carcaas circulares so usadas para baixa carga e capacidade alta.

A voluta tipo um funil encurvado que aumenta a rea no ponto de descarga, como mostrado na Ilustrao 3. Como a rea da seo transversal aumenta, a voluta reduz a velocidade do lquido e aumenta a sua presso.

Um dos principais propsitos de uma carcaa em voluta ajudar a equilibrar a presso hidrulica no eixo da bomba. Porm, isto acontece melhor quando se opera capacidade recomendada pelo fabricante. Bombas do tipo em voluta funcionando a uma capacidade mais baixa que o fabricante recomenda, pode imprimir uma tenso lateral no eixo da bomba, aumentar o desgaste e provocar gotejamento nos lacres, mancais, e no prprio eixo. Carcaas em dupla voluta so usadas quando as estocadas radiais ficam significantes a vazes reduzidas.

Ilustrao 3 - Corte de uma bomba mostrando a carcaa em voluta.

b) A carcaa circular tem palhetas defletoras estacionrias, em volta do impulsor, que convertem a energia de velocidade em energia de presso. Convencionalmente, os difusores se aplicam a bombas de mltiplos estgios. As carcaas podem ser projetadas como carcaas slidas ou carcaas bipartidas. A carcaa slida implica que toda a carcaa, inclusive o bocal de descarga, compe uma pea nica, fundida ou usinada. Numa carcaa fendida, duas ou mais partes so firmadas juntas. Quando as partes da carcaa so divididas no plano horizontal, a carcaa descrita como bipartida horizontalmente (ou bipartida axialmente). Quando a diviso no plano vertical perpendicular ao eixo de rotao, a carcaa descrita como bipartida verticalmente, ou carcaa bipartida radialmente. Os anis de desegaste da carcaa atuam como um selo entre a carcaa e o impulsor.

Ilustrao 4 Detalhe da Carcaa Circular e Localizao dos Bocais de Suco e Descarga

1.6.1.2 Bocais de Suco lateral / Descarga lateral

Os bocais de suco e de descarga so localizados nos lados da carcaa perpendicular ao eixo. A bomba pode ter carcaa bipartida axialmente ou radialmente.

1.6.1.3 Cmara de vedao e Caixa de Enchimento

Os termos cmara de lacre e caixa de enchimento, referem-se ambos a uma cmara acoplada ou separada da carcaa da bomba, que forma a regio entre o eixo e a carcaa onde o meio de vedao instalado. Quando o lacre feito por meio de um selo mecnico, a cmara normalmente chamada cmara de selo. Quando o lacre obtido por empacotamento, a cmara chamada caixa de recheio.

Tanto a cmara de selo como a caixa de recheio, tem a funo primria de proteger a bomba contra vazamentos no ponto onde o eixo atravessa a carcaa da bomba sob presso. Quando a presso no fundo da cmara abaixo da atmosfrica, previne vazamento de ar na bomba. Quando a presso acima da atmosfrica, as cmaras previnem o vazamento de lquido para fora da bomba.

As Cmaras de vedao e caixas de enchimento tambm podem ser disponveis com arranjos de resfriamento ou aquecimento para controle da temperatura. A Ilustrao 5 abaixo descreve uma cmara de selagem montada externamente, e suas diversas partes.

Ilustrao 5 - Partes de uma cmara de selagem simples

a) Glndula: A glndula uma parte muito importante da cmara de selo ou da caixa de recheio. Ela d o empacotamento ou o ajuste desejado do selo mecnico na manga do eixo. Pode ser ajustada facilmente na direo axial. A glndula consiste do selo, refrigerao, dreno, e portas da conexo do suspiro conforme os cdigos de padronizao.

b) Bucha: O fundo, ou extremo interno da cmara, provido com um dispositivo estacionrio chamado bucha da garganta que forma uma liberao ntima restritiva ao redor da manga (ou eixo) entre o selo e o impulsor.

c) Bucha do regulador de presso um dispositivo que restringe a liberao ao redor da manga (ou eixo), na extremidade externa de uma glndula do selo mecnica.

d) Dispositivo circulante interno um dispositivo localizado na cmara de selo para circular fluido da cmara de selo para um refrigerador ou um reservatrio fluido. Normalmente conhecido como anel de bombeamento.

e) Selo mecnico: As caractersticas de um selo mecnico sero discutidas posteriormente

f) Alojamento do mancal abriga os mancais montados no eixo. Os mancais mantm o eixo ou rotor em alinhamento correto com as partes estacionrias sob ao de cargas radiais e transversais. O compartimento do mancal tambm inclui um reservatrio de leo para lubrificao, nvel constante de leo, e camisa para refrigerao por circulao de gua.

1.6.2 Componentes Rotativos

1.6.2.1 Impulsor

O impulsor a parte giratria principal, que fornece a acelerao centrfuga para o fluido, ver Ilustrao 6.

Ilustrao 6 - Tipos de Impulsores

Eles so classificados em muitas formas:

a) Baseado na direo principal do fluxo em relao ao eixo de rotao Fluxo radial

Fluxo axial

Fluxo misto

b) Baseado no tipo de suco

Suco simples: entrada do lquido em um lado.

Dupla-suco: entrada do lquido simetricamente ao impulsor, de ambos os lados.

c) Baseado na construo mecnica

Fechado: coberturas ou paredes laterais que protegem as palhetas.

Aberto: nenhuma cobertura ou parede para enclausurar as palhetas.

Semi-aberto ou do tipo em vrtice.

Observaes:

Os impulsores fechados necessitam de anis de desgaste e estes anis representam outro problema de manuteno.

Impulsores abertos e semi-abertos tm menos probabilidade de entupir, mas necessita ajuste manual da voluta ou placa traseira, para o impulsor alcanar uma fixao adequada e prevenir recirculao interna.

Impulsores das bombas de vrtice so muito bons para slidos e "materiais viscosos", mas eles so at 50% menos eficientes em projetos convencionais.

O nmero de impulsores determina o nmero de estgios da bomba: uma bomba de um nico estgio s tem um impulsor e melhor para servios de baixa carga. Uma bomba de dois estgios tem dois impulsores em srie, para servios de carga mdia.

Uma bomba de multi-estgios tem trs ou mais impulsoras em srie, para servios de carga alta.

Anis de desgaste: O anel de desgaste permite uma articulao fcil e economicamente renovvel anti vazamentos entre o impulsor e a carcaa, . Se a liberao (espao vazio entre as duas peas) ficar muito grande, a eficincia de bomba diminuir, causando problemas de calor e vibrao. A maioria das bombas precisam ser desmontadas para conferir a liberao do anel de desgaste, e providenciar sua substituio, quando a liberao dobra.

1.6.2.2 Eixo

O propsito bsico do eixo de uma bomba centrfuga, transmitir o torque de partida e durante a operao, enquanto apia o impulsor e outras partes giratrias. Ele tem que fazer este trabalho com uma deflexo menor que a liberao mnima entre as partes giratrias e estacionrias.

a) Luva do eixo: O eixo das bombas normalmente so protegidas de eroso, corroso, e desgaste nas cmaras de selo, articulaes de vazamento, mancais internos, e nas vias fluviais atravs de mangas renovveis. A menos que seja especificado o contrrio, a manga de proteo do eixo construda de material resistente a desgaste, corroso, e eroso. A manga lacrada em uma extremidade. O alojamento da manga do eixo se estende alm da face exterior do prato da glndula de selo. (um vazamento entre o eixo e a manga no dever ser confundido com vazamento pelo selo mecnico).

Ilustrao 7 - Uma viso de uma manga de eixo

b) Junes: as junes podem compensar o crescimento axial do eixo e podem transmitir torque ao impulsor. Elas so classificadas, de modo geral, em dois grupos: rgidas e flexveis. As junes rgidas so usadas em aplicaes onde no h absolutamente nenhuma possibilidade ou espao para qualquer desalinhamento. Junes de eixo flexveis so mais propensas a erros de seleo, instalao e de manuteno. As junes flexveis podem ser divididas em dois grupos bsicos: elastomricas e no-elastomricas

Junes elastomricas usam borracha, ou elementos polimricos para ganhar flexibilidade. Estes elementos podem estar submetidos a cisalhamento ou a compresso. Pneus e luvas de borracha so exemplos de junes elastomricas sob cisalhamento; mandbulas, pinos e revestimento de mancais so exemplos de junes em compresso.

Junes no-elastomricas usam elementos metlicos para obter flexibilidade. Elas podem ser de dois tipos: lubrificadas ou no-lubrificadas. As lubrificadas acomodam desalinhamento pela ao corredia dos seus componentes, da a necessidade de lubrificao. As no lubrificadas acomodam desalinhamento por flexo. Junes de engrenagem, de grelhas e de cadeias so exemplos de junes lubrificadas no elastomricas. Junes de discos e de diafragma so no-elastomricas e no lubrificadas.

1.6.3 Componentes Auxiliares

Os componentes auxiliares geralmente incluem os seguintes sistemas, para os seguintes servios:

Sistemas de descarga do lacre, refrigerao e afogamento

Dreno do lacre e suspiros

Sistemas de lubrificao dos mancais e de refrigerao

Sistemas de resfriamento da cmara de enchimento e selagem e sistemas de aquecimento

Sistema de refrigerao do pedestal da bomba

Os sistemas auxiliares incluem tubulao, vlvulas de isolamento, vlvulas de controle, vlvulas de alvio, medidores de temperatura e termopares, medidores de presso, indicadores de fluxo, orifcios, refrigeradores do selo, reservatrios dos fluidos do dique/defletor do selo, e todas as aberturas e drenos relacionados.1.7 Definio de Termos Importantes

Os parmetros chaves de desempenho de bombas centrfugas so capacidade, carga, BHP (potncia de freio), BEP (ponto de melhor eficincia) e velocidade especfica. As curvas de bomba provem a janela operacional dentro da qual estes parmetros podem ser variados para operao satisfatria da bomba satisfatria. Os seguintes parmetros ou termos so discutidos em detalhes a seguir.1.7.1 Capacidade

Capacidade significa a taxa de fluxo (vazo volumtrica) com que o lquido movido ou empurrado pela bomba ao ponto desejado no processo. medida comumente em gales por minuto (gpm) ou metros cbicos por hora (m/h). A capacidade normalmente muda com as mudanas na operao do processo. Por exemplo, a bomba de alimentao de uma caldeira precisa de presso constante com capacidades variadas, para satisfazer uma demanda varivel de vapor.

A capacidade depende de vrios fatores como:

Caractersticas do lquido de processo, isto , densidade, viscosidade, etc.

Tamanho da bomba e de suas sees de entrada e de sada

Tamanho do impulsor

Velocidade de rotao do impulsor RPM

Tamanho e forma das cavidades entre as palhetas

Condies de temperatura e presso da suco e descarga

Para uma bomba com um impulsor particular movendo um lquido a certa velocidade, os nicos itens na lista acima que podem mudar a quantia que flui pela bomba so as presses na entrada e na sada da bomba. O efeito no fluxo causado por mudanas na presso de sada de uma bomba plotado em um grfico, resultando a curva caracterstica da bomba.

Observao: Como os lquidos so essencialmente incompressveis, a capacidade est diretamente relacionada com a velocidade de fluxo no tubo de suco.

1.7.2 Carga

A presso em um ponto qualquer de um lquido pode ser imaginada como sendo causada pelo peso de uma coluna vertical do lquido. A altura desta coluna chamada de carga esttica e expressa em termos de ps de lquido.

O mesmo termo carga usado para medir a energia cintica criada pela bomba. Em outras palavras, carga uma medida da altura de uma coluna lquida que a bomba poderia criar da energia cintica transferida ao lquido. Imagine um tubo que atira um jato de gua diretamente para cima, no ar; a altura ascendente que a gua atinge, seria a carga.

A carga no equivalente a presso. Carga um termo que tem unidades de um comprimento, ou metros, e presso tem unidades de fora por unidade de rea, ou kilograma fora por centmetro quadrado. A principal razo para usar a carga em vez da presso, para medir a energia de uma bomba centrfuga, que a presso de uma bomba mudar se o peso especfico do lquido mudar, mas a carga no mudar. Considerando que qualquer bomba centrfuga pode mover muitos fluidos diferentes, com pesos especficos diferentes, mais simples levarmos em conta a carga da bomba e esquecermos a presso. As vrias condies da carga so discutidas abaixo. O subscrito 's' se refere a condies de suco e 'd' se refere a condies de descarga.

a) Carga Esttica de Suco (hS) : a carga que resulta da elevao do lquido em relao linha central de bomba. Se o nvel do lquido est acima da linha central da bomba, hS positivo. Se o nvel do lquido est abaixo da linha da bomba, hS negativo. A condio de hS negativo denotada comumente como uma "altura de suco "

b) Carga Esttica de Descarga (hd) : a distncia vertical, em ps, entre o centro da bomba e o ponto de descarga livre, ou a superfcie do lquido no tanque de descarga.

c) Carga de Frico (hf): a carga exigida para superar a resistncia ao escoamento na tubulao e acessrios. Depende do tamanho, condio e tipo do tubo, quantidade e tipos de acessrios, vazo, e natureza do lquido.

d) Carga de Presso de vapor (hvp): Presso de vapor a presso na qual um lquido e seu vapor coexistem em equilbrio, a uma determinada temperatura. A presso de vapor de lquidos pode ser obtido de tabelas de presso de vapor. Quando a essa presso convertida para carga, ela chamada carga de presso de vapor, hvp. O valor de hvp de um lquido aumenta com o aumento da temperatura e, em efeito, ope-se a presso na superfcie do lquido, a fora positiva que tende a causar fluxo do lquido na suco da bomba, isto , reduz a carga de presso de suco

e) Carga de Presso (hp): A carga de presso deve ser considerada quando um sistema de bombeamento comea, ou termina, em um tanque que est sob alguma presso diferente da atmosfrica. A presso em tal tanque deve ser primeiro convertida a ps de lquido. Denotada como hp, a carga de presso se refere a presso absoluta na superfcie do lquido no reservatrio que fornece a suco da bomba, convertida a ps de carga. Se o sistema aberto, hp igual a carga de presso atmosfrica.

f) Carga de Velocidade (hv): Se refere energia de um lquido como resultado de seu movimento a certa velocidade ' v '. a carga, em ps, equivalente a altura pela qual a gua teria que cair para adquirir a mesma velocidade, ou em outras palavras, a carga necessria para acelerar a gua. A carga de velocidade normalmente insignificante e pode ser ignorada em sistemas de cargas mais altas. Porm, pode ser um fator grande e deve ser considerada em sistemas de cargas baixas.

g) Carga de Suco Total (HS): a carga de presso no reservatrio de suco (hpS) mais a carga esttica de suco (hS) mais a carga de velocidade na flange de suco da bomba (hVS) menos a carga de frico na linha de suco (hfS).

HS = hpS + hS + hvS hfS

h) A carga de suco total a leitura da medida manomtrica no flange de suco, convertida a ps de lquido.

i) Carga Total de Descarga (Hd): a carga de presso de descarga no reservatrio (hpd), mais a carga esttica de descarga (hd) mais a carga de velocidade no flange de descarga da bomba (hvd) mais a carga de frico total na linha de descarga (hfd). A carga de descarga total a leitura de um manmetro no flange de descarga, convertida a ps de lquidoHd = hpd + hd + hvd + hfdj) Carga Diferencial Total (HT) a carga de descarga total menos a carga de suco total.HT = Hd + HS(quando o nvel de aspirao abaixo est do eixo da bomba)

HT = Hd HS(com uma carga de suco, i.e., nvel acima do eixo)1.7.3 NPSH

Deve-se Ter sempre em mente que, em operaes de bombeamento, a presso em qualquer ponto da linha de suco nunca deve ser menor que a presso de vapor Pv do lquido bombeado na temperatura de trabalho, caso contrrio haveria vaporizao do lquido, com conseqente reduo da eficincia de bombeio. Neste caso, ocorreria cavitao no rotor da bomba pela imploso das bolhas de vapor. Este processo acompanhado por elevado nvel de rudo e vibrao, e violenta corroso das partes internas da bomba.

Deste modo, para evitar estes efeitos negativos, a energia disponvel para levar o fluido do reservatrio at o bocal de suco da bomba dever ser a altura esttica de suco hs menos a presso de vapor (expressa como coluna lquida) do lquido na temperatura de bombeio. Esta energia disponvel chamada Saldo de Carga de Suco (em ingls, Net Positive Suction Head - NPSH).

necessrio estabelecer uma diferena entre NPSH disponvel (NPSHd) e NPSH requerido (NPSHr); o primeiro caracterstica do sistema no qual a bomba opera, enquanto que o NPSH requerido funo da bomba em si, representando a energia mnima que deve existir entre a carga de suco e a presso de vapor do lquido para que a bomba possa operar satisfatoriamente.

Tanto o NPSH disponvel quanto o requerido variam com a vazo do lquido; o NPSH disponvel reduzido com o aumento de vazo, devido ao aumento da perda de carga por atrito. O NPSH requerido, sendo funo da velocidade do fluido no interior da bomba, aumenta com a vazo.

Pelo que foi dito acerca do NPSH disponvel e requerido, ficou claro que a bomba opera satisfatoriamente se:

NPSHd ( NPSHr

A NPSH disponvel deve sempre ser maior que a NPSH requerida, para a bomba operar corretamente. prtica normal ter pelo menos 2 a 3 ps extras de NPSH disponvel no flange de suco, para evitar qualquer problema no ponto de interesse.

1.7.4 Potncia e Eficincia

Potncia de Freio (BHP = break horse power) : o trabalho executado por uma bomba; funo da carga total e do peso do lquido bombeado, em um determinado perodo de tempo.

Potncia de Entrada da Bomba ou potncia de freio (BHP) a potncia real entregue ao eixo da bomba. A BHP tambm pode ser lida das curvas da bomba a qualquer taxa de fluxo. As curvas de bombas so baseadas em uma massa especfica de 1.0. Para outros lquidos, a massa especfica deve ser corrigida

Produo da Bomba, ou Potncia Hidrulica, ou Potncia de gua (WHP) a potncia do lquido entregue pela bomba.

Observao: A potncia de freio, ou de entrada, para uma bomba maior que a potncia hidrulica ou de produo, devido s perdas mecnicas e hidrulicas ocorridas na bomba. Ento a eficincia da bomba a relao destes dois valores.

BEP Ponto de Melhor Eficincia: O Ponto de Melhor Eficincia (BEP) a capacidade, com o impulsor de dimetro mximo na qual a eficincia mais alta. Todos os pontos direita ou esquerda de BEP tm eficincia mais baixa. H, NPSHr, a eficincia, e a potncia BHP, todos variam com a taxa de fluxo, Q. No dimensionamento e seleo de bombas centrfugas para uma determinada aplicao, a eficincia da bomba deveria ser levada em conta no projeto. A eficincia de bombas centrfugas tomada como uma porcentagem e representa uma unidade de medida que descreve a converso da fora centrfuga (expressa como a velocidade do fluido) em energia de presso. O B.E.P. (ponto de melhor eficincia) a rea na curva onde a converso de energia de velocidade em energia de presso a uma determinada vazo, tima; em essncia, o ponto onde a bomba mais eficiente.

1.7.5 Velocidade Especfica

A velocidade especfica (Ns) um ndice adimensional de projeto, que identifica a semelhana geomtrica de bombas. usada para classificar os impulsores de acordo com seus tipos e propores. Bombas de mesmo Ns, mas de tamanhos diferentes, so consideradas geometricamente semelhantes, sendo uma bomba um tamanho mltiplo da outra.

Velocidade especfica de suco (Nss) - um nmero adimensional, ou ndice, que define as caractersticas de suco de uma bomba. calculado pela mesma frmula de Ns, substituindo H por NPSHr. Em bombas de mltiplos estgios o NPSHr baseado no impulsor do primeiro estgio. A velocidade especfica de suco usada comumente como base para calcular a faixa operacional segura de capacidade para uma bomba. Quanto mais alto Nss , mais reduzida a faixa operacional segura de seu ponto de melhor eficincia BEP. Os nmeros variam entre 3.000 e 20.000. A maioria dos usurios preferem que suas bombas tenham Nss na faixa de 8.000 a 11.000 para operao tima e livre de problemas.

1.7.6 Leis de AfinidadeAs Leis de Afinidade so expresses matemticas que definem mudanas na capacidade da bomba, carga, e BHP quando ocorrem mudanas na velocidade da bomba, no dimetro do impulsor, ou ambos.

Rotao do impelidor (n) ao alterar a rotao da bomba, a vazo, a altura manomtrica desenvolvida e a potncia absorvida variam de acordo com as relaes:

Dimetro do impelidor (D) para as bombas geometricamente semelhantes, a variao de D estabelece as seguintes relaes:

quando a nica variao ocorre no dimetro do impelidor e se estas variaes so pequenas valem as seguintes relaes:

Natureza do fluido as curvas fornecidas pelos fabricantes referem-se operao com gua. Ao operar com fluidos mais viscosos, as curvas sofrem alterao no sentido de um aumento da potncia absorvida e uma reduo de H. a eficincia tambm sofre alterao.

Tamanho e idade da bomba bombas geometricamente semelhantes tambm so teoricamente semelhantes. Numa srie de bombas semelhantes, as menores so menos eficientes devido o aumento relativo das rugosidades e das folgas e imperfeies. A idade provoca desgastes nas bombas alterando as suas curvas caractersticas.

1.8 Curvas Caractersticas de uma Bomba Centrfuga:

A capacidade e a presso necessria de qualquer sistema, podem ser definidas com a ajuda de um grfico chamado Curva do Sistema. Semelhantemente o grfico de variao da capacidade com a presso para uma bomba particular, define a curva caracterstica de desempenho da bomba.

Os fabricantes de bombas tentam adequar a curva do sistema, fornecida pelo usurio, com a curva de uma bomba que satisfaa estas necessidades to proximamente quanto possvel. Um sistema de bombeamento opera no ponto de interseo da curva da bomba com a curva de resistncia do sistema. A interseo das duas curvas define o ponto operacional de ambos, bomba e processo. Porm, impossvel que um ponto operacional atenda todas as condies operacionais desejadas. Por exemplo, quando a vlvula de descarga estrangulada, a curva de resistncia do sistema desloca-se para a esquerda, sendo acompanhada pelo deslocamento do ponto operacional.

Ilustrao 8 - Curvas tpicas do sistema e de eficincia da bomba.

Construindo a curva do sistema: A curva de resistncia do sistema ou curva de carga do sistema, a variao no fluxo relacionada a carga do sistema. Ela deve ser desenvolvida pelo usurio com base nas condies de servio. Estas condies incluem o lay-out fsico, as condies de processo, e as caractersticas do fluido. Representa a relao entre a vazo e as perdas hidrulicas em um sistema, na forma grfica e, como as perdas por frico variam com o quadrado da taxa de fluxo, a curva do sistema tem a forma parablica. As perdas hidrulicas em sistemas de tubulao so compostas de perdas por frico no tubo, vlvulas, cotovelos e outro acessrios, perdas de entrada e sada, e perdas por mudanas na dimenso do tubo, em conseqncia de amplificao ou reduo do dimetro.

Desenvolvendo a curva de desempenho da Bomba: O desempenho de uma bomba mostrado pela sua curva caracterstica de desempenho, onde sua capacidade, i.e. a vazo volumtrica, plotada contra a carga desenvolvida. A curva de desempenho da bomba tambm mostra sua eficincia (PME), a potncia de entrada requerida (em HP), NPSHr, a velocidade (em rpm), e outras informaes como o tamanho da bomba e o tipo, tamanho do impulsor, etc. Esta curva construda para uma velocidade constante (rpm) e um determinado dimetro de impulsor (ou srie de dimetros).

Faixa Operacional Normal: Uma curva de desempenho tpica um grfico da Carga Total versus Vazo volumtrica, para um dimetro especfico de impulsor. O grfico comea com fluxo zero. A carga corresponde neste momento ao ponto de carga da bomba desligada. A curva ento decresce at um ponto onde o fluxo mximo e a carga mnima. Este ponto s vezes chamado de ponto de esgotamento. A curva da bomba relativamente plana e a carga diminui gradualmente conforme o fluxo aumenta. Este padro comum para bombas de fluxo radiais. Alm do ponto de esgotamento, a bomba no pode operar. A faixa de operao da bomba do ponto de carga desligado ao ponto de esgotamento. A tentativa de operar uma bomba alm do limite direito da curva resultar em cavitao e eventual destruio da bomba.

Em resumo, atravs do grfico da "curva de carga x curva da bomba" , voc pode determinar:

01. Em que ponto da curva a bomba ir operar

02. Que mudanas acontecero se a curva de carga do sistema ou a curva de desempenho da bomba mudarem.

As curvas mais importantes so:

Altura Manomtrica ( H ) x Vazo ( Q );

Potncia Consumida ( P ) x Vazo ( Q );

Rendimento Total ( ( ) x Vazo ( Q );

NPSH requerido ( NPSH ) x Vazo ( Q ).

Ilustrao 9 - Exemplo de uma Curva Caracterstica de Bomba.

importante lembrar que as curvas caractersticas das bombas na maioria das vezes vm calculadas para gua temperatura ambiente e limpa. No caso de se estar transportando outro lquido, necessrio corrigir as curvas de acordo com a viscosidade do fluido, e a curva BHP x Q de acordo com o peso especfico.

1.9 Ponto timo de trabalho de uma bomba

O ponto de operao de uma bomba centrfuga definido como sendo a interseco da curva H x Q do sistema com a curva H x Q da bomba. Portanto, o ponto de operao define a vazo no qual o sistema completo (vasos, tubulaes e bomba) vai operar.

Se plotarmos as curvas caractersticas da bomba e a curva do sistema em um mesmo grfico, obtermos o ponto te trabalho nas intersees destas curvas.

A interseo da curva do sistema como a curva (H x Q da bomba) nos fornece Htrabalho e QTrabalho.

A interseo da curva (H x Q)Bomba com a curva (( x Q)Bomba nos fornece o (Trabalho.

A interseo da curva (H x Q)Bomba com a curva (Pot x Q)Bomba nos fornece o PotTrabalho.

Conforme ilustra a figura abaixo.

1.10 Associao de bombas

As bombas so associadas em srie e paralelo. A associao de bombas em srie uma opo quando, para dada vazo desejada, a altura manomtrica do sistema muito elevada, acima dos limites alcanados por uma nica bomba. J a associao em paralelo fundamentalmente utilizada quando a vazo desejada excede os limites de capacidade das bombas adaptveis a um determinado sistema.

1.11 Operao de Bombas Centrfugas

1.11.1 Ocorrncias

As bombas centrfugas so equipamentos mecnicos e, portanto, esto sujeitas a problemas operacionais que vo desde uma simples reduo de vazo at o no funcionamento generalizado ou colapso completo. Mesmo que o equipamento tenha sido bem projetado, instalado e operado, mesmo assim estar sujeito a desgastes fsicos e mecnicos com o tempo. Os problemas operacionais podem surgir das mais diversas origens como imperfeies no alinhamento motor-bomba, falta de lubrificao ou lubrificao insuficiente ou qualidade inadequada do lubrificante, etc, colocao e aperto das gaxetas, localizao do equipamento, dimensiona-mento das instalaes de suco e recalque, bem como suas prprias instalaes, fundaes e apoios na casa de bombas, qualidade da energia fornecida, etc.

Entrada de ar, sentido de rotao incorreta do rotor e entrada de slidos no interior das bombas tambm no so ocorrncias raras de acontecerem, principalmente nas fases iniciais de operao do bombeamento.

De um modo geral operar uma bomba com vazo reduzida implica em aumento do empuxo radial e da temperatura do lquido bombeado, alm de gerar um retorno de fluxo, extremamente prejudicial a estrutura do rotor. Por outro lado vazes excessivas provocam aumento do NPSHr e reduo do NPSHd e, consequentemente, aumentando a possibilidade de surgimento de cavitao. Tambm o excesso de vazo aumentar a potncia requerida podendo, com isso, causar danos significativos ao sistema de fornecimento de energia mecnica (motor).

Os principais defeitos que ocorrem em bombas centrfugas so descarga insuficiente ou nula, presso deficiente, perca da escorva aps partida, consumo excessivo de energia, rpidos desgastes dos rolamentos e gaxetas, aquecimentos, vibraes e rudos. E as principais causas so presena de ar ou vapor dgua dentro do sistema, vlvulas pequenas ou inadequadamente abertas, submergncia insuficiente, corpos estranhos no rotor, problemas mecnicos, refrigerao inadequada, lubrificao m executada, desgaste dos componentes, desvios de projeto e erros de montagem.

1.11.2 Procedimentos de manuteno preventiva

Em um programa de manuteno na operao de uma estao elevatria, indispensvel que sejam feitas observaes e inspees dirias, mensais, semestrais e anuais, em todas as instalaes eletromecnicas.

Diariamente o operador dever anotar, caso ocorram, variaes de corrente, temperaturas excessivas nos mancais da caixa de gaxetas, vibraes anormais e rudos estranhos. O surgimento de alteraes como estas, indicam a necessidade imediata de inspees corretivas. Como procedimentos preventivos, mensalmente devero ser verificados o alinhamento do conjunto motor-bomba, a lubrificao das gaxetas, a temperatura dos mancais e os nveis do leo e corrig-los, se necessrio.

Semestralmente o pessoal da manuteno dever substituir o engaxetamento, verificar o estado do eixo e das buchas quanto a presena de estrias e, atravs da caixa de gaxetas, examinar o alinhamento e nivelamento dos conjuntos motor-bombas e verificar se as tubulaes de suco ou de recalque esto forando indevidamente alguma das bombas e, finalmente, medir as presses nas entradas e sadas das bombas.

Independente de correes eventuais, anualmente devem ser providenciadas uma reviso geral no conjunto girante, no rotor e no interior da carcaa, verificar os intervalos entre os anis, medir a folga do acoplamento, substituir as gaxetas, trocar o leo e relubrificar os mancais. claro que esse acompanhamento sistemtico no d garantias que no ocorrer situaes emergenciais, mas a certeza que este tipo de ocorrncia ser muito mais raro inquestionvel.

1.11.3 Informaes Complementares

1.11.3.1 Nmero de conjuntos

Um sistema de abastecimento da gua no pode sofrer solues de continuidade sob pena de ter sua eficincia, medida pelo binmio quantidade e qualidade, comprometida. tecnicamente inadmissvel que em linhas por recalque o bombeamento seja interrompido por falta de funcionamento dos equipamentos de pressurizao em decorrncia de problemas mecnicos normais, de manuteno preventiva, etc.

Para que tal situao no ocorra as estaes elevatrias so dimensionadas com conjuntos de reserva de modo que sempre que ocorrer impossibilidade de funcionamento de alguma mquina, esta seja substituda por entre outra de igual capacidade para manter o pleno funcionamento da linha. O nmero de conjuntos de reserva deve ser compatvel com as condies operacionais e deve ser de, pelo menos, um conjunto de reserva.

1.11.3.2 Seleo

So condies fundamentais para seleo das bombas, as hidrulicas do escoamento, ou seja, o ponto de funcionamento do sistema, a natureza do projeto, as caractersticas da gua a ser recalcada, os equipamentos existentes no mercado e a similaridade com os j instalados e em operao para flexibilizar a reposio de peas defeituosas ou desgastadas. Alm disso, tambm deve ser elaborado um estudo intensivo da dimenso da obra e etapas de construo, e um programa de que facilite a operao e manuteno dos servios.

1.11.3.3 Manual de instrues

Seguir as instrues recomendadas pelos fabricantes dos equipamentos quanta a sua instalao, operao e manuteno essencial para um bom desempenho e garantia tcnica dos conjuntos. Para grandes mquinas os fabricantes, geralmente, alm de fornecerem os manuais acompanham supervisionando toda a montagem e o funcionamento inicial visando corrigir eventuais problemas na montagem, tais como desalinhamentos, fundaes, apoios, e chumbamentos coneces com as tubulaes, operaes de partida e manobras das vlvulas e parada, etc.

1.11.3.4 Casa de bombas

As bombas devero est alojadas em uma edificao denominada de casa de bombas. Este edifcio dever ter dimenses tais que tenham espaos suficientes para permitirem com certa comodidade montagens e desmontagens dos equipamentos e circulao de pessoal de operao e manuteno, de acordo com as normas tcnicas em vigor e com as recomendaes dos fabricantes. Por exemplo, um espao mnimo de 1,50m entre cada conjunto. Tambm deve ter espao e estrutura para instalao de equipamentos de manuteno e servio tais como vigas (para instalao de pontes rolantes, roldanas, etc), prticos (para passagens livres) e aberturas em pisos e paredes.

Estudos sobre a disposio dos equipamentos, drenagem dos pisos so essenciais. Na elaborao de projeto arquitetnico importante o estudo da iluminao, ventilao e acstica. O emprego de degraus deve ser restrito, mas sempre que for necessrio no podero ser economizados corrimos.

1.11.3.5 Acessrios e dispositivos complementares

So procedimentos convencionais o emprego de registro nas suces afogadas (nunca nas acima do nvel da gua) e somente em casos justificados podero no ser indicados registros de manobras e vlvulas de reteno aps bomba.

Nas suces positivas torna-se obrigatrio o emprego de vlvulas de p (inteis no caso de bombas afogadas) para manuteno do escorvamento. Qualquer que seja a situao devemos instalar crivos ou telas na entrada da suco. Instalaes de manmetros na entrada da bomba e na sada tambm so muito importantes nas tarefas de inspeo do equipamento.

A coneco da tubulao horizontal de suco, quando existir, dever ser conectada a entrada da bomba atravs de uma reduo excntrica voltada para cima de modo a facilitar o escorvamento do trecho a montante.

Todas as tubulaes devero ser dispostas de maneira que possam permitir reparos e manuteno das peas especiais e coneces com um mnimo de perturbaes no sistema, principalmente sem provocar tracionamentos nas demais peas. As aparentes devero ser em ferro fundido flangeado (juntas rgidas) e com juntas de dilatao e de fcil desmontagem (juntas gibault, por exemplo) visto que estas tubulaes esto sujeitas as intempries, vibraes e choques acidentais no dia a dia operacional. Em tubulaes com dimetros inferiores a 100mm podero ser empregados galvanizados rosqueveis, por questes econmicas e, normalmente serem instalaes mais simples. O projeto das tubulaes deve evitar ao mximo alargamento ou redues bruscas na continuidade das sees.2 Referncias

Apostila do Curso de Escoamento e Tranporte dos Fluidos.

FOX, R. W. Introduo mecnica dos fluidos. 6a edio. LTC.

MUNSON, B. R. Fundamentos da mecnica dos fluidos. Vol 1. Edgard Blucher.

MACINTYRE, A. J. Bombas e instalaes de bombeamento. LTC.

MATOS, E. E. Bombas industriais. Intercincia.

http://www.ufrnet.ufrn.br/~lair/Pagina-OPUNIT/bombas-index.htmhttp://www.dec.ufcg.edu.br/saneamento/bomb08.html

Associao em Srie

Associao em Paralelo

293Apostila de Bombas Industriais

Prof Digenes Ganghis

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