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Bombas Industriais
Pós-Graduação em Engenharia de Equipamentos e Manutenção
FUNCEFET-RIO
Engº Marcelo BONNIARD
Esta apresentação contém imagens e textos extraídos das notas de aula do Eng Antonio Felipe Flutt
1ª Parte Detalhes Construtivos
Bibliografia Recomendada: Título: Mecânica das Bombas – 2Ed.
Autor: Epaminondas Pio Correa
2
Bombas Industriais - Definição
Bombas são máquinas operatrizes hidráulicas que fornecem energia a um determinado líquido com o objetivo prover o seu escoamento e transporte de um ponto para outro em um sistema hidráulico; ou prover o seu escoamento e circulação em um circuito hidráulico fechado.
Bombas
Engrenagens
Lóbulos
Parafusos
Palhetas Deslizantes
Pistão
Êmbolo
Diafragma
Alternativas
Rotativas
Centrífugas
Fluxo Axial
Fluxo Misto
Dinâmicas ouTurbobombas
Volumétricas ou Deslocamento
Positivo
Bombas Industriais - Classificação
3
Bombas Centrífugas
As bombas centrífugas, também chamadas turbobombas, operam
pelo princípio dinâmico. O fluido é acelerado por um órgão móvel
denominado impelidor, e depois sofre um processo de elevação de
pressão num difusor. A força centrífuga gerada pela rotação do
impelidor é o agente responsável pelo processo, daí o nome dado a
essa máquina.
Carcaça em VOLUTA
REGIÃO DIFUSORA:Aumento de área resultando em aumento de pressão
Aumento de área entre o impelidor e a carcaça para acomodação do fluido, resultando em equilíbrio de pressões na direção radial.
Carcaça em Voluta
Região Difusora
Impelidor
4
Carcaça em VOLUTA
Fonte: Sulzer website
Carcaça em DIFUSOR
• Difusor
• Peça fixada na carcaça e concêntrica
com o rotor.
• Possui canais difusores que recebem
o fluido saindo em alta velocidade do
rotor.
• O fluido na saída do difusor perde
velocidade e ganha pressão.
� Este arranjo tem aplicação usual em bombas
do tipo multi-estágios para alta pressão; por
exemplo para transferência de óleo e injeção de
água. Proporciona equilíbrio de pressão radial.
Carcaça Difusor
Impelidor
5
Carcaça em DIFUSOR
Difusor
Carcaça em DIFUSOR
Difusor
6
Bombas Centrífugas Aspectos Construtivos Gerais
Bombas Centrífugas Aspectos Construtivos Gerais
• Bombas de Simples Estágio
– Impelidor em balanço
� Também conhecida como Back Pull Out
� Permite desmontar a bomba sem desconectar os flanges
� Tem somente um selo e uma caixa de mancal
1) Sucção
2) Rotor
3) Descarga
4) CX. Selagem
5) Eixo
6) Selo Mecânico
7) Sobreposta
8) Mancais
7
Bombas Centrífugas Aspectos Construtivos Gerais
• Bombas de Simples Estágio
– Impelidor entre mancais
� Mais Rígida
� Adequada para maiores vazões
� Possui 2 selos e 2 caixas de mancal, reduzindo a confiabilidade
1A – Carcaça Metade Inferior
1B – Carcaça Metade Superior
2 – Impelidor
6 – Eixo
7 – Anel de Desgaste – Carcaça
8 – Anel de Desgaste – Impelidor
16 – Mancal interno
18 – Mancal Externo
65 – Selo Mecânico – Elemento Estático
80 – Selo Mecânico – Elemento Rotativo
Bombas Centrífugas Aspectos Construtivos Gerais
• Bombas de Multiplos Estágios
– Vários Impelidores em Série
– Utilizados para sistemas de alta pressão
– Sensíveis à centralização
– Consomem mais potência
– Diferencial de pressão elevado
8
Bombas Centrífugas Aspectos Construtivos Gerais
Sulzer – GSG
Back-to-Back
Bombas Centrífugas Aspectos Construtivos Gerais
Pressão de Descarga: 196 Bar
Rotação : 3.600 rpm
Vazão Nominal : 487 m3/h
Potência : 3,9 MW
9
Bombas Centrífugas - Impelidor
• O impelidor é órgão mecânico que transfere energia ao líquido bombeado.
• Partes componentes: olhal de sucção, palhetas, paredes e cubo.
�Classificação
• Quanto a admissão de líquido: simples sucção e dupla sucção
• Quanto às paredes: aberto, semi-aberto e fechado
• Quanto à direção de saída do líquido: axial, radial e misto
Simples sucção Dupla sucção
• Rotor fechado de simples sucção, com pás em curvatura simples.
• Rotor fechado de dupla sucção, com pás tipo Francis.
• Rotores abertos e semi-abertos: Fluidos muito sujos, com muitos sólidos e suspenção.
Bombas Centrífugas - Impelidor
10
Impelidor – Empuxo Axial
• O empuxo axial resultante, no sentido da sucção da bomba, é devido à assimetria das pressões atuantes nas paredes frontais e traseiras do impelidor. Esta força hidráulica resultante atua diretamente no mancal axial da bomba.
• Furos de balanceamento
• Pás na parte posterior do impelidor
• Utilização de pistão ou tambor de balanceamento
• Utilização de rotor de dupla sucção.
Pressão de
Descarga
Pressão de
Sucção
Pressão de Descarga
Força
AxialAnel de
Desgaste Impelidor fechado de simples sucção
• Quando tais esforços são muito grandes, é necessária a utilização de recursos auxiliares para atenuar o desbalanceamento axial, tais como:
Impelidores Redução do empuxo Axial
Rotor com furos de balanceamento
Rotores duplos montados em sentidos opostos ou rotores de dupla sucção
Tambor ou pistão de balanceamento
Resultante nula
11
Bombas Centrífugas Anéis de Desgaste
• São utilizados em impelidores
fechados
• Restringem a passagem do fluído da
descarga para sucção
• Em geral, quando a folga fica o dobro
da original, é momento de trocar o
anel
• São de materiais diferentes, para
que apenas um sofra desgaste
MANCAIS: Elementos de sustentação e posicionamento do eixo da bomba
Mancais Radiais: Sustentam cargas radiais, predominantemente originadas pelo peso do eixo em rotação
Mancais de Escora: Efetuam o posicionamento axial do eixo.
A maioria das bombas usa mancais de rolamento
Disposição Típica dos mancais em bombas horizontais
• Rotor em balanço
• Rotor entre mancais
Lima, E.P.C. (2003)
Bombas Centrífugas Mancais
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Caixa de Mancais
Selagem da caixa de mancal
Mancal de escora
Suspiro Mancal radial
Anel salpicador ou bombeador
Nível de óleo
Mancais - Falhas
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Eixo
Fluido de Processo
Carcaça
Bombas Centrífugas Sistema de Selagem
• O trecho em que o eixo da bomba atravessa a carcaça está
sujeito ao vazamento do produto bombeado
Interior da Bomba
Exterior da Bomba
• O Sistema de Selagem (ou vedação principal) tem porobjetivo minimizar (ou impedir) tal vazamento de fluido.
Partes constituintes do Sistema de
Selagem
• Caixa de vedação
• Elemento vedador
• Sobreposta
• Gaxeta
• Selo mecânico
Bombas Centrífugas Sistema de Selagem
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Bombas Centrífugas Sistema de Selagem
Eixo
Fluido de Processo
CarcaçaInterior da
BombaExterior da
Bomba
Vazamento
Selagem porGaxetas
Fluido de Processo
Interior da Bomba
Exterior da Bomba
Vazamento
Shaft
Carcaça
Eixo
Selagem por Selo Mecânico
Bombas Centrífugas Sistema de Selagem
• As gaxetas são feitas de materiais que lhe conferem suas características necessárias:
• Fibras → Corpo da Gaxeta
• Lubrificantes → Prover lubrificação, principalmente na partida e na parada
• Agentes de bloqueio → Substâncias químicas que efetivamente fazem a vedação
• Inibidores → Químicos de corrosão
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Bombas Centrífugas Sistema de Selagem
Gaxeta X Selos Mecânicos
• Requer vazamento como lubrificante.
• Danifica luvas e eixos.
• Consumo de potência devido a fricção.
• Perda de Produto.
• Grande desperdício de água .
• Requer manutenção e tempo para
instalação e ajuste das gaxetas.
• Causa danos e destruição do
equipamento em função do vazamento.
• Selo tem vazamentos invisíveis (60x
menos).
• Existem selo em operação por mais de 8
anos sem falhas.
• Redução de custo através da eliminação
das perdas de produto, água e economia
de energia.
• Requer pouca manutenção após a
instalação inicial.
• Selo é mais seguro na selagem de fluidos
perigosos e corrosivos.
Bombas Centrífugas Sistema de Selagem
Principais causas de falhas em bombas
Selagem69%
Rolamentos10%Juntas estáticas
9%
Acoplamento2%
Outros7%
Fonte: Flowserve
Hidráulicos3%
16
Bombas Centrífugas Sistema de Selagem
Principais causas que levam o selo a falhar
Mecânicas24%
Operacionais40%
Componentes9%
Outros8%
Projeto19%
Fonte: Flowserve
Bombas Centrífugas Sistema de Selagem
Causas operacionais comuns que levam o selo a falhar
• Operação fora do BEP
• NPSH insuficiente
• Operando com descarga fechada
• Funcionamento a seco
• Escorva incorreta
Fonte: Flowserve
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Bombas Centrífugas Sistema de Selagem
Causas mecânicas comuns que levam o selo a falhar
• Alinhamento do eixo
• Balanceamento do acoplamento
• Tensão de tubulação
Fonte: Flowserve
Bombas Centrífugas Sistema de Selagem
Problemas comuns de projeto que levam o selo a falhar
• Plano de lubrificação inadequado
• Resfriamento insuficiente
• Auxiliares de selos duplos
Fonte: Flowserve
18
Sistema de SelagemSelos Mecânicos
• São dispositivos mecânicos dinâmicos que
promovem a vedação impedindo a
passagem do fluido ao longo da interface de
duas superfícies anelares radiais, animadas
de movimento relativo.
• Substituem as gaxetas
• Baixo vazamento
• Ausência de requisitos de manutenção
rotineira
• Mais duráveis e confiáveis, porém mais
caros
• Amplamente usado quando o produto a
vedar é tóxico ou crítico (segurança, meio
ambiente).
• Contato úmido (bombas) ou seco
(compressores)Flowserve
Sistema de SelagemSelos Mecânicos
Líquido bombeado
Lado do Rotor
Pressão de Descarga
Lado do Acionador
Pressão Atmosfera
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Sistema de SelagemSelos Mecânicos
• O selo consiste de duas superfícies extremamente lisas e planas (faces) que trabalham juntas para evitar que o fluído escape.
Sistema de SelagemSelos Mecânicos
• O Mecanismo de Mola: proporciona a força requerida para manter as faces estacionaria e rotativa juntas (antes da partida do equipamento).
• Após a partida, a pressão do fluido mantém as faces encostadas.
• Aumentar a rigidez da mola não aumentará a capacidade de vedação do selo.
20
Sistema de SelagemSelos Mecânicos
• O Mecanismo de Trava: conecta o selo ao eixo para proporcionar a rotação do selo.
Sistema de SelagemSelos Mecânicos
• A Vedação do Eixo: é o ponto de vedação entre o selo e o eixo para evitar o vazamento.
21
Sistema de SelagemSelos Mecânicos
• A Junta: funciona para evitar o vazamento entre a Sobreposta e a face da Caixa de Selagem.
Sistema de SelagemSelos Mecânicos
Vazamento necessário para dissipar o calor e eliminar o atrito (No selo de contato úmido, o líquido não pode se vaporizar)
Sede Rotativa
Sede Estacionária
22
Sistema de SelagemSelos Mecânicos
Vedação secundária dinâmica
Rotor / Sede rotativa
Estator / Sede estacionária
Nariz de desgaste
Pino
anti-rotaçãoMolas
Sistema de SelagemSelos Mecânicos
• Sistema de Flushing
� Deve ser compatível com o produto
bombeado
� Refrigera e limpa as faces
� Garante lubrificação
• Sistema de Quenching
� Provê a lavagem e refrigeração do selo
� Água ou vapor é injetado por fora do selo
nas faces
� O fluido utilizado no quenching vaza para
o meio ambiente.
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Sistema de SelagemSelos Mecânicos
Padronização: norma API 610 (10ª ed) e API 682 (3ª ed)
Sistema de SelagemSelos Mecânicos
PLANOS DE SELAGEM
Detectar e controlar o vazamentoCapturar e/ou prevenir o vazamento
Detectar o vazamentoEnviar o vazamento para local seguro
Criar um ambiente favorável ao selo mecânicoDiminuir a temperatura
Alterar a pressão da caixa de selagemLimpar o fluido de selagem
São sistemas auxiliares responsáveis pela injeção d e fluido no selo com o objetivo de:
24
Sistema de SelagemSelos Mecânicos
Exemplos de Plano de Selagem
Plano 11
Flowserve
Sistema de SelagemSelos Mecânicos
Plano 31
25
Sistema de SelagemSelos Mecânicos
Plano 52
2ª Parte Desempenho de bombas
centrífugas
Bibliografia Recomendada: Título: Bombas Industriais – 2Ed.
Autores: Reinaldo de Falco / Edson Ezequiel de Mattos
26
27
Teorema de Bernouilli (Fluido Ideal)
O teorema de Bernouilli pode ser considerado um caso particular do princípio da conservação de energia.
Em uma tubulação ou sistema, considerando um fluido perfeito(desprezando os efeitos de atrito, viscosidade e turbilhonamento)a energia é constante em qualquer ponto, não há perda de energia.
Teorema de Bernouilli
28
Teorema de Bernouilli
Adaptação do Teorema de Bernouilli aos Fluidos Reais
Perda de Energia
Teorema de Bernouilli
L
Z1 Z1
Q QØ constante
A equação de Bernouilli adaptada para fluidos reais pode ter seu resultado bem compreendido quando observamos o escoamento de um líquido em um tubo de comprimento L e diâmetro constante, sem mudança de elevação.
P2 < P1
As perdas de energia se traduzem em despressurização do líquido!
29
Perda de Carga
• Perda de Carga ao Longo das Tubulações – Equação de Darcy-Weisbach
f = coeficiente de atritoL = comprimento da tubulaçãoD = diâmetro da tubulaçãoC = velocidade do escoamentog = aceleração da gravidade
• Perda de Carga Localizada
São aquelas causadas pelos acessórios de tubulações tais como válvulas, curvas,
derivações,etc. Para determinação temos dois métodos: método direto através de ábacos
e o método do comprimento equivalente.
Perda de Carga
Determinação do fator f
Ábaco de Moodyf
Equações analíticas
Colebrook – Escoamento em regime intermediário entre laminar e turbulento
Churchill – Para toda a faixa
Pg 64 e 65 livro texto
30
Sistemas de Bombeamento – Curva do Sistema
hS = energia no ponto “a” bocal de sucção da bomba (m)
hd = energia no ponto “b” bocal de descarga da bomba (m)
H = Head útil = carga da bomba = AMT = energia que a bomba tem que fornecer (por unidade de peso) ao sistema para realizar o escoamento (m)
Sistemas de Bombeamento – Curva do Sistema
Estática
Dinâmica ↓
Varia com a Vazão
Head Estático
Head Dinâmico
31
Sistemas de Bombeamento – Curva do Sistema
• Fatores que modificam a curva do sistema
� Natureza do fluído bombeado;
� Temperatura do Fluído bombeado;
� Nível do líquido – alturas estáticas de sucção e des carga;
� Pressões de sucção e descarga;
�Alterações nas linhas de sucção e descarga ;
Sistemas de Bombeamento – Curva do Sistema
Alteração da curva do sistema através de fechamento parcial de válvula
moduladora instalada na descarga.
ATENÇÃO: Fechamento parcial de válvula na sucção não é feito pois o
aumento da perda de carga na sucção reduz pode provocar a cavitação da
bomba.
32
Curvas das Bombas Centrífugas
Bomba como caixa preta
Curvas das Bombas Centrífugas
OBS: Curvas válidas para uma determinada rotação e diâmetro de rotor
33
Curvas das Bombas Centrífugas
Fatores que modificam as curvas das bombas
• Principais fatores que modificam as curvas características das bombas
centrífugas
�Variação do diâmetro externo do impelidor (rotor)
�Variação da rotação
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Fatores que modificam as curvas das bombas
Fatores que modificam as curvas das bombas
Corte no Rotor
35
Fatores que modificam as curvas das bombas
Fluidos Viscosos
Pequenos aumentos da viscosidade do fluido bombeado não geram modificação nas curvas características de H x Q e Eficiencia x Vazão
Para aumentos significativos de viscosidade...
Curvas das Bombas Centrífugas
Ponto de interseção entre a curva do sistema com a curva da bomba
H
Q
H
Q
Curva do Sistema Curva da Bomba
Ponto de Trabalho
Q’
H’
• A bomba operará na vazão Q’, com um head H’• A Vazão de uma bomba centrífuga depende do sistema no qual está operando
36
Curvas das Bombas Centrífugas
Ponto de interseção entre a curva do sistema com a curva da bomba
Potência Consumida pelas Bombas Centrífugas
Onde:• Q – vazão• H – AMT
• γ - peso específico• η - rendimento da
bomba
Para uma determinada rotação e diâmetro de rotor
Para uma bomba operando em um determinado sistema com o Headestático fixo, quanto maior a Vazão, maior a potência consumida!
37
Rendimento / Eficiência de bombeamento
Recirculações internas!
Rendimento Termodinâmico do Processo de Bombeamento
Atritos internos, vibração, etc.
Cavitação
A CAVITAÇÃO
• É um fenômeno muito importante em hidráulica que limita o projeto e o uso de bombas.
• O poder de destruição da cavitação é impressionante:
38
Cavitação
Cavitação
• Cavitação ocorre quando a pressão do líquido na sucção da bombas atinge
valor igual ou menor que a pressão de vapor;
• Parte do líquido se transforma em bolhas de vapor na região de baixa
pressão do rotor;
• Ao atingir as regiões de maior pressão do rotor a bolha instantaneamente
implode, deixando um vazio que é imediatamente ocupado pelo liquido;
• A repetição deste fenômeno quase que simultânea e continuamente, gera
uma onda de choque hidráulico no rotor e carcaça, causando vibração, ruído
e danos generalizados nos diversos componentes da bomba.
39
Cavitação
Evolução da pressão ao longo da sucção da bomba até a saída do impelidor
Cavitação
NPSH – Net Positive Suction Head
• NPSH disponível : é a pressão disponível pelo sistema, acima da pressão de vapor, no bocal de sucção da bomba. É uma característica do sistema (sucção);
• NPSH requerido : é a pressão que deve existir no bocal de sucção da bomba, acima da pressão de vapor, abaixo da qual não haverábombeio ou acarretará danos ao equipamento. É uma característica do equipamento.
• O NPSH disponível pelo sistema tem que ser maior que o NPSH requerido pela bomba.
• O critério de dimensionamento exige que o NPSHd ≥NPSHr + 2ft(0,6m)
40
Cavitação
Cálculo do NPSH disponível pelo Sistema
O NPSH disponível é uma característica das condições de sucção do sistema. As condições de descarga não afetam o mesmo.A exigência de que NPSHd ≥ NPSHr + 2ft tem como objetivo garantir que a bomba não irá cavitar.
Onde: hs = pressão disponível no flange de sucção
Pa = pressão atmosférica
Pv = Pressão de vapor do fluido
= peso específico do fluido na temperatura de bombeamento
Métodos para evitar cavitação por vaporização
• Aumentar o Head de sucção– Aumentar o nível do tanque
– Elevar o tanque– “enterrar” a bomba– Reduzir as perdas de carga da tubulação– Instalar uma bomba “booster”– Pressurizar o tanque
41
Métodos para evitar cavitação por vaporização
• Diminuir a temperatura– Injetar uma pequena quantidade de líquido refrigerante
– Proteger a linha de sucção de fontes de calor (isolamento)– Cuidado com linhas de recirculação
• Reduzir o NPSH requerido– Utilizar uma bomba de dupla sucção
– Utilizar uma bomba de menor rotação– Utilizar uma bomba com maior abertura no olho do
impelidor– Se possível instalar um indutor– Utilizar várias bombas menores
Limites de operação
Vazão (Q)
∆∆ ∆∆H
ead
Região Operacional
Preferida80 - 110 %
BEPReg
i ão
Op
era c
ion
alA
dm
issí
vel
70 -
120%
BE
P
Vib
raçã
o
BEP
Reg
ião
Pro
ibid
a
QmáxQmín
Limite de vibração
Relação entre Vazão e Vibração(Referência API 610 8a Ed.)
42
Limites de operação
O FENÔMENO DA RECIRCULAÇÃO
• A bomba é projetada para trabalhar no BEP (best efficiencypoint ou ponto de melhor eficiência);
• Nesta condição, a direção das palhetas coincide com a direção do líquido, e todo o espaço interno é utilizado pelo fluxo. Esta éa situação ideal!
DireDireçção do fluxo
ão do fluxo DireDireçção das p
ão das pááss
Vazão Mínima
43
Vazão Mínima
Mas quando a bomba trabalha fora do BEP, em vazões parciais, nem todo espaço disponível é necessário:
⇒⇒⇒⇒ PARTE DO LÍQUIDO FICA EM RECIRCULAÇÃO.
Efeitos negativos
• Causa vibração e ruído;• Pode causar cavitação.
Vazão Mínima
VAZÃO MÍNIMA DA BOMBA
• Toda bomba possui um limite de vazão abaixo da qual ela não pode operar continuamente.
• Vazão Mínima Térmica: é a vazão necessária para dissipar o calor gerado pelas perdas internas da bomba.
• Vazão Mínima Estável: é a vazão acima da qual a recirculação não prejudica a performance e a durabilidade da bomba.
• Em quase 100% das bombas centrífugas a Vazão Mínima Estável é muito maior que a Térmica, portanto é a mandatória.
44
Pré-Seleção
Associação de Bombas
• Pode ser série ou paralelo
• Associação Série
�Altura manométrica muito elevada para a vazão considerada
�Sempre que possível optar por 1 bomba com múltiplos estágios
� Aumento de NPSHd – Bomba Booster
45
Associação de Bombas
Série
Associação de Bombas
Série
46
Associação de Bombas
Série
Associação de Bombas
Série
47
Associação de Bombas
• Associação em paralelo
� Utilizada quando a vazão for muito grande
� Utilizada para permitir maior flexibilidade operacional
� Não devemos associar duas bombas em paralelo com curvas H x Q diferentes
Associação de Bombas
• Associação em paralelo
� Utilizada quando a vazão for muito grande
� Utilizada para permitir maior flexibilidade operacional
� Não devemos associar duas bombas em paralelo com curvas H x Q diferentes
48
Associação de Bombas
Paralelo
Associação de Bombas
Paralelo
49
Associação de Bombas
Paralelo
Associação de Bombas
Paralelo
50
Procedimentos de Partida
Procedimentos de Partida
Parcial ao Total da Descarga
51
Controle de Capacidade
Controle de Capacidade
52
Controle de Capacidade
Reciclo
Qb = Qp + Qr
Onde:
Qb = vazão bombeada
Qp = vazão para processo
Qr = vazão de reciclo
Neste caso o ponto de trabalho não é alterado.
Podemos manter uma bomba operando no ponto de vazão mínima (Qmín.) e fornecermos para o processo uma vazão Qp menor do que Qmín.
53
Exemplos
Aplicação prática controle de nível de um vaso de processo
Y
Separador atmosférico
FIC
FIC
FIC
LIC
FIC
FIC
FIC
Bombas Booster Bombas Principais
Oleoduto de Exportação
Controle em Split range
Exemplos
Separador atmosférico
FIC
FIC
FIC
LIC
FIC
FIC
FIC
Bombas Booster
Bombas Principais
VSD Motor
VSD Motor
VSD Motor
Variação da Rotação (associado com reciclo e estrangulamento de descarga)
Y
Oleoduto de Exportação
Controle em Split range
PLC
54
3ª Parte Bombas de Deslocamento
Positivo
Bibliografia Recomendada: Título: Mecânica das Bombas – 2Ed.
Autor: Epaminondas Pio Correa
Bombas de Deslocamento Positivo
• Bombas de Deslocamento Positivo ou Volumétricas� Funcionamento caracterizado por duas etapas:
– Preenchimento do corpo da bomba com o líquido proveniente do lado da sucção.– O elemento propulsor atua mecanicamente sobre o líquido,
descarregando-o para o lado da descarga, contra a resistência imposta pelo sistema.
Esquema de bomba de pistão Esquema de bomba rotativa de engrenagens
55
Bombas de Deslocamento Positivo
Alternativas
� Bombas alternativas são máquinas que deslocam sempre o mesmo volume de líquido
para cada ciclo de movimento de vai e vêm dos órgãos transmissores de energia ao
líquido;
� Elemento Bombeador: Peça cilíndrica ou membrana flexível;
� Não requerem velocidades elevadas para atingir a pressão desejada;
Esquema de bomba de pistão
Vazão em Função do Volume Deslocado!A Pressão depende unicamente do sistema!
Bombas de Deslocamento Positivo
Alternativas
• Vantagens� Elevada eficiência (85%);
� Vazão proporcional a velocidade (rotação), e praticamente independente da pressão
de descarga;
� Adequada para fluidos de viscosidade elevada;
� Não há necessidade de escorva;
� Altas pressões / baixas vazões.
• Desvantagens�Vazão Pulsante;
� Custo inicial maior;
� Ocupam mais espaço;
� Apresentam vibrações;
�Custo de manutenção mais elevado.
56
Bombas de Deslocamento Positivo
Alternativas
Vista esquemática de uma bomba alternativa de pistão
• Essas bombas trabalham forçando porções de líquido contra um diferencial de pressão imposto pelo sistema
• Nas bombas alternativas o elemento propulsor, é dotado de um movimento alternativo.
• O líquido, acompanhando o movimento deste órgão, sucessivamente enche e esvazia espaços cilíndricos com volume definido.
• As válvulas de sucção e descarga são automáticas, abrindo e fechando devido ao diferencial de pressão.
Bombas de Deslocamento Positivo
Rotativas
Esquema ilustrativo do funcionamento de uma bomba de lóbulos
• Caracterizadas pelo movimento principal rotativo do órgão propulsor
• O líquido que penetra na sucção é conduzido à descarga através das cavidades formadas entre os elementos propulsores (rotores) e a carcaça (ou estator).
57
Bombas de Deslocamento Positivo
•Diferença operacional muito relevante entre as bombas
centrífugas e as bombas volumétricas:
�Nas bombas centrífugas a pressão máxima é limitada pela pressão de shut-off
(vazão zero)
�Nas bombas volumétricas a pressão é função da perda de carga do sistema
�Se fecharmos a válvula na descarga de uma bomba volumétrica, a pressão
aumenta até que haja rompimento de um componente da bomba, do sistema ou
a falha do acionador
•Por este motivo é obrigatório o uso de válvula de alívio na
descarga de todas as bombas volumétricas.
Bombas de Deslocamento Positivo
Comparação das curvas de performance de bombas volumét ricas e centrífugas
Vazão (Q)
Pre
ssão
de
des
carg
a
Centrifugas Volumétricas
58
Bombas de Deslocamento Positivo
Diafragma
Bombas Alternativas – Tipo Diafragma
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO
- Acionadas por ar comprimido
- Válvula piloto e válvula de distribuição estão localizadas no bloco central
- Movimento alternado do diafragma, combinado com a abertura e fechamento da válvula movimentando o fluido dentro das câmaras
Bombas de Deslocamento Positivo
Diafragma
diafragmas
Válvula de distribuição de ar
Câmara direita succionando
Câmara esquerda
recalcando
Válvulas
59
Bombas de Deslocamento Positivo
Cavidades Progressivas
Bomba de Cavidade Progressiva
Possui extator de elastômero;
• Aplicação para fluidos viscosos e com impurezas sólidas; por exemplo borra (slop)
Bombas de Deslocamento Positivo
Cavidades Progressivas
GEOMETRIA - S
GEOMETRIA - L
GEOMETRIA - D
GEOMETRIA - P
100%12 BAR
200%9 BAR
285%5 BAR
60
Bombas de Deslocamento Positivo
Engrenagens
Bomba Rotativa – Tipo Engrenagens
Bombas de Deslocamento Positivo
Lóbulos
Bomba Rotativa – Tipo Lóbulos
61
Bombas de Deslocamento Positivo
Constante com o tempoVariável com o tempo
O início de funcionamento deve ser feito sem a presença de ar no seu interior e no sistema de sucção, ou seja, a bomba deve estar preenchida de líquido, isto é, escorvada.
Podem iniciar o seu funcionamento com a presença de ar no seu interior.Partida
A energia é transmitida pelo órgão mecânico sob a forma cinética e “de pressão”.
O órgão mecânico transmite energia ao líquido sob forma exclusivamente “de pressão”.
Princípio de Funcionamento
Depende das características de projeto da bomba, da rotação e das características do sistema.
Independe do sistema (altura e/ou pressões a serem vencidas). Proporcional à rotação e ao volume deslocado por ciclo.Vazão
TurbobombasBombas Volumétricas
Bibliografia Complementar
Sobre Teoria de funcionamento - Centrifugal and Axial Flow Pumps – Stepanoff, A. J.
Sobre Análise de Falhas - Equipamentos Mecânicos – Affonso, L. O. A
Sobre Transientes Hidráulicos – Bombas e Instalações de Bombeamento – Macintyre, A. J.
Sobre Cálculos de Perda de Carga – Engineering Data Book – Hydraulic Institute
Sobre Selos Mecânicos – Mechanical Seals for Pumps: Application Guidelines – Hydraulic Institute