Equipamentos para impulsionar fluidosEquipamentos para impulsionar fluidos

Líquidos: BombasLíquidos: Bombas

Gases: Gases: ventiladores( 1m.c.a.)ventiladores( 1m.c.a.)sopradores( até 1atm)sopradores( até 1atm)compressores( P 1 atm.compressores( P 1 atm.))

PressãoPressão

BombasBombas

•Classificação de tipos de bombasClassificação de tipos de bombas•Condições de usoCondições de uso•Conceitos e definiçõesConceitos e definições•Projeto de bombas centrífugas Projeto de bombas centrífugas •Projeto de bombas de deslocamento positivoProjeto de bombas de deslocamento positivo

BombasBombas

São equipamentos mecânicos que fornecem energia mecânica a um fluido incompressível, com o objetivo de promover o seu escoamento a uma determinada vazão e sob as condições de operação(pressão, desnível) e instalação do sistema de tubulações

•Consta basicamente de uma carcaça e um impulsorConsta basicamente de uma carcaça e um impulsor

carcaçacarcaça

ImpulsorImpulsorSelo de águaSelo de água

Classificação de bombasClassificação de bombas

•Bombas centrífugasBombas centrífugas

•Bombas de deslocamento positivoBombas de deslocamento positivo

•Efeitos especiais : Efeitos especiais : ejetoresejetores““air lift”air lift”carneiro hidráulicocarneiro hidráulicoeletro-magnéticaseletro-magnéticas

Bombas CentrífugasBombas Centrífugas

A energia é fornecida continuamente pela bomba ao fluido, aumentando a sua energia cinética. Posteriormente a

energia cinética é transformada em energia de pressão.

Bombas CentrífugasBombas Centrífugas

São as bombas mais utilizadas na indústria de alimentos.

O líquido entra axialmente na conexão da sucção. O impulsor gira dentro da carcaça e seu movimento produz uma zona de vácuo (centro) e outra de alta pressão (periferia).

Esquema de uma bomba centrífuga.

A uma determinada velocidade, a pressão desenvolvida por uma bomba centrífuga varia com a vazão volumétrica. À vazão zero, a pressào desenvolvida pela bomba é máxima, e como aumento da vazão a pressão desenvolvida cai. Na prática, a vazão de descarga é regulada por uma válvula de controle situada na linha de descarga.

Escoamento dentro de uma bomba centrífuga. a) Bomba de voluta simples. b)Bomba com difusor.

Bombas CentrífugasBombas Centrífugas

estagio simplesestagio simples impulsor fechadoimpulsor fechado

Fluxo axialFluxo axial múltiplos estágiosmúltiplos estágios impulsor abertoimpulsor aberto

Fluxo mistoFluxo misto sucção simplessucção simples auto-escorvanteauto-escorvante impulsor aberto impulsor aberto

Fluxo radialFluxo radial sucção duplasucção dupla não-escorvantenão-escorvante impulsor semi-aberto impulsor semi-abertoestagio simplesestagio simples impulsor fechado impulsor fechado

múltiplos estágiosmúltiplos estágios

PeriféricasPeriféricas simples estágiossimples estágios auto-escorvanteauto-escorvante RegenerativasRegenerativas múltiplos estágiosmúltiplos estágios não escorvantenão escorvante

Impulsor fechado:fluidos limposImpulsor fechado:fluidos limpos I. Aberto: até 8% sólidosI. Aberto: até 8% sólidos I. I. Aberto :fibras, mat. Aberto :fibras, mat. abrasivoabrasivo

Baixa pulsaçãoBaixa pulsaçãoPara lamasPara lamas

Sólidos de tamanho grandeSólidos de tamanho grande

Sólidos abrasivosSólidos abrasivos

Bombas centrífugasBombas centrífugas

Princípio de funcionamento de uma bomba auto-

escorvante:

1. Linha de sucção

2. Canal superficial

3. Canal profundo

4. Pás radiais

5. Descarga da bomba

6. Canal superficial

7. Descarga

Bombas centrífugasBombas centrífugasPartes internas e externasPartes internas e externas

Visão externa Visão interna

Centrífuga: princípio de funcionamento

Bomba de fluxo misto

Bomba com rotor misto( vazão Bomba com rotor misto( vazão axial e radial), -normalmente axial e radial), -normalmente verticais – montada numa verticais – montada numa coluna que serve de tubo de coluna que serve de tubo de descarga. Tais unidades ficam descarga. Tais unidades ficam submersas no líquido a ser submersas no líquido a ser bombeado e são utilizadas em bombeado e são utilizadas em poços poços

Vantagens das bombas centrífugas:

• Construção simples

• Baixo custo

• Fluido é descarregado a uma pressão uniforme, sem choques ou pulsações na vazão

• A linha de descarga poderia ser estrangulada (parcialmente fechada) ou completamente fechada sem danificar a bomba

• É capaz de manusear líquidos com grandes quantidades de sólidos

• Pode ser acoplada diretamente a motores

• Não há válvulas envolvidas na operação de bombeamento

• Menores custos de manutenção que outros tipos de bombas

Desvantagens das bombas centrífugas:• Não pode ser operada a altas pressões( em um estágio)

• Sujeita à incorporação de ar e normalmente precisa ser escorvada

• A máxima eficiência da bomba se localiza em um curto intervalo de condições

• Não manuseia líquidos altamente viscosos eficientemente

Bombas de Deslocamento PositivoBombas de Deslocamento Positivo

A energia é fornecida periodicamente, mediante superfícies sólidas móveis, que deslocam porções de fluido desde a sucção até a linha de descarga. A pressão de saída é regulada através de válvulas de descarga.

Engrenagens externas

DescargaSucção

Bomba de engrenagensBomba de engrenagens

Bombas de deslocamento positivoBombas de deslocamento positivo

Pistão ou Ação simples simplexPistão ou Ação simples simplex acionadas a vapor acionadas a vapor

AlternativasAlternativas emboleembole Ação dupla Ação dupla duplex duplex acionadas por acionadas por

multiplexmultiplex motor elétrico motor elétrico combustão interna combustão interna

DiafragmaDiafragma simplexsimplex Acionada por fluidos Acionada por fluidos duplexduplex ou mecanicamenteou mecanicamente

PalhetasPalhetas

RotativasRotativas um rotor(1) um rotor(1) Pistão rotativoPistão rotativoParafuso simplesParafuso simples PeristálticaPeristáltica

RotoresRotores EngrenagensEngrenagensMúltiplosMúltiplos LóbulosLóbulos

Parafusos,etcParafusos,etc..

Bombas Alternativas: Bombas Alternativas: Pistão e EmboloPistão e Embolo

•O princípio de funcionamento é similar ao de uma seringa:

•O pistão ou embolo tem um movimento alternativo.

• A válvula de retenção na linha de sucção se abre (pressão externa > pressão interna) e o líquido entra na bomba .

•A válvula de retenção da linha de descarga se mantém fechada. •O movimento se inverte , a pressão aumenta no cilindro.•A válvula de admissão fecha.•A válvula de retenção de descarga se abre e o líquido sai pressurizado.

Válvula de Válvula de descargadescarga

Válvula de Válvula de admissão admissão (sucção)(sucção)

Movimento alternativo do pistãoMovimento alternativo do pistão

Bombas Alternativas:Bombas Alternativas:diafragma diafragma

DuplexDuplex

aberta

aberta

fechada

fechada

Entrada

Ar

Saída

aberta

aberta

fechada

fechada

Saída

Entrada

Ar

Saída

fechada

fechada

aberta

aberta

Entrada

Ar

CORAÇÃO: UM EXEMPLO DE BOMBA CORAÇÃO: UM EXEMPLO DE BOMBA DIAFRAGMADIAFRAGMA

BombasBombas de de diafragmadiafragmaProduto comercialProduto comercial

Bombas de lóbulosBombas de lóbulosproduto comercialproduto comercial

AA BB CC

A e B movimento para direita C- movimento invertidoA e B movimento para direita C- movimento invertido

Bombas deslocamento positivasBombas deslocamento positivas: rotativas: rotativas

Rotatórias de LóbulosRotatórias de Lóbulos

Bombas MONOBombas MONO

Bombas rotativasBombas rotativas : : parafusoparafuso

B o m b a s t i p o p a r a f u s oB o m b a s t i p o p a r a f u s o

E n t r a d a

D e s c a r g aR o t o r p a r a f u s o

Rotor

Tubo flexível Saída de

líquido

Entrada de líquido

Placa de compressão estacionária

Bomba PeristálticaBomba Peristáltica

Projeto: conceito e definiçõesProjeto: conceito e definições

Altura de projetoAltura de projeto

0WE)zz(gvv2

1ppf12

21

22

12

projetof

122

12

212 H

g

W

g

E)zz(vv

g2

1

g

pp

Dividindo por Dividindo por g :g :

Balanço de energia mecânica= Balanço de energia mecânica= curva de operação do sistemacurva de operação do sistema

Energia demandada pelo sistema por unidade de peso de fluido circulanteEnergia demandada pelo sistema por unidade de peso de fluido circulante

zz11

zz22

projetof

122

12

212 H

g

W

g

E)zz(vv

g2

1

g

pp

=0=0=0=0

projetof

12 Hg

W

g

E)zz(

Tanques abertos à atmosferaTanques abertos à atmosfera

Curva de operação do sistemaCurva de operação do sistema;; estudo de casosestudo de casos

ZZ22-Z-Z11= + 2m= + 2m

0

2

4

6

8

10

12

14

0 2 4 6 8 10 12vazão( m3/h )

H(m

)

Ef1

Ef2

Ef2

22

22

11

2121 zz;pp

projetof

12 Hg

W

g

E)zz(

projetof

122

12

212 H

g

W

g

E)zz(vv

g2

1

g

pp

=0=0=0=0

-10

0

10

20

30

40

50

0 2 4 6 8 10 12

vazão ( m3/h )

H(m

)

EF1

Ef2

EF3

m5zz 12

Trabalho da bomba- Capacidade da bombaTrabalho da bomba- Capacidade da bomba

Altura desenvolvida pela bomba = Trabalho fornecido pela Altura desenvolvida pela bomba = Trabalho fornecido pela bomba por unidade de peso de fluido que circula pelo bomba por unidade de peso de fluido que circula pelo sistemasistema

11 22

Fazemos um balanço entre a sucção e a descarga da bombaFazemos um balanço entre a sucção e a descarga da bomba

bombabf

122

12

212 H

g

W

g

E)zz(vv

g2

1

g

pp

0 0 Se inclui na eficiênciaSe inclui na eficiência

bbombab12 HH

g

W

g

pp

bbombab12 HH

g

W

g

pp

avolumétricvazãoV

Dados fornecidos pelo fabricante :Dados fornecidos pelo fabricante : curva característica da bombacurva característica da bomba

Exemplo : bomba centrífugaExemplo : bomba centrífuga

Vazão volumétrica = capacidade da bombaVazão volumétrica = capacidade da bomba

Ponto de operação do sistemaPonto de operação do sistema

zz11

zz22

•Para um dado sistema se requer uma dada vazão de projetoPara um dado sistema se requer uma dada vazão de projeto•Qual será a bomba que fará o sistema operar nesta vazão??Qual será a bomba que fará o sistema operar nesta vazão??•HHprojetoprojeto=H=Hbombabomba para Vazão de projeto=vazão requerida para Vazão de projeto=vazão requerida

Ponto de operação do sistemaPonto de operação do sistema

ZZ22-Z-Z11= + 2m= + 2m

0

5

10

15

20

25

0 5 10 15vazão( m3/h )

H(m

)

Hprojeto

Hbomba

77

Ponto de operaçãoPonto de operação

Potencia ÚtilPotencia Útil : : potencia fornecida ao fluido na vazão desejada potencia fornecida ao fluido na vazão desejada

bpútil HgmHgm)W(mW bombadaAlturaH

projetodeAlturaH

mássicavazãom

potênciaW

b

p

Potencia ao eixoPotencia ao eixo : : potencia fornecida no potencia fornecida no eixo da bomba, na vazão desejadaeixo da bomba, na vazão desejada

Eficiência mecânica:Eficiência mecânica:

eixoW

eixo

útilmec W

W

Motor elétricoMotor elétrico Bomba Bomba FluidoFluido

perdasperdas.elecW

eixoWútilW

Eficiência ElétricaEficiência Elétrica : :elétrica

eixoeletrica W

W

As anteriores eficiências são propriedades de cada bomba e As anteriores eficiências são propriedades de cada bomba e são fornecidas pelos fabricantes são fornecidas pelos fabricantes

teóricovolume

dodescarregavolumeavolumétric Bombas de deslocamento positivoBombas de deslocamento positivo

acionadormecanismoglobal W

W

CavitaçãoCavitação

•Cavitação vem da palavra cavidade Cavitação vem da palavra cavidade •Resulta de um espaço vazio no líquido que se forma Resulta de um espaço vazio no líquido que se forma na sucção da bombana sucção da bomba•A baixa pressão na sucção vaporiza fluido e gera A baixa pressão na sucção vaporiza fluido e gera bolhas de gás.bolhas de gás.•Estas bolhas viajam até zonas de alta pressão e Estas bolhas viajam até zonas de alta pressão e estouram estouram •.A bomba perde eficiência e conduz a uma operação .A bomba perde eficiência e conduz a uma operação ruidosa .ruidosa .•Danifica-se o rotor pela corrosão ocasionada Danifica-se o rotor pela corrosão ocasionada • Em fluidos viscosos deve selecionar bem a Em fluidos viscosos deve selecionar bem a velocidade de entrada para não permitir o velocidade de entrada para não permitir o esvaziamento do rotoresvaziamento do rotor

Como evitar as situações que causam cavitação????Como evitar as situações que causam cavitação????

Baixa pressão na sucçãoBaixa pressão na sucção

Calculo de NSPH=Altura de sucção disponívelCalculo de NSPH=Altura de sucção disponível

NPSHNPSH: altura disponível na sucção: altura disponível na sucção

g

v

2

1

g

ppNPSH

2svs

succçãonavelocidadev

vapordepressãoP

succçãonapressãop

s

v

s

sucçãosucção

11

Balanço de energia entre o ponto 1 e a sucçãoBalanço de energia entre o ponto 1 e a sucção

0WE)zz(gvv2

1pps1f1s

21

2s

1s

0 0

Subtraindo pSubtraindo pv v e re-arranjando:e re-arranjando:

g

E)zz(

g

ppv

g2

1

g

ppNPSH s1f

1sv12

svs

sistema

bombasistema NPSHNPSH

NSPHNSPHbombabomba

ExemploExemplo Bombeia-se água a 60Bombeia-se água a 6000C numa tubulação C numa tubulação de ferro galvanizado de ½ polegada de de ferro galvanizado de ½ polegada de diaâmetro , serie 40, a uma vazão de 1,5 diaâmetro , serie 40, a uma vazão de 1,5 l/s fabricante informa que NSPH da l/s fabricante informa que NSPH da bomba é de 3m, para esta vazão. A bomba é de 3m, para esta vazão. A pressão atmosférica local é de 710mm Hgpressão atmosférica local é de 710mm Hg. . Ocorrerá cavitação??Ocorrerá cavitação??

DADOS: DDADOS: Dii=1,61”=4,09 cm=0,0409 m=1,61”=4,09 cm=0,0409 m

24

2f

v

33

3

m

N1098,1

cm

kg2022,0P

m

kg10983,0

sm

kg1047,0cp47,0

11

55

22

66

11

33

1111

Comprimentos em mComprimentos em m

Curva característicasCurva características

Bombas centrifugas Bombas centrifugas

Sistemas em paraleloSistemas em paralelo

21paralelo VVV

HHHpara 21

)WW/(HV beixoaeixo.par.par

É possível aumentar a capacidade É possível aumentar a capacidade de um sistema instalando duas de um sistema instalando duas bombas em paralelobombas em paralelo

A melhor instalação de A melhor instalação de bombas em paralelo e com bombas em paralelo e com duas bombas iguaisduas bombas iguais

•O ponto de operação passa de A a B , trabalhando o O ponto de operação passa de A a B , trabalhando o sistema a maior vazãosistema a maior vazão•As duas bombas trabalham sempre a mesma altura e As duas bombas trabalham sempre a mesma altura e vazão sem perigo de retorno de líquido ou trabalho no vazão sem perigo de retorno de líquido ou trabalho no ponto ‘ponto ‘Shut offShut off””

Sistemas em paraleloSistemas em paralelo

Bombas em serieBombas em serie

21série21série HHHVVV

Nesta instalação a segunda bomba opera a maior pressão . Assim Nesta instalação a segunda bomba opera a maior pressão . Assim este fato deve controlar-seeste fato deve controlar-se

2eixo1eixo

sérieserie WW

gHV

Curvas características de bombas rotativasCurvas características de bombas rotativas

rpmrpm

VazãoVazão

pressãopressão

HPHP

pressãopressão

Influência da viscosidadeInfluência da viscosidade

Bombas centrífugasBombas centrífugas

O fabricante normalmente O fabricante normalmente fornece as curvas fornece as curvas características para água, características para água, assim devem ser corrigidas assim devem ser corrigidas para fluidos mais viscosospara fluidos mais viscosos

Caso o fluido seja mais Caso o fluido seja mais viscoso ocorrerá as seguintes viscoso ocorrerá as seguintes mudanças: (1) a bomba mudanças: (1) a bomba desenvolverá menor altura; desenvolverá menor altura; (2) a capacidade será (2) a capacidade será reduzida; (3) a potência reduzida; (3) a potência requerida no eixo aumentarárequerida no eixo aumentará..

• A viscosidade influencia a performance das bombas de nas rotativas, pois as mesmas são usadas para fluidos de média e alta viscosidade.

•Estas bombas não tem grande capacidade de sucção. Assim deve assegurar-se que o fluido chegue a preencher a bomba ( projeto da linha de sucção)

• Na bomba a altas velocidades, o material não consegue fluir para dentro da carcaça suficientemente rápido para enche-la totalmente. Assim, as bombas trabalham muito abaixo da sua capacidade volumétrica.

•Na mostra-se a redução de velocidade aconselhada por um fornecedor para um determinado tipo de bomba.

Bombas Rotativas :Influência da viscosidade

608889

576667

554444

502222

301333

14444

10222

6178

2133

% redução da velocidade de rotação

Viscosidade cinemática (cSt)

608889

576667

554444

502222

301333

14444

10222

6178

2133

% redução da velocidade de rotação

Viscosidade cinemática (cSt)

Redução de velocidade de bombas rotativas com a viscosidade cinemáticaRedução de velocidade de bombas rotativas com a viscosidade cinemática

PP11

VV11

rpmrpm

Máximo rpm= % correçào x Máximo rpm= % correçào x velocidade máxima de rotaçãovelocidade máxima de rotação

Potência consumida= % correcPotência consumida= % correc. . Hp Hp curva característica curva característica

rpm máximo a utilizar = 600rpm.0,75=450 rpmrpm máximo a utilizar = 600rpm.0,75=450 rpm

Potência consumida =0,4HPx1,1=0,44 HPPotência consumida =0,4HPx1,1=0,44 HP

Posso utilizar???Posso utilizar???

Correção por Correção por viscosidadeviscosidade

Bombas da Alfa-LavalBombas da Alfa-Laval