Operações Unitárias: Bombeamento

Operações Unitárias:Bombeamento

Profª. Camila Ortiz Martinez

UTFPR Campo Mourão

Bombeamento

Transformam trabalho mecânico que recebe de um motor em energia

+ comuns: fluxo de transporte de ... por meio de tubulações bombas

Constantemente necessária

Nível a outro mais elevado

Alimentar um equipamento ou tanques de mistura que se encontram sob pressão mais elevada

Bombas = Máquinas geratrizes cuja finalidade...

Classificação em função: características físicas e químicas (sucção e descar.)

Bombas:

bombas centrífugas (volume depende da pressão de descarga)

bombas de deslocamento positivo (quantidade por golpe ou volta)

Bombeamento

Sucção

Recalque

Classificação

Bombas centrífugas

A energia é fornecida continuamente ao fluido por um rotor, que gira a alta velocidade aumentando a energia cinética que depois é transformada em energia de pressão

Funcionamento: O líquido é succionado pela ação de um impulsor que gira rapidamente dentro da carcaça. O movimento produz uma zona de vácuo (no centro) e outra de alta pressão (na periferia)

Deve ser escorvada antes de funcionar (a linha de sucção deve estar cheia de líquido). Quando a bomba tem ar, a pressão desenvolvida é muito pequena devido à baixa densidade do ar

Bomba centrífuga

Saneamento básico, irrigação de lavouras, edifícios residenciais, indústria em geral

Elevando, pressurizando ou transferindo líquidos de um local para outro

A energia transferida pela bomba centrífuga ao fluido é função:

do diâmetro do rotor

da rotação de acionamento

do projeto do rotor

Uso: líquidos. Baixa viscosidade e suspensões diluídas com sólidos pequenos

Bomba centrífuga

Opera a velocidade cte e a sua capacidade depende somente da pressão total do projeto e das condições de sucção

Operação livre de dificuldades e uma vida útil mais longa para bombas centrífugas:

Primeira exigência: nenhuma cavitação ocorra ao longo da grande faixa operacional da bomba.

Segunda exigência: fluxo contínuo mínimo seja sempre mantido, durante a operação.

https://youtu.be/ixNF_ikY_Ts

Bomba centrífuga

Ao ser ligada a força centrífuga

decorrente do movimento do rotor e do líquido nos canais

das pás cria uma zona de maior pressão na periferia do rotor e

uma de baixa pressão na sua

entrada = deslocamento do

líquido

Escoamento Radial

A força radial se verifica de um ponto central para fora

Descarrega o fluido na periferia radialmente

Desenvolve altas pressões, adequado para baixas vazões

Escoamento Axial

Toda a energia cinética é transferida à massa líquida por forças puramente de arraste. O movimento do fluido ocorre paralelo ao eixo de rotação.

Adequado para altas vazões e baixas pressões

Escoamento Misto

Parte da energia é fornecida devido à força centrífuga e parte devido ao arrasto.

Relação força e ângulo de fluxo na bomba:

FC

FA

Entrada

Saída

FA = Energia fornecida devido à força de arrasto;

FC = Energia fornecida devido à força centrífuga.

Tipos de rotores:

Fechado: Para líquidos sem partículas em suspensão

Semi-aberto: Incorpora uma parede no rotor para prevenir que matéria estranha se aloje no rotor e interfira na operação.

Aberto: Palhetas montadas sobre o eixo. Vantagem: líquidos com sólidos em suspensão. Desvantagem: sofrer maior desgaste.

Tipos de entrada:

Simples: Utilizada em pequenas unidades

Dupla: simétricas em ambos os lados do impulsor. Nesse caso há melhor distribuição dos esforços mecânicos, além de proporcionar uma área de sucção > (< cavitação).

Impulsor de uma bomba

com sucção dupla

Número de rotores:

Um rotor: Simples estágio

Vários rotores: Múltiplos estágios (vários rotores operando em série) que permitem o desenvolvimento de altas pressões

As bombas centrífugas podem ser :

- Fluxo axial: simples, simples ou múltiplo estágio, rotor aberto/fechado

- Fluxo misto entrada simples auto-escorvante estágio simples

- Fluxo radial entrada dupla não-escorvante múltiplo estágio

Nos dois últimos casos, o rotor pode ser aberto, semi-aberto ou fechado.

Vantagens das bombas centrífugas:

a) Construção simples e baixo custo

b) Fluido é descarregado a uma pressão uniforme, sem pulsações

c) Permite bombear líquidos com sólidos

d) Pode ser acoplada diretamente a motores

e) Não há válvulas envolvidas na operação de bombeamento

f) Menores custos de manutenção que outros tipos de bombas

g) Operação silenciosa (depende da rotação)

Desvantagens das bombas centrífugas:

a) Não servem para altas pressões

b) Sujeitas à incorporação de ar precisam ser escorvadas

d) Não consegue bombear líquidos muito viscosos

Bombas de deslocamento positivo

Impelem uma quantidade definida de fluido em cada golpe ou volta do dispositivo. Uma porção de fluido é presa numa câmara, e pela ação de um pistão ou peças rotativas é impulsionado para fora.

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 unidirecionais.

As bombas de deslocamento positivo liberam um determinado volume de fluido de acordo com a velocidade do sistema. Quando a saída se fecha a pressão aumenta e o fluxo da bomba deve ser dirigido para outro lugar, de maneira que se evite a sobre-pressurização.

Válvulas de alívio internas:

Muitos fabricantes fornecem bombas que incorporam válvulas de alívio internas. Quando uma válvula de alívio interna se aproxima do valor máximo de pressão permitido, se abre e o fluido é dirigido internamente para a zona de sucção. Dessa forma se evita a possibilidade de destruição da bomba e da tubulação e dos acessórios.

Válvulas de by-pass:

A válvula do by-pass abrirá a uma pressão pré-determinada, permitindo que a pressão interna não exceda níveis muito altos e evitando também que a bomba cavite.

Para proteger a bomba, o fluido deve ser desviado por um by-pass, ou por meio da recirculação dentro da própria bomba (enviando o fluido da zona de alta pressão para a de baixa pressão.

No projeto do sistema de escoamento, quando o risco de queda de vazão existe, é necessário considerar um arranjo de by-pass externo que devolva o líquido para a sucção.

A cavitação é uma situação que pode ocorrer em qualquer tipo de bomba.

Acontece quando há falta de fornecimento de líquido e a bomba trabalha com uma vazão menor daquela para a qual foi projetada.

As causas comuns da cavitação são a diminuição da pressão de sucção

A cavitação diminui a eficiência, desgasta os metais das pás do rotor, gera vibração mecânica e ruído.

Cavitação em uma bomba de deslocamento positivo

As válvulas de alívio internas são projetadas para proteger o sistema por períodos curtos de tempo. Quando o fluido recircula dentro da bomba, a potência introduzida pela bomba se dissipa na forma de calor, aumentando a temperatura do produto.

Mesmo se o período de tempo é curto, a temperatura do produto pode subir até o ponto de evaporação na zona de baixas pressões.

Bombas de escoamento positivo:BOMBAS ALTERNATIVAS

Bomba de diafragma

Funcionam pela ação de um diafragma acionado a ar comprimido

Vantagem: não entra em contato direto com o produto, evita vazamento e entrada de ar

Desvantagem: capacidade manométrica limitada não atinge grande altura na elevação do prod.

Maionese, xaropes de açúcar, molhos de tomate, cremes, polpas de frutas

https://youtu.be/ddZ74QceGHU

https://youtu.be/jjJUPuTbHPE

Quando o pistão se desloca para a esquerda, a pressão no cilindro se reduz, a válvula de retenção na linha de sucção se abre e o líquido entra.

Quando o pistão chega ao final do cilindro, o movimento se inverte e o pistão se desloca para a direita. Aumenta a pressão no cilindro e a válvula de admissão fecha. A pressão aumenta e a válvula de descarga se abre e o líquido sai pressurizado.

Linha de descarga

Válvulas de retenção

Linha de sucção

Pistão

cilindro

Bomba tipo pistão

Bomba tipo pistão

Só podem ser utilizadas para deslocamento de fluidos clarificados e limpos, não podendo manusear fluidos abrasivos. São utilizadas para altas pressões, que somente são alcançadas para esses tipos de bombas, porém fornecem baixas vazões.

https://youtu.be/vOHoLjafoW0

As aplicações das bombas alternativas envolvem:

bombeamento de água de alimentação de caldeiras, óleos e de lamas;

imprimem as pressões mais elevadas dentre as bombas;

pequena capacidade;

podem ser usadas para vazões moderadas.

As principais vantagens das bombas alternativas são:

podem operar com líquidos voláteis e muito viscosos;

capaz de produzir pressão muito alta.

As principais desvantagens das bombas alternativas são:

produz fluxo pulsante;

capacidade: intervalo limitado;

opera com baixa velocidade;

precisa de mais manutenção.

Bombas de escoamento positivo:BOMBAS ROTATIVAS

Bombas rotativas

Dependem de um movimento de rotação = escoamento contínuo (vazão)

O rotor da bomba provoca uma pressão reduzida no lado da entrada, o que possibilita a admissão do líquido à bomba, pelo efeito da pressão externa. À medida que o elemento gira, o líquido fica retido entre os componentes do rotor e a carcaça da bomba

Vazão do fluido (quase cte): função do tamanho da bomba e velocidade de rotação, ligeiramente dependente da pressão de descarga

Capacidade pequena e média

Operam em faixas moderadas de pressão

Indicadas para fluidos viscosos, porém não abrasivos:

Sucos concentrados, chocolate, geleias, óleos vegetais, catchup, vinagre, maionese, glicose, melaço

Na figura abaixo pode-se observar o princípio de funcionamento das bombas rotativas. Dentre as bombas rotativas, a de lóbulos é amplamente usada na indústria de alimentos.

a) b) c)

Bomba helicoidal

Utilizada para bombear produtos altamente viscosos, com pouca umidade ou sem fluidez.

Alimentos Viscosos

https://youtu.be/074vf4uEOiw

Exemplos de bombas rotativas