UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ENGENHARIA...

LOQ4085– OPERAÇÕES UNITÁRIAS I

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

ENGENHARIA QUÍMICA

Profa. Lívia Chaguri

E-mail: lchaguri@usp.br

Bombas – Parte 1

- Introdução

- Classificação

- Bombas sanitárias

- Condições ótimas de utilização

Profa. Lívia Chaguri

E-mail: lchaguri@usp.br

Conteúdo

Comportamento de fluidos em movimentos:

Importante para engenharia de processos.

Constitui um dos fundamentos para estudo das operações

unitárias.

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Introdução

Fluidodinâmica – estudo dos fluidos em movimento.

Fenômenos importantes relacionados ao escoamento de

fluidos em tubulações (FTI).

Bombeamento – trata do movimento do fluido como um todo.

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Introdução

Bombas – máquinas que realizam trabalho sobre um fluido

para deslocá-lo.

Bombeamento utilizada para bombear líquidos, sólidos em

suspensão, borras e outros.

Bombeamento – trata do movimento do fluido como um todo.

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Introdução

Ventiladores, sopradores ou compressores – máquinas que se

destinam ao transporte de gases.

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Introdução

Formas de energia que o fluido pode receber

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Classificação de bombas

Cinéticas: força centrífuga de um elemento rotativo,

conhecido como rotor, fornece energia cinética ao fluido,

deslocando-o desde a sucção até a descarga da bomba.

Deslocamento positivo: uso de um ou mais pistões, ação

de compressão, desloca o fluido de uma área a outra

(deslocam porções de fluidos desde sucção até descarga).

Pressão da saída é controlada por válvulas de descarga.

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Classificação de bombas

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Classificação de bombas

Bomba centrífuga

A energia é fornecida continuamente ao fluido por

um rotor, que gira a alta velocidade fornecendo a

energia cinética ao fluido que depois é

transformada em energia de pressão.

O movimento do rotor produz uma

zona de vácuo (no centro) e outra

de alta pressão (na periferia).

O líquido é aspirado pela ação do

rotor que gira rapidamente dentro

da carcaça.

Carcaça

em voluta

Rotor

Sucção

Descarga

Palhetas

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Classificação de bombas

Bomba centrífuga: classificação

Classificadas segundo a direção principal do escoamento

no impulsor com respeito ao eixo de rotação:

i) Radial: é a centrífuga propriamente dita, líquido sai do

rotor radialmente à direção do eixo.

São as mais difundidas, indicadas para baixas vazões e

altas pressões

Potência consumida aumenta com a vazão.

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Classificação de bombas

Bomba centrífuga: classificação

Classificadas segundo a direção principal do escoamento

no impulsor com respeito ao eixo de rotação:

ii) Axial: é a propulsora, na qual o líquido sai do rotor com

direção axial em relação ao eixo.

Rotor é chamado de hélice.

Potência consumida é maior quando sua saída está

bloqueada.

Indicada para grandes vazões e alturas manométricas.

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Classificação de bombas

Bomba centrífuga: classificação

Classificadas segundo a direção principal do escoamento

no impulsor com respeito ao eixo de rotação:

ii) Misto: é a centrífuga-propulsora, na qual o líquido sai do

rotor com direção inclinada em relação ao eixo.

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Ação radial

Ação axial

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Classificação de bombas

Bomba centrífuga: tipo de entrada no líquido

Sucção simples: uma entrada do líquido no rotor;

Sucção dupla: duas entradas do líquido no rotor (entradas

simétricas em ambos os lados).

Nesse caso há melhor distribuição

dos esforços mecânicos, além de

proporcionar uma área

de sucção maior, o que permite

trabalhar com uma menor altura

positiva na sucção

(NPSH;Net Positive Suction Head)

e diminui a possibilidade de

cavitação. Impulsor de uma bomba

com sucção dupla

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Tipos de rotores

Fechado: Para líquidos sem partículas em suspensão.

Coroa circular presa ás pás.

Semi-aberto: Incorpora uma parede no rotor para

prevenir que matéria estranha se aloje no rotor e

interfira na operação. Sem coroa circular.

Aberto: Vantagem: bombear líquidos com sólidos

em suspensão. Desvantagem: desgaste. Sem coroa

circular.

Líquidos de baixa

viscosidade

Líquidos com

sólidos em suspensão:

lamas, pastas, esgotos

sanitários.

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Número de rotores:

Um rotor: Simples estágio

Vários rotores: Múltiplos estágios (vários rotores

operando em série) que permitem o

desenvolvimento de altas pressões.

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Condição de funcionamento

A bomba centrífuga deve ser escorvada antes de funcionar.

Ou seja, deve estar cheia de líquido antes de funcionar.

Caso contrário não consegue eliminar as bolhas de ar retidas

na carcaça e consequentemente, succionar o líquido.

Bomba auto-escorvante

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As bombas centrífugas podem ser :

- Fluxo axial: 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.

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Bombas centrífugas: modelos especiaisRegenerativas (turbina) ou Periféricas:

- Desenvolvem altas pressões;

- Pequeno porte;

- Equivalem a bomba convencional de vários estágios;

- Rotor é um disco com grande número de palhetas radiais (40 a 80).

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Vantagens das bombas centrífugas:

a) Construção simples e baixo custo

b) Fluido é descarregado a uma pressão uniforme, sempulsações

c) A linha de descarga pode ser estrangulada(parcialmente fechada) ou completamente fechada semdanificar a bomba

d) Permite bombear líquidos com sólidos

e) Pode ser acoplada diretamente a motores

f) Não há válvulas envolvidas na operação debombeamento

g) Menor custo de manutenção que outros tipos de bombas

h) Operação silenciosa (depende da taxa de rotação, denão ter sólidos em suspensão e de não cavitar)

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Desvantagens das bombas centrífugas:

a) Não servem para pressões muito altas

b) Sujeitas à incorporação de ar

precisam ser escorvadas

c) A máxima eficiência da bomba ocorre dentro de um

curto intervalo de vazões

d) Não consegue bombear líquidos viscosos (limite 40 cP)

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Bombas de efeitos especiais

Ejetores:

- Não possuem partes móveis;

- Não demandam manutenção frequente (como centrífugas);

- Força motriz é fornecida por uma corrente de fluido a alta

pressão que passa por um bocal convergente, criando

uma zona de baixa pressão que succiona o líquido a ser

impulsionado;

- De uma câmara de sucção o fluido passa a um bocal

convergente-divergente (tubo Venturi).

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Ejetores

Fluido

motriz Câmara

sucção

Bocal de

alimentação

GargantaDifusor

Descarga

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Classificação de bombas

Bomba de deslocamento positivo

Dividem-se em 2 tipos: alternativas e rotativas

Bombas de pistão e de diafragma são classificadas

como de deslocamento positivo alternativas.

Funcionamento: dentro de uma câmara existe um

pistão ou êmbolo que faz um movimento de vai e

vem.

Câmara: equipada com válvulas de retenção na

entrada e saída.

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Bomba alternativa de pistão simplex de ação simples Pistão desloca-se em cilindro que contém o líquido;

Pistão se movimenta para a esquerda: pressão no cilindro diminui;

Válvula de admissão abre e o fluido flui para dentro do cilindro;

Válvula de retenção na descarga mantém-se fechada;

Pistão chega ao final do cilindro: movimento é invertido.

Pistão se desloca para a direita: aumenta a pressão no cilindro;

Válvula de admissão fecha.

A pressão aumenta e a válvula de descarga se abre e o líquido sai

pressurizado.

1 admissão e 1 descarga em cada ciclo: bomba de ação simples.

Linha de descarga

Válvulas de retenção

Linha de sucção

Pistão

cilindro

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Bomba alternativa de pistão simplex de ação dupla

Pistão se movimenta para direita: líquido é expulso da câmara anterior e

admitido na câmara posterior;

Movimento invertido: líquido é succionado na câmara anterior e expulso da

câmara posterior.

2 fases do pistão atuam no líquido e com 2 válvulas de admissão e 2 de

descarga: bomba é de ação dupla.

Linha de descarga

Linha de sucção

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Bomba alternativa de pistão

Uma mesma pode apresentar vários cilindros em paralelo, com

descargas alternadas.

Segundo o número de cilindros e pistões essas bombas

alternativas se classificam como:

i) Simplex: um pistão e um cilindro

ii) Duplex: dois pistões e dois cilindros

iii) Triplex: três pistões e três cilindros

iv) Multiplex: quatro ou mais pistões e quatro ou mais cilindros

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Bomba rotativa

Deslocamento mecânico do líquido é produzido pela rotação de

um ou mais elementos (lóbulos, palhetas, engrenagens) dentro

de uma câmara.

Os volumes de fluido são transportados da sucção até a

descarga pelos elementos rotativos.

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Bombas sanitárias

Utilizadas para produtos que devem ficar livres de

contaminações;

Usadas para bombear alimentos;

Requisitos:

i) Alta resistência a corrosão;

ii) Fácil desmontagem: limpeza;

iii) Não formar espuma;

iv) Sistema de lubrificação não deve contaminar;

v) Fricção entre as partes internas deve ser mínima para não

incorporar elementos metálicos;

vi) Desenho da superfície com curvas suaves.

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Bombas sanitárias

Centrífugas são utilizadas para deslocamento de alimentos de

baixo conteúdo de sólidos:

- Caldo de cana

- Sucos de uva e tomate

- Óleos

- Leite, sopas e purês de frutas.

Rotativas são utilizadas fluidos viscosos:

- Chocolates

- Geleias

- Alimentos infantis

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Bombas

Características

Centrifuga

radial

Centrifuga

axial

Rotatória,

parafuso,

engrenagens

Alternativas

Vazão na

descarga

Estacionária Estacionária Estacionária Pulsante

NPSH: altura

de sucção

máxima

permitida

5 m 5 m 6,5 m 6,5 m

Líquidos Claros, limpos Abrasivos,

partículas

solidas

Viscosos

não abrasivos

Limpos e

claros

Faixa de

pressão

Baixa, média

e pouco alta

Baixa Baixa- Média Baixa até

máxima

Faixa de vazão Pequena -

máxima

Pequena -

máxima

Pequena -

média

Pequena

Algumas características das bombas: