MÁQUINAS HIDRÁULICAS MÁQUINAS HIDRÁULICAS – São mecanismos que trabalham fornecendo,retirando, ou modificando a energia de um líquido em movimento.

CLASSIFICAÇÃO:

1 Máquinas OPERATRIZES OPERATRIZES – – Introduzem no líquido escoando uma energia extra, transformando a energia mecânica fornecida por uma fonte (motor elétrico, por exemplo) em energia hidráulica sob a forma de pressão e/ou velocidade.

2 Máquinas MOTRIZES MOTRIZES – – Transformam a energia hidráulica recebida do líquido e transferem ao exterior numa outra forma de energia (elétrica, por exemplo). Exemplos: turbinas, rodas d’água, etc.

2 Máquinas MISTAS MISTAS – – Modificam o estado da energia que o líquido possui. Exemplos: Ejetores e Carneiro hidráulico (martelo d’água ou bomba de ariete)

BOMBASBOMBAS – – Bombas são máquinas hidráulicas operatrizes que fornecem energia ao líquido com a finalidade de transportá-lo de um ponto a outro, ou elevá-lo a um ponto de maior altitude.

Normalmente recebem energia mecânica, transformando-a em energia de pressão e cinética ou ambas.

As bombas são classificadas em duas categorias:

1. TURBOBOMBAS 1. TURBOBOMBAS (Hidrodinâmicas ou Rotodinâmicas) – são máquinas que imprimem movimento ao líquido através de forças centrífugas que se desenvolvem em consequência do movimento rotativo de um conjunto de pás ou aletas denominado rotor ou impulsor.

2. BOMBAS VOLUMÉTRICAS 2. BOMBAS VOLUMÉTRICAS (ou de Deslocamento Positivo) – são aquelas em que a movimentação do líquido é causada diretamente pela movimentação de um dispositivo mecânico da bomba, induzindo ao líquido um movimento na direção do deslocamento deste dispositivo, em quantidades intermitentes, de acordo com a capacidade de armazenamento da bomba, promovendo enchimentos e esvaziamentos sucessivos, possibilitando, assim, o deslocamento do líquido no sentido previsto.

DeslocamentoPositivo

DeslocamentoPositivo

Roto Dinâmicas

Roto Dinâmicas

RotativasRotativas AlternativasAlternativas

Rotor simplesRotor simples

Múlti rotoresMúlti rotores

EngrenagensLobosPistão circunferentesParafuso

EngrenagensLobosPistão circunferentesParafuso

Bombas

PalhetasPistãoCavidade ProgressivaParafusosPeristáltica

PalhetasPistãoCavidade ProgressivaParafusosPeristáltica

DiafragmaDiafragma Pistão, ImpulsorPistão, Impulsor

Operada por fluido,Operada

mecanicamente

Operada por fluido,Operada

mecanicamente

Simples efeitoMulti-efeito(Simplex ouMultiplex)

Simples efeitoMulti-efeito(Simplex ouMultiplex)

Ação simples,Dupla ação

Ação simples,Dupla ação

Simplex,Duplex,Triplex,

Multiplex

Simplex,Duplex,Triplex,

Multiplex

Simplex,Duplex

Simplex,Duplex

PotênciaPotência VaporDupla ação

VaporDupla ação

 1. TIPOS DE BOMBAS.

 Bombas de deslocamento positivo: - alternativas (» 20 rpm);                                                          - rotativas (» 100-150 rpm).

Bombas centrífugas.   1.1. Bombas de Deslocamento Positivo. Impelem uma quantidade definida de fluido em cada golpe ou volta do cursor. O volume do fluido é proporcional à velocidade.   1.1.a. Bombas Alternativas.

-Envolvem um movimento de vai-e-vem de um pistão numa câmara. Resulta num escoamento intermitente.

-Para cada golpe do pistão, um volume fixo do líquido é descarregado pela bomba.

-A taxa de fornecimento do líquido é função do volume varrido pelo pistão no cilindro e o número de golpes do pistão por unidade do tempo.

 Ex: Bombas pistão e êmbolo ( alta pressão ).  

BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO - ALTERNATVASALTERNATVAS

Bomba de duplo diafragma operada com ar

Diafragmas de borracha

BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO - ALTERNATVASALTERNATVAS

Engrenagens

Peristaltica

BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO - ALTERNATVASALTERNATVAS

Peristaltica

Lóbulos – muito usada na indústria de alimentos

Engrenagem externa

Engrenagem interna

BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO - ALTERNATVASALTERNATVAS

Duplo rotor

Parafuso de Arquimedes

Pistão e disco

Duplo parafuso

BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO - ROTATIVASROTATIVAS

 As bombas alternativas podem ser :

- duplex, Triplex, etc. conforme o número de cilindros.

- simples ou duplo efeito → Quando utiliza um ou dois lados de seu volume para impelir o fluido.

simplex, simples efeito;

simplex, duplo efeito;

duplex, duplo efeito.

Tempo, t

Q

Tempo, t

Bombas Centrífugas

Bombas CentrífugasBombas Centrífugas são bombas hidráulicas que têm como princípio de funcionamento a força centrífuga aplicada ao através de palhetas e impulsores que giram no interior de uma carcaça estanque, jogando o líquido do centro para a periferia do conjunto girante.

1.2. Bombas Centrífugas.   Características:

-Opera com vazão constante;

-

- Simplicidade do modelo;

-

- Muito utilizadas na indústria: pequeno custo inicial, manutenção barata e flexibilidade de aplicação;

-

- Permite bombear líquidos com sólidos em suspensão;

-

- Vazão desde 1 gal/min até milhares galões/min, e centenas psi;

-

- Constitui em duas partes : carcaça e rotor;

-

- O fluido entra nas vizinhanças do eixo do rotor e é lançado para a periferia pela ação centrífuga.

 

Bombas Centrífugas

DescriçãoÉ composta por uma câmara fechada, a carcaçacarcaça, dentro da qual gira uma peça, o  rotor rotor, que é um conjunto de palhetas que impulsionam o líquido através da voluta. O rotor é fixado no eixo da bomba, e este ao transmissor de energia mecânica do motor.

Carcaça : Transforma energia cinética em energia de pressão com pequena perda por turbulência

Tipos: Voluta : o rotor descarrega fluido num canal de área de seção reta contínua e crescente. Aumentando a área, a velocidade diminui, reduzindo assim a formação de turbilhões.

Difusor : são aletas estacionárias que oferecem ao fluido um canal de área crescente desde o rotor até a carcaça.

Operação : a bomba centrífuga geralmente opera a velocidade constante e a capacidade da bomba depende somente da pressão total do projeto e das condições de sucção.

Bombas Centrífugas

No interior da carcaça está instalado o conjunto girante (eixo-rotor) que torna possível a impulsão do líquido.

Rotor: É o coração da bomba. É constituído de diversas palhetas ou lâminas conformadas de modo a proporcionarem um escoamento suave do fluido em cada uma delas.

Rotor semiabertoRotor aberto Rotor fechado

INSTALAÇÃO DE BOMBAS CENTRÍFUGAS•Componentes mínimos numa Instalação de Bombeamento

• Classificações das Bombas Hidráulicas

3.1. Quanto à trajetória do fluido

a) Bombas radiais (centrífugas): sua característica básica é trabalhar com pequenas vazões e grandes alturas, com predominância de força centrífuga; são as mais utilizadas atualmente.

b) Bombas axiais: trabalham com grandes vazões a pequenas alturas.

c) Bombas diagonais ou de fluxo misto: caracterizam-se pelo recalque de médias vazões a médias alturas, sendo um tipo combinado das duas anteriores.

• Classificações das Bombas Hidráulicas

3.1. Quanto à trajetória do fluidoa) Bombas radiais (centrífugas): sua característica básica é trabalhar com

pequenas vazões e grandes alturas, com predominância de força centrífuga; são as mais utilizadas atualmente.

b) Bombas axiais: trabalham com grandes vazões a pequenas alturas.c) Bombas diagonais ou de fluxo misto: caracterizam-se pelo recalque de médias

vazões a médias alturas, sendo um tipo combinado das duas anteriores.

3.2. Quanto ao posicionamento do eixo• a) Bomba de eixo vertical: utilizada em poços subterrâneos profundos.• b) Bomba de eixo horizontal: é o tipo construtivo mais usado.

3.3. Quanto à posição do eixo em relação ao nível da água• a) Bomba de sucção positiva: quando o eixo da bomba situa-se acima do• nível do reservatório.• b) Bomba de sucção negativa ("afogada"): quando o eixo da bomba situa-

se abaixo do nível do reservatório.

Sucção positiva Sucção negativa

   

Q

Hm

%

H x Q x Q

P x Q

Para uma dada rotação do impulsor

Aumentando Q, aumenta Potência;

Aumentando Q, aumenta até um ponto máximo, após o qual acontece o escorregamento  do fluido

Aumentando Q, diminui a Hm que se consegue alcançar.

2. CURVAS CARACTERÍSTICAS DE BOMBAS.  - Servem para descrever as características operacionais de um bomba. -Permitem relacionar:

- - - pressão de descarga ( Hm, altura manométrica)

- capacidade, Q. - eficiência, .  - potência, P.

Gráfico de pré-seleção de bombas de uma determinada marca, a partir do qual o usuário tem uma ideia de quais catálogos consultar a respeito da seleção propriamente dita, locando o ponto de trabalho neste gráfico e determinando qual a "família" ideal de bombas.

Grandezas usuais em bombeamento

ALTURA ESTÁTICA – relação entre a diferença de cotas do líquido

ALTURA ESTÁTICA DE SUCÇÃO – diferença entre a altura do nível do líquido na sucção (aspiração) e a linha de centro da bomba

ALTURA ESTÁTICA DE DESCARGA – diferença entre o nível de descarga do líquido e a linha do eixo central da bomba

ALTURA ESTÁTICA TOTAL – É diferença em elevação entre a altura estática de descarga e a altura estática de sucção (ver figura)

ALTURA ESTÁTICA DE SUCÇÃO

ALTURA ESTÁTICA TOTAL

ALTURA ESTÁTICA DE DESCARGA

ALTURA DINÂMICA – Para se determinar a altura dinâmica é necessário considerar qual é o trabalho necessário para colocar o líquido em movimento e vencer qualquer resistência ao seu deslocamento.

ALTURA DE VELOCIDADE (Carga de velocidade) – O fato de um líquido escoar indica que um trabalho está sendo realizado para ele obter velocidade. A CARGA DE VELOCIDADE representa a altura através da qual o líquido deveria escoar afim de atingir essa velocidade

g2

vH

2

V

V = velocidade do líquido, [m/s] e g = aceleração da gravidade = 9,81 [m/s2]ou 32,2 ft/s2

[m]

PERDAS: a energia que o fluido dispende para vencer a resistência ao seu movimento ao longo da tubulação, é conhecida como perda de carga e é da maior

importância no cálculo de uma instalação hidráulica.ALTURA DE SUCÇÃO TOTAL: Altura estática menos altura dinâmica;

ALTURA TOTAL DE DESCARGA: Soma das alturas estática e dinâmica

ALTURA TOTAL: Diferença entre a altura total de descarga e a altura total de sucção da bomba

Perda de Carga•Perda de carga é a energia perdida por atrito pelo líquido no contato com as paredes ao

longo do seu deslocamento numa tubulação. Essa energia é desprendida na forma de calor.

•Se divide em 2 tipos:Perda de carga contínua (distribuída): Referente à perda por atrito ao longo de

uma tubulação; é função do comprimento, do material e do diâmetro do duto.

Perda de carga acidental (localizada): São proporcionadas pelos elementos que compõem a tubulação (curvas, registros, válvulas, luvas de união, reduções/expansões), excluindo a tubulação propriamente dita.

Perda de Carga e Altura Manométrica

Altura Manométrica da Instalação – soma da altura geométrica com as perdas de carga ao longo da trajetória do fluxo.

Hm = HG + hf

Altura geométrica = altura de sucção + altura de recalque. HG = HS + HR

•Fisicamente, é a quantidade de energia hidráulica que a bomba deverá fornecer à água, para que a mesma seja recalcada a uma certa altura, vencendo, inclusive, as perdas de carga.

•A altura manométrica é dada, portanto, por:

HHmm = ( = (HS + HR) + h+ hff

• O cálculo da perda de carga localizada, normalmente utiliza o método dos comprimentos equivalentes, ou seja, convertendo-se a perda acidental em perda de carga equivalente a um determinado comprimento de tubo.

• Matematicamente, define-se perda de carga como sendo:

• hf(1-2) = J . Le (2)

• hf(1-2) = perda de carga entre os pontos 1 e 2 de uma instalação (m)

• J = perda de carga unitária (m/m)

• Le = comprimento equivalente da tubulação (tabelas/gráficos)

• A perda de carga distribuída é devida ao atrito das partículas fluidas entre si, e com a parede interna do tubo

Aplicando a eq. da energia entre (1) e (2)

21 pphf

Linha piezométrica

(2.1)

2

hf

L

2p

11p

• A equação 2.1 permite afirmar que a diferença entre os dois pontos da L.P. representa a perda de carga distribuída no trecho entre eles;

• Se a é o ângulo de inclinação da LP e L o comprimento do tubo entre as seções (1) e (2), podemos escrever que:

• Existem vários métodos para o cálculo de perda de carga unitária, entre esses, destaca-se pela simplicidade e facilidade de uso o MÉTODO DE HAZEN-WILLIAMS:

JL

hftg

852,1

63,2...355,0

.4

DC

QJ

Q = Vazão (m3/s)C = constante adimensional de Hazen-Williams (Tabela a seguir)D = Diâmetro interno da tubulação (m)

• Valores de C para diversos materiais

Tubos CAço corrugado

Aço galvanizado (novos e em uso)

Aços rebitados (novos)

Aços rebitados (em uso)

Aço soldado, novos

Aço soldado, em uso

Aço soldado com revestimento especial

Chumbo

Cimento amianto

Cobre

Concreto – acabamento liso

Concreto – acabamento comum

Ferro fundido, novos

Ferro fundido, em uso

Grês cerâmico vidrado (manilhas)

Latão

Madeira, em aduelas

Tijolos, condutos com revestimento de cimento alisado

Vidro

60

125

110

85

120

90

130

130

135

130

130

120

130

90

110

130

120

100

140

• Curva do Sistema• A curva do sistema, também conhecida como curva da tubulação, é uma curva

traçada no gráfico HmxQ e sua importância está na determinação do ponto de trabalho da bomba, pois esse é obtido no encontro dessa curva com a curva característica da bomba.

• Para traçá-la, é necessário retornar à definição de altura manométrica, fazendo com que a equação 1 tenha a forma Hm=f(Q), através dos passos descritos a seguir. Assim, hf pode também ser definida pela equação:

hf = k ×Q1,852 (4) sendo

• ou seja, basta desmembrar a vazão, na equação de Hazen-Willians, da perda de carga unitária e multiplicar o comprimento equivalente pela outra parte da equação. Desta forma, a equação Hm= f(Q), é a seguinte:

Hm = HG + K ×Q1,852 (6)

• Em um projeto, se conhece a vazão necessária e a altura manométrica (altura geométrica mais perdas de carga); a altura geométrica é a soma da altura de sucção com a altura de recalque. Assim, basta substituir esses pontos conhecidos, na equação acima, para encontrar k, completando a equação.

• Definida a equação, constrói-se a curva do sistema, criando uma tabela de valores de vazão pela altura manométrica. Em seguida, plota-se os valores no gráfico HmxQ e unindo-os, tem-se a curva do sistema.

• Através do ponto de intersecção entre a curva do sistema e a curva da bomba, encontra-se o ponto de trabalho da bomba que, na maioria das vezes, é diferente do ponto proveniente do projeto. A solução para este problema é apresentada em um exemplo de projeto de uma instalação.

• 6. CAVITAÇÃO• Cavitação é um fenômeno semelhante à ebulição, que pode ocorrer na água

durante um processo de bombeamento, provocando estragos, principalmente no rotor e palhetas e é identificado por ruídos e vibrações. Para evitar tal fenômeno, devem-se analisar o NPSH(requerido) e o NPSH(disponível).

Demo da Systek-USA para cálculo de sistemas de bombeamento e seleção de bombas

predrop4.zipCálculo das perdas de carga localizadas e distribuídas.

kypipe3.zipPrograma para cálculos de sistemas de bombeamento desenvolvido naUniversity of Kentucky

pmpcalc.exe

http://www.fem.unicamp.br/~em712/htdemo.zip demo da Hidro Tec Calculator

http://www.abeq.org.br/downloads/Sistema_de_Bombeamento.xls planilha da ABEQ para cálculo de instalações de bombeamento.

Definições :

As máquinas hidráulicas são divididas em dois grupos :

motrizes Máquinas

geratrizes Máquinas

1. Máquinas geratrizes : transformam a energia hidráulica

em energia mecânica, quando o fluído é impelido contra as

suas pás e produz um conjugado no eixo :

2. Máquinas Motrizes : transformam o trabalho mecânico em

energia hidráulica, comunicando ao líquido um acréscimo

de energia na forma de energia potencial, de pressão e

cinética:

A. Turbinas Hidráulicas :

B. Rodas d’água :

Máquinas geratrizes

Rodas d’água

Força

Velocidade

Máquinas geratrizes

2. Máquinas Motrizes : transformam o trabalho mecânico em energia hidráulica,

comunicando ao líquido um acréscimo de energia na forma de energia potencial de

pressão e cinética:

• Classificação das Bombas :

a) Deslocamento positivo

b) Bombas centrífugas

c) Bombas especiais

rotativas

asalternativ

Esquema básico de uma bomba rotativa de deslocamento positivo

Sucção

Recalque

Máquinas Motrizes