2 Impulsores

CAPÍTULO V - Bombas

2 IMPULSORES

2.1 Classificação segundo a trajectória do líquido no impulsor

Bombas centrífugas puras ou radiais

Bombas de caudal misto.

Bombas axiais ou propulsoras.

Bombas de Vórtice

2.1.1 Impulsores centrífugos puros ou radiais

Neste tipo de impulsores o líquido é admitido paralelamente ao eixo, sendo dirigido pelas pás para a periferia numa trajectória normal ao eixo (radialmente).

Utilização com água limpa para caudais até » 500 l/s e para pequenas, médias e grandes alturas de elevação até 100 m com um único impulsor.

Figura 2.1 - Impulsor centrífugo puro ou radial

2.1.2 Impulsores de caudal misto

Neste tipo de rotores o líquido é admitido axialmente e abandona-o segundo um plano ligeiramente inclinado relativamente ao plano perpendicular ao eixo.

A pressão é comunicada ao líquido pela força centrífuga e pela acção de sustentação das pás.

Figura 2.2 - Impulsor de caudal misto e respectiva trajectória

Impulsores Página 11


São adequados para grandes caudais e pequenas e médias alturas de elevação.

Figura 2.3 - Impulsores de caudal misto, abertos e fechados

Figura 2.4 - Bomba de dupla aspiração com impulsor de caudal misto



2.1.3 Impulsores Axiais

Numa bomba de fluxo axial, a pressão é desenvolvida pelo escoamento do líquido sobre as pás de secção em aerofólio. Consiste numa bomba com um impulsor do tipo hélice que roda no interior de um invólucro. Como o nome sugere, nas bombas de fluxo axial o fluido entra e sai ao longo da mesma direcção paralelamente ao eixo de rotação. A vantagem de uma bomba de fluxo axial é a sua construção compacta, bem como sua capacidade de girar com velocidades extremamente altas. A área de escoamento é constante, iguala à entrada e à saída e opera com pressões muito baixas e elevados caudais.

Uma bomba de fluxo axial é também designada de uma bomba de hélice ou , porque a turbina funciona como a hélice de um barco. A hélice é accionada por um motor. As bombas de fluxo axial utilizam a acção de propulsão das hélices sobre o líquido para desenvolver pressão Operam segundo a teoria da sustentação aerodinâmica, da propulsão das pás das hélices ou ainda segundo a teoria do vórtice forçado. Não são propriamente impulsores centrífugos, pois a força centrífuga decorrente da rotação das pás não é responsável pelo aumento da energia de pressão. Os rotores das bombas de fluxo axial podem ser ajustados alterando o passo das pás da hélice. Isso torna-as úteis para aplicações tanto com caudal elevado/baixa pressão ou com baixos caudais / alta pressão.

Figura 2.5 - Bomba com impulsor axial

Figura 2.6 - Constituição de uma bomba axial de eixo horizontal



Figura 2.7 - Bomba propulsora (axial) de eixo vertical

2.1.4 Impulsores não bloqueáveis

Líquidos carregados tais como águas residuais com sólidos em suspensão, areias, fibras longas, polpas, etc. exigem que os impulsores sejam capazes de lidar com este tipo de líquidos sem bloquear, pelo que têm sido desenvolvidos impulsores especiais com grandes secções de passagem pelo menos com 80 mm de máxima dimensão.



Figura 2.8 - Bomba submersível equipada com impulsor não bloqueável

2.1.5 Impulsores de vórtice

Os impulsores de vórtice, também são considerados não bloqueáveis.

O princípio de operação da turbina de uma bomba de vórtice é muito simples. O rotor gira numa região da voluta que está completamente fora do percurso do fluxo líquido. A sua rotação cria um vórtice semelhante ao desenvolvido num vaso sanitário quando ele é despejado, ou de um furacão. Uma vez que o rotor não está no caminho do fluxo em espiral, a bomba é ideal para a manipulação de líquidos que contêm longos sólidos fibrosos, sólidos de grandes diâmetros, suspensões ou uma combinação de todos estes, sem bloquear. Basicamente, o que é aspirado pela bomba será bombeado, enquanto os sólidos forem de menor secção do que a boca de descarga.



Figura 2.9 - Linha de escoamento com um impulsor do tipo vórtice.

Figura 2.10 -Bomba submersível com impulsor do tipo vórtice

2.1.6 Impulsores especiais

Figura 2.11 - Impulsor tipo estrela Figura 2.12 - Impulsor periférico



2.2 Classificação dos impulsores quanto á geometria das pás

Quanto á geometria das pás os impulsores podem ser classificados como:

Pás inclinadas para trás

Pás inclinadas para a frente

Pás radiais

Pás helicoidais

A cada um dos tipos referidos corresponde um triângulo de velocidades.

Figura 2.13 - Triângulo de velocidades de acordo com o tipo de pá.

Figura 2.14 - Trajectória absoluta de uma partícula líquida.

Figura 2.15 - Principais tipos de pás quanto á sua inclinação

V⃗=W⃗ + U⃗V⃗ - Velocidade absoluta U⃗ Velocidade de arraste, periférica ou circunferencial



W⃗ - Velocidade relativa

β ângulo formado pela direcção da velocidade do líquido W2 à saída do impulsor com o prolongamento do vector que representa a velocidade de arrastamento U2.

O ângulo b influencia os valores da velocidade absoluta V2 à saída do impulsor e da sua componente circunferencial U2, o que afecta o valor da energia H cedida pelo rotor.

2.2.1 Rotores com pás inclinadas para frente b2 > 90º

Neste tipo de rotor a energia cinética aumenta rapidamente de valor á medida que b2

aumenta.

A partir de um determinado ângulo b2 a energia de pressão anula-se e a energia total é fornecida ao líquido sob a forma de energia cinética.

Se o ângulo b2 for ainda mais aumentado resulta na ruptura dos filetes líquidos.

2.2.2 Rotores radiais b2 = 90º (pás tipo Rittinger)

Na descarga radial da velocidade relativa do líquido, a energia total que o rotor fornece ao líquido é composta de parcelas iguais de energia potencial de pressão e de energia cinética.

2.2.3 Rotores com pás inclinadas para trás b2 < 90º

u22−u1

2

g=w2

2−w12

g⇒H p=0

Figura 2.16 - Triângulo de velocidades de rotores com pás inclinadas para trás

2.2.3.1 a2 > 90º

Nestas condições H < 0 e assim o rotor não tem capacidade para bombear pelo que trabalharia como o receptor de uma turbina radial centrífuga.

2.2.3.2 a2 = 90º

Nestas condições a energia de pressão devida à força centrífuga é anulada pela energia de pressão devida à velocidade relativa, H = 0 e assim o rotor não tem capacidade para bombear.



2.2.3.3 a2 < 90º

Nestas condições a energia potencial cedida ao líquido é superior à energia cinética.

Há medida que o valor do ângulo b aumenta, até atingir 90º, a energia potencial cresce mais rapidamente que a cinética

2.2.4 Que tipo de pás a adoptar

2.2.4.1 Pás inclinadas para a frente

A energia total cedida ao líquido é tanto maior quanto o valor do ângulo b2, o que quer dizer que para a mesma velocidade circunferencial os impulsores com pás inclinadas para a frente fornecem mais energia ao líquido.

Mas neste tipo de impulsores o rendimento é baixo, devido às perdas de energia por atrito quer no rotor quer no difusor da bomba, porque no curto trajecto desde o bordo de entrada até ao de saída, o líquido sofre uma acentuada aceleração, resultando em velocidades elevadas que originam elevadas perdas de energia por atrito.

No difusor a transformação da elevada velocidade do líquido (energia cinética) em pressão é nova fonte de perda de energia.

Nas bombas – Apenas para grandes caudais e baixas alturas de elevação.

Nos ventiladores - com os quais se pretende essencialmente fornecer energia de velocidade ao gás - os impulsores com a pás viradas para a frente, apresentam vantagem, ao aumentarem directamente a velocidade do fluído que os atravessa.

2.2.4.2 Pás inclinadas para trás

Neste tipo de pás o líquido é submetido a uma aceleração menos acentuada e as perdas por atrito são menores, apesar do maior trajecto que os filetes líquidos têm de percorrer.

O alargamento progressivo do canal entre as pás é mais suave, o que favorece o escoamento.

Como a maior parte da energia cedida ao líquido pelo impulsor é de pressão, é menor a parcela de energia cinética que é transformada em pressão, resultando numa menor perda por atrito no difusor, o que aumenta o rendimento.

2.2.4.3 Conclusão

Pelos motivos apontados os fabricantes adoptaram para construção corrente, a forma das pá voltadas para trás na quase totalidade das bombas centrífugas.

b2 está compreendido entre 17º 30´ e 30º.

A. J. Stepanoff na sua obra “Centrifugal and Axial Flow Pumps” aconselhou como regra geral o valor de 22º 30´.



2.3 Tipo de bombas de acordo com o número de impulsores

2.3.1 Monocelulares

São constituídas por um único impulsor.

Figura 2.17 - Bombas monocelulares de eixo horizontal

Figura 2.18 - Diferentes tipos de bombas monocelulares



2.3.2 Multicelulares

Constituídas por dois ou mais impulsores dispostos em série

Figura 2.19 - Bomba multicelular de aspiração axial

Figura 2.20 - Bomba multicelular de aspiração lateral

Figura 2.21 - Bombas multicelulares de captações tubulares



2.4 Tipo de impulsor em função da velocidade específica

Para a definição preliminar do tipo de impulsor é conveniente a utilização do parâmetro velocidade específica, derivado da análise feita às características de operação das bombas (coeficientes adimensionais de escoamento e de altura de elevação):

Gráfico para a determinação de Ns



Observando directamente as fórmulas constata-se que ns pode variar de zero, no caso de caudal nulo, a infinito, se a altura de elevação tender para zero.

Um impulsor é caracterizado pela sua velocidade específica, no ponto de rendimento máximo.

Figura 2.22 - Tipo de impulsor em função da velocidade específica


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