Bombas Hidráulicas

5/14/2018 Bombas Hidr ulicas - slidepdf.com

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BOMBAS HIDRÁULICAS

Escola: UnipCurso: Técnico em mecatrônicaDisciplina: Sistemas Hidráulicos Turma: 5SMcDA

Nome: Rodolfo SilvaWillian de Paiva



SUMÁRIO

1. Tipos de Fluidos, Pressões, Vazões, etc.

2. Classificação 3. Características de Funcionamento 4. Bombas de Deslocamento Positivo5. Turbobombas 6. Bombas de Centrífugas7. Bombas Rotativas 8. Bombas Alternativas 9. Fontes



1. Tipos de Fluidos, Pressões, Vazões, etc.

As bombas hidráulicas podem trabalhar com diferentes tipos de vazões, alturas de elevação, tiposde fluidos, etc. Abaixo estão relacionadas as características de algumas bombas, que estãoexplicadas detalhadamente mais adiante. O tipo de fluido utilizado por elas, dependendo do tipo derotor que cada uma usa, está explicado junto com a descrição das bombas.

- Bombas Centrífugas: radiais, possuindo um ou mais estágios, possuem de baixa a altacapacidade. Para um simples estágio: Altura: 6-50 m ; Rotações: 400 - 4000 rpm ; Rendimento: 60- 90 % ; Rotação Específica: 10 - 80

- Bombas de Fluxo Misto: de simples ou de vários estágios. Para um estágio: Vazão: acima de 0.5m3 /s ; Altura: 3 - 30 m ; Rotações: 200 - 4000 rpm ; Rendimento: 80 - 90 % ; Rotação Específica:80 - 180

- Bombas de Fluxo Axial: Normalmente só possuem um estágio. Vazão: acima de 0.5 m3 /s ; Altura:1 - 11 m ; Rotações: 200 - 1600 ; Rendimento: 76 - 85 % ; Rotação Específica: 180 - 300

2. Classificação

Dinâmicas ou

turbobombas

Bombascentrífugas

Puras ouradiais

As bombas podem ser classificadas pela sua aplicação ou pela formacom que a energia é cedida ao fluído. Normalmente, existe uma relaçestreita entre a aplicação e a característica da bomba que, por sua veestá intimamente ligada à forma de cessão de energia ao fluido.

Tipo Francis

Bombas de fluxo misto

Bombas de fluxo axial

Bombas periféricas ouregenerativas

Volumétricas

ou

Deslocamento

Positivo

Bombas

Alternativas

Pistão O modo pelo qual é feita a transformação do trabalho em energia

hidráulica e o recurso para cedê-la ao líquido aumentando a sua prese ou sua velocidade permitem que elas se classifiquem em: bombas ddeslocamento positivo, turbobombas e bombas especiais. Dentre asclassificações de turbobombas e de deslocamento positivo podemosenumerar algumas das mais importantes subdivisões destas bombascomo mostra a tabela ao lado.

Êmbolo

Diafragma

Bombasrotativas

Engrenagens

Lóbulos

Parafusos

PalhetasDeslizantes

3. Características de Funcionamento

As Bombas são como máquinas operatrizes hidráulicas que conferem energia ao fluido com afinalidade de transportá-lo por escoamento de um ponto para outro obedecendo as condições doprocesso. As bombas transformam o trabalho mecânico que recebem para seu funcionamento emenergia. Elas recebem a energia de uma fonte motora qualquer e cedem parte dessa energia aofluido sob forma de energia de pressão, cinética ou ambas. Isto é, elas aumentam a pressão dolíquido, a velocidade ou ambas essas grandezas. A energia cedida ao líquido pode ser medida



através da equação de Bernoulli. A relação entre a energia cedida pela bomba ao líquido e aenergia que foi recebida da fonte motora, fornece o rendimento da bomba.

4. Bombas de Deslocamento Positivo

As bombas de deslocamento positivo possuem uma ou mais câmaras, em cujo interior omovimento de um órgão propulsor comunica energia de pressão ao líquido, provocando o seuescoamento. Assim, proporciona as condições para que se realize o escoamento na tubulação deaspiração até a bomba e na tubulação de recalque até o ponto de utilização. A característicaprincipal desta classe de bombas é que uma partícula líquida em contato com o órgão quecomunica a energia tem aproximadamente a mesma trajetória que a do ponto do órgão com o qualestá em contato. As bombas de deslocamento positivo podem ser Alternativas ou Rotativas .

5. Turbobombas

As turbobombas são caracterizadas por possuírem um órgão rotatório dotado de pás (rotor) que,devido a sua aceleração, exerce forças sobre o líquido. Essa aceleração não possui a mesmadireção e o mesmo sentido do movimento do líquido em contato com as pás. A descarga gerada

depende das características da bomba, do número de rotações e das características do sistema deencanamentos.

O rotor , também chamado impulsor ou impelidor,comunica à massa líquida aceleração, adquirindo energiacinética para a transformação da energia mecânica. É umdisco de formato cônico dotada de pás, que pode serfechado ou aberto. É fechado quando, além do discoonde se fixam as pás, existe uma coroa circular tambémpresa às pás. Pela abertura dessa coroa, o líquidopenetra no rotor. Usa-se para líquidos sem substânciasem suspensão. Já o rotor aberto, é caracterizado quando não existe essa coroa circular anterior.Usa-se para líquidos contendo pastas, lamas, areia, esgotos

sanitários e para outras condições.

O difusor ou recuperador faz a transformação da maior parte daelevada energia cinética com que o liquido sai do rotor, emenergia de pressão. Esta transformação é operada de acordocom o teorema de Bernoulli, pois o difusor sendo, em geral, deseção gradativamente crescente, realiza uma contínua eprogressiva diminuição da velocidade do liquido que por eleescoa, com o simultâneo aumento da pressão, de modo a queesta tenha valor elevado e a velocidade seja reduzida na ligação da bomba ao encanamento derecalque. O difusor pode ser de tubo reto troncônico (bombas axiais) ou de caixa com forma decaracol ou voluta (nos demais tipos de bombas, chamado simplesmente de coletor ou caracol).

Em certas bombas, entre a saída do rotor e o caracol, colocam-se palhetas devidamenteorientadas, as "pás guias" para que o líquido que sai do rotor seja conduzido ao coletor comvelocidade, direção e sentido tais que a transformação da energia cinética em potencial de pressãose processe com um mínimo de perdas por atrito ou turbulências.



Classificação das turbobombas:

Segundo a trajetória do líquido do rotor:

Bomba centrífuga pura ou radial: o líquido penetra no rotor paralelamente ao eixo, sendo dirigidopelas pás para a periferia, segundo trajetórias contidas em planos normais ao eixo. Essas bombas

são usadas no bombeamento de água limpa, água do mar, condensados, óleos, lixívias, parapressões até 16 Kgf/cm³ e temperaturas até 140 °C.

Bomba de fluxo misto ou bomba diagonal:

1. Bomba hélico-centrífuga – neste tipo de bomba, o líquido penetra no rotor axialmente,atingindo as pás cujo bordo de entrada é curvo e inclinado em relação ao eixo; segue umatrajetória que é uma curva reversa, pois as pás são de dupla curvatura, e atinge o bordo de saídaque é paralelo ao eixo ou ligeiramente inclinado em relação a ele. Sai do rotor segundo um planoperpendicular ao eixo ou segundo uma trajetória ligeiramente inclinada em relação ao planoperpendicular ao eixo. A pressão é comunicada pela força centrífuga e pela ação de "sustentação"ou "propulsão" das pás.

2. Bomba helicoidal ou semi-axial – o líquido atinge o bordo das pás que é curvo e bastanteinclinado em relação ao eixo; a trajetória é uma hélice cônica, reversa, e as pás são superfícies dedupla curvatura. Esta bombas prestam-se a grandes descargas e alturas de elevação pequenas emédias.

3. Bomba axial ou propulsora – as trajetórias das partículas líquidas começam paralelamente aoeixo e se transformam em hélices cilíndricas. Forma-se uma hélice de vórtice forçado, pois, aoescoamento axial, superpõem-se um vórtice forçado pelo movimento das pás. São empregadaspara grandes descargas e alturas de elevação de até mais de 40 metros. Outra característica éque possuem difusor de pás guias. O eixo, em geral, é vertical, e por isso são conhecidas comobombas verticais de coluna .

Segundo o número de rotores usados: Bomba de simples estágio: por conter apenas um rotor, o fornecimento de energia aolíquido é feito em um único estágio (constituído por um rotor e umdifusor). Estas bombas não são utilizadas para alturas de elevaçãograndes por suas dimensões excessivas e correspondente custo

elevado, além do baixo rendimento.

Bombas de múltiplos estágios: quando a altura de elevação égrande, faz-se o líquido passar sucessivamente por dois ou maisrotores fixado são mesmo eixo e colocados em uma caixa cujaforma permite esse escoamento. A passagem do líquido em cadarotor e difusor constitui um estágio na operação de bombeamento.Seu eixo pode horizontal ou vertical. São próprias para instalação de

alta pressão, já que a altura total de elevação é a soma das alturas parciais de cada rotor.

Segundo o número de entradas para aspiração: Bomba de aspiração simples ou entrada unilateral: a entrada do líquido se faz de um lado e pela abertura circular na abertura do rotor.

Bomba de aspiração dupla ou entrada bilateral: o rotor permite receber o líquido por doissentidos opostos, paralelamente ao eixo de rotação. Equivale a dois rotores em paralelo que,teoricamente, são capazes de elevar uma descarga dupla da que se obteria com o rotor simples. Oempuxo longitudinal do eixo é equilibrado nas bombas de rotores bilaterais. O rendimento dessasbombas é muito bom, o que explica o seu largo emprego para descargas médias.



6. Bombas Centrífugas

São o tipo mais simples e mais empregado dasturbobombas. Nelas, a energia fornecida ao líquido éprimordialmente do tipo cinética, sendo posteriormenteconvertida em grande parte em energia de pressão. A

energia cinética pode ter origem puramente centrífugaou de arrasto, ou mesmo uma combinação das duas,

dependendo da forma do impelidor. A conversão de grande parte da energia cinética em energiade pressão é realizada fazendo com que o fluido que sai do impelidor passe em um conduto deárea crescente.

As bombas deste tipo possuem pás cilíndricas (simples curvatura),com geratrizes paralelas ao eixo de rotação, sendo estas pás fixadasa um disco e a uma coroa circular (rotor fechado) ou a um discoapenas (rotor aberto, para bombas de água suja, na indústria depapel, etc.), conforme é mostrado na figuras.

O uso normal das bombas centrífugas é feito sob pressões de até 16 kgf/cm² e temperaturas de

até 140°C. Entretanto, existem bombas para água quente até 300°C e pressões de até 25 kgf/cm²(bombas centrífugas de voluta). É o caso das bombas CZ da Sulzer-Weiser, mostrada à esquerda.

Tipos de bombas centrífugas:

Bomba Centrífuga Radial: nas centrífugas radiais, toda a energia cinética é obtida através dodesenvolvimento de forças puramente centrífugas na massa líquida devido à rotação de umimpelidor de característica especiais. Bombas desse tipo são empregadas quando se desejafornecer uma carga elevada ao fluido e as vazões são relativamente baixas. A direção de saída dofluido é normal ao eixo e por isso essas bombas são chamadas também de centrifugas puras.

Bomba Centrífuga Tipo Francis: existe uma bomba centrífuga radial que usa um impelidor com

palhetas chamadas Francis, daí o nome de bomba tipo Francis. A característica deste impelidor éque suas palhetas possuem curvaturas em dois planos. Essa particularidade aproxima odesempenho dessa bomba ao de uma bomba de fluxo misto, embora tenha aplicação específica.

Funcionamento de uma bomba centrífuga:

Ela não é auto-aspirante . Ao ser ligada, a força centrífuga decorrente do movimento do rotor e dolíquido nos canais das pás cria uma zona de maior pressão na periferia do rotor e uma de baixapressão na sua entrada, produzindo o deslocamento do líquido em direção à saída dos canais dorotor e à boca de recalque da bomba. Como, em geral, as bocas de aspiração e de recalque estãoligadas à tubulações que levam a reservatórios em diferentes níveis, essa diferença de pressãoque se estabelece no interior da bomba faz com que surja um trajeto do líquido do reservatórioinferior (ligado à boca de aspiração) para o superior (ligado à boca de recalque) através da

tubulação de aspiração, dos canais do rotor e difusor, e da tubulação de recalque,respectivamente. É na passagem pelo rotor que se processa a transformação da energia mecânicanas energias de pressão e cinética.



Curvas características:

As grandezas Q (vazão ou descarga), He (altura de elevação), n(número de rotações) e n (rendimento) foram chamadas degrandezas características do funcionamento de uma turbobomba.

A bomba pode ser projetada para atender a um valor prefixado donúmero n de rotações. Nesse caso, com esse valor de n, elaoperará com uma descarga Q, uma altura de elevação He,proporcionando um rendimento máximo n máx. Pode-se, entretanto,desejar que a bomba funcione com outros valores de Q ou de He, e

uma das soluções consiste em variar o número de rotações. É o que acontece em elevatórias deágua ou de esgotos em que a descarga depende da hora e do dia da semana. Dentro de certoslimites da variação do número de rotações, o rendimento baixa a valores ainda aceitáveis.

A partir da equação de Euler chega-se a uma série de relações entre essas e outras grandezas(peso específico, velocidade do líquido no rotor, potência, etc.) permitindo, assim, que se possamtraçar curvas características de algumas dessas variáveis em relação a outra (que se desejamanter praticamente constante). Na prática, ensaiam-se as bombas nos laboratórios, quando

possível, para um traçado mais exato dessas curvas.

A figura acima mostra curvas normalmente obtidas ensaiando-se as bombas centrífugas comvariação do número n de rpm. Essa curva poderia ser usada, no caso citado acima, para análisedo rendimento em função de uma pequena variação na rotação.

Sendo a descarga a grandeza que mais facilmente pode servariada, é do maior interesse saber como variam as grandezascaracterísticas em relação à mesma, principalmente a variação deH. Por essa razão a curva que traduz a função (H,Q) para um valorconstante do número de rotações chama-se curva característica principal da bomba ou curva da carga (H) em função da vazão (Q).Essa curva pode se apresentar de 4 diferentes formas: inclinada,

ascendente/descendente, altamente descendente e plana. Ascurvas "carga x vazão", "potência x vazão" e "rendimento x vazão"

são normalmente fornecidas emconjunto, conforme é mostrado aolado.

A partir de um estudo teórico queleva em consideração o ângulo da pána saída , para um número de pásinfinitas e sem espessuras, obtemostrês retas, como mostra o gráfico aesquerda. Essas curvas, narealidade, não são retas conforme

mostra a teoria, já que ná prática há influência do número de pás edas perdas por atritos, de choques e fugas de líquidos, etc. Assim, as curvas reais passam a ser asmostradas do lado direito:



7. Bombas Rotativas

Nas bombas rotativas, o líquido recebe a ação de forças provenientes de uma ou mais peçasdotadas de m movimento de rotação que, comunicando energia de pressão, provocam seuescoamento. A ação das forças se faz segundo a direção que é praticamente a do própriomovimento de escoamento do líquido. A discarga e a pressão do líquido bombeado sofrem

pequenas variações quando a rotação é constante.

Existe uma grande variedade de bombas rotativas que encontram aplicação não apenas nobombeamento convencional, mas principalmente nos sistema de lubrificação, nos comandos,controles e transmissões hidráulicas e nos sistemas automáticos com válvulas de seqüência.

Classificação das Bombas Rotativas:

Um único rotor

Palhetas

Mais de umrotor

Engrenagem

Pistão Lóbulos

Elemento Flexível Pistões Oscilatórios

Bombas de um só rotor:

Bombas de Palhetas Deslizantes: muito usadas para alimentação decaldeiras e para sistema óleodinâmicos de acionamento de média oubaixa pressão. São auto-aspirantes e podem ser empregadas tambémcomo bombas de vácuo. São compostas de um cilindro (rotor) cujoeixo de rotação é excêntrico ao eixo da carcaça. O rotor possuiranhuras radiais onde se alojam palhetas rígidas com movimento livre nessa direção. Devido àexcentricidade do cilindro em relação à carcaça, essas câmaras apresentam uma redução devolume no sentido de escoamento pois as palhetas são forçadas a se acomodarem sob o efeito daforça centrífuga e limitadas, na sua projeção para fora do rotor, pelo contorno da carcaça. Podemser de descarga constante (mais comuns) e de descarga variável.

Bombas de Parafuso: constam de um, dois ou três "parafusos"helicoidais que têm movimentos sincronizados através deengrenagens. Esse movimento se realiza em caixa de óleo ou graxapara lubrificação. Por este motivo, são silenciosas e sem pulsação.

O fluido é admitido pelas extremidades e, devido ao movimento derotação e aos filetes dos parafusos, que não têm contato entre si, éempurrado para a parte central onde é descarregado. Essas bombas

são muito utilizadas para o transporte de produtos de viscosidade elevada.

Bombas de mais de um rotor:

Bombas de Engrenagens: essas bombas podem ser de engrenageminterna ou engrenagem externa. Por esta segunda ser mais comum, é arespeito dela que daremos uma breve explicação.

Destinam-se ao bombeamento de substâncias líquidas e viscosas,lubrificantes ou não, mas que não contenham partículas (óleos minerais evegetais, graxas, melaços, etc.). Consiste em duas rodas dentadas,



trabalhando dentro de uma caixa com folgas muito pequenas em volta e do lado das rodas. Com omovimento das engrenagens o fluido, aprisionado nos vazios entre os dentes e a carcaça, éempurrado pelos dentes e forçado a sair pela tubulação de saída. Os dentes podem ser retos ouhelicoidais. Quando a velocidade é constante, a vazão é constante.

Bombas de Lóbulos : têm o princípio de funcionamento similar ao das bombasde engrenagens. Podem ter dois, três ou até quatro lóbulos, conforme o tipo. Porter um rendimento maior, as bombas de três lóbulos são as mais comuns. Sãousadas no bombeamento de produtos químicos, líquidos lubrificantes ou não-lubrificantes de todas as viscosidades.

8. Bombas Alternativas

Nas bombas alternativas, o líquido recebe a ação das forças diretamente de um pistão ou êmboloou de uma membrana flexível (diafragma). Elas podem ser acionadas pela ação do vapor ou pormeio de motores elétricos ou também por motores de combustão interna. São bombas dedeslocamento positivo porque exercem forças na direção do próprio movimento do líquido.

No curso da aspiração, o movimento do êmbolo tende a produzir o vácuo no interior da bomba,provocando o escoamento do líquido. É a diferença de pressões que provoca a abertura de umaválvula de aspiração e mantém fechada a de recalque. No curso de descarga, o êmbolo exerceforças sobre o líquido, impelindo-o para o tubo de recalque, provocando a abertura da válvula derecalque e mantendo fechada a de aspiração. A descarga é intermitente e as pressões variamperiodicamente em cada ciclo. Estas bombas são auto-escorvantes e podem funcionar comobombas de ar, fazendo vácuo se não houver líquido a aspirar.

Classificação das Bombas Alternativas:

Acionadas por vapor – empregadas na alimentação de água nas caldeiras, pois aproveitam o

vapor gerado na caldeira para seu próprio funcionamento;

De potência ou de força – acionadas por motores elétricos ou de combustão interna, sãoutilizadas no acionamento de prensas, nas indústrias de borracha, algodão, óleo, etc.;

De descarga controlada – deslocam com precisão um predeterminado volume de líquido em umtempo preestabelecido. Acionadas por motores, possuem mecanismos de eixo de manivela-biela.Podem ser dos seguintes tipos:

1. Bombas alternativas de pistão: o órgão que produz omovimento do líquido é um pistão que se desloca, commovimento alternativo, dentro de um cilindro. No curso deaspiração, o movimento do pistão tende a produzir vácuo. Apressão do líquido no lado da aspiração faz com que a válvulade admissão se abra e o cilindro se encha. No curso derecalque, o pistão força o líquido, empurrando-o para fora do cilindro através da válvula derecalque. O movimento do líquido é causado pelo movimento do pistão, sendo da mesmagrandeza e do tipo de movimento deste.



2. Bombas alternativas de êmbolo: seu princípio defuncionamento é idêntico ao das alternativas de pistão. A principaldiferença entre elas está no aspecto construtivo do órgão que atuano líquido. Por serem recomendadas para serviços de pressõesmais elevadas, exigem que o órgão de movimentação do líquidoseja mais resistente, adotando-se assim, o êmbolo, sem modificar oprojeto da máquina. Com isso, essas bombas podem ter dimensõespequenas.

3. Bombas alternativas de diafragma: o órgão que fornece a energia dolíquido é uma membrana acionada por uma haste com movimentoalternativo. O movimento da membrana, em um sentido, diminui a pressãoda câmara fazendo com que seja admitido um volume de líquido. Ao serinvertido o sentido do movimento da haste, esse volume é descarregado nalinha de recalque. São usadas para serviços de dosagens de produtos jáque, ao ser variado o curso da haste, varia-se o volume admitido. Umexemplo de aplicação dessa bomba é a que retira gasolina do tanque emanda para o carburador de um motor de combustão interna.

9. Fontes

www.ebmi.com.br , www.hidrodinamica.com.br , www.vibrotec.com.br

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