Upload
internet
View
119
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Equipamentos para impulsionar fluidosEquipamentos para impulsionar fluidos
Líquidos: BombasLíquidos: Bombas
Gases: Gases: ventiladores( 1m.c.a.)ventiladores( 1m.c.a.)sopradores( até 1atm)sopradores( até 1atm)compressores( P 1 atm.compressores( P 1 atm.))
PressãoPressão
BombasBombas
•Classificação de tipos de bombasClassificação de tipos de bombas•Condições de usoCondições de uso•Conceitos e definiçõesConceitos e definições•Projeto de bombas centrífugas Projeto de bombas centrífugas •Projeto de bombas de deslocamento positivoProjeto de bombas de deslocamento positivo
BombasBombas
São equipamentos mecânicos que fornecem energia mecânica a um fluido incompressível, com o objetivo de promover o seu escoamento a uma determinada vazão e sob as condições de operação(pressão, desnível) e instalação do sistema de tubulações
•Consta basicamente de uma carcaça e um impulsorConsta basicamente de uma carcaça e um impulsor
carcaçacarcaça
ImpulsorImpulsorSelo de águaSelo de água
Classificação de bombasClassificação de bombas
•Bombas centrífugasBombas centrífugas
•Bombas de deslocamento positivoBombas de deslocamento positivo
•Efeitos especiais : Efeitos especiais : ejetoresejetores““air lift”air lift”carneiro hidráulicocarneiro hidráulicoeletro-magnéticaseletro-magnéticas
Bombas CentrífugasBombas Centrífugas
A energia é fornecida continuamente pela bomba ao fluido, aumentando a sua energia cinética. Posteriormente a
energia cinética é transformada em energia de pressão.
Bombas CentrífugasBombas Centrífugas
São as bombas mais utilizadas na indústria de alimentos.
O líquido entra axialmente na conexão da sucção. O impulsor gira dentro da carcaça e seu movimento produz uma zona de vácuo (centro) e outra de alta pressão (periferia).
Esquema de uma bomba centrífuga.
A uma determinada velocidade, a pressão desenvolvida por uma bomba centrífuga varia com a vazão volumétrica. À vazão zero, a pressào desenvolvida pela bomba é máxima, e como aumento da vazão a pressão desenvolvida cai. Na prática, a vazão de descarga é regulada por uma válvula de controle situada na linha de descarga.
Escoamento dentro de uma bomba centrífuga. a) Bomba de voluta simples. b)Bomba com difusor.
Bombas CentrífugasBombas Centrífugas
estagio simplesestagio simples impulsor fechadoimpulsor fechado
Fluxo axialFluxo axial múltiplos estágiosmúltiplos estágios impulsor abertoimpulsor aberto
Fluxo mistoFluxo misto sucção simplessucção simples auto-escorvanteauto-escorvante impulsor aberto impulsor aberto
Fluxo radialFluxo radial sucção duplasucção dupla não-escorvantenão-escorvante impulsor semi-aberto impulsor semi-abertoestagio simplesestagio simples impulsor fechado impulsor fechado
múltiplos estágiosmúltiplos estágios
PeriféricasPeriféricas simples estágiossimples estágios auto-escorvanteauto-escorvante RegenerativasRegenerativas múltiplos estágiosmúltiplos estágios não escorvantenão escorvante
Impulsor fechado:fluidos limposImpulsor fechado:fluidos limpos I. Aberto: até 8% sólidosI. Aberto: até 8% sólidos I. I. Aberto :fibras, mat. Aberto :fibras, mat. abrasivoabrasivo
Baixa pulsaçãoBaixa pulsaçãoPara lamasPara lamas
Sólidos de tamanho grandeSólidos de tamanho grande
Sólidos abrasivosSólidos abrasivos
Bombas centrífugasBombas centrífugas
Princípio de funcionamento de uma bomba auto-
escorvante:
1. Linha de sucção
2. Canal superficial
3. Canal profundo
4. Pás radiais
5. Descarga da bomba
6. Canal superficial
7. Descarga
Bombas centrífugasBombas centrífugasPartes internas e externasPartes internas e externas
Visão externa Visão interna
Centrífuga: princípio de funcionamento
Bomba de fluxo misto
Bomba com rotor misto( vazão Bomba com rotor misto( vazão axial e radial), -normalmente axial e radial), -normalmente verticais – montada numa verticais – montada numa coluna que serve de tubo de coluna que serve de tubo de descarga. Tais unidades ficam descarga. Tais unidades ficam submersas no líquido a ser submersas no líquido a ser bombeado e são utilizadas em bombeado e são utilizadas em poços poços
Vantagens das bombas centrífugas:
• Construção simples
• Baixo custo
• Fluido é descarregado a uma pressão uniforme, sem choques ou pulsações na vazão
• A linha de descarga poderia ser estrangulada (parcialmente fechada) ou completamente fechada sem danificar a bomba
• É capaz de manusear líquidos com grandes quantidades de sólidos
• Pode ser acoplada diretamente a motores
• Não há válvulas envolvidas na operação de bombeamento
• Menores custos de manutenção que outros tipos de bombas
Desvantagens das bombas centrífugas:• Não pode ser operada a altas pressões( em um estágio)
• Sujeita à incorporação de ar e normalmente precisa ser escorvada
• A máxima eficiência da bomba se localiza em um curto intervalo de condições
• Não manuseia líquidos altamente viscosos eficientemente
Bombas de Deslocamento PositivoBombas de Deslocamento Positivo
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.
Engrenagens externas
DescargaSucção
Bomba de engrenagensBomba de engrenagens
Bombas de deslocamento positivoBombas de deslocamento positivo
Pistão ou Ação simples simplexPistão ou Ação simples simplex acionadas a vapor acionadas a vapor
AlternativasAlternativas emboleembole Ação dupla Ação dupla duplex duplex acionadas por acionadas por
multiplexmultiplex motor elétrico motor elétrico combustão interna combustão interna
DiafragmaDiafragma simplexsimplex Acionada por fluidos Acionada por fluidos duplexduplex ou mecanicamenteou mecanicamente
PalhetasPalhetas
RotativasRotativas um rotor(1) um rotor(1) Pistão rotativoPistão rotativoParafuso simplesParafuso simples PeristálticaPeristáltica
RotoresRotores EngrenagensEngrenagensMúltiplosMúltiplos LóbulosLóbulos
Parafusos,etcParafusos,etc..
Bombas Alternativas: Bombas Alternativas: Pistão e EmboloPistão e Embolo
•O princípio de funcionamento é similar ao de uma seringa:
•O pistão ou embolo tem um movimento alternativo.
• A válvula de retenção na linha de sucção se abre (pressão externa > pressão interna) e o líquido entra na bomba .
•A válvula de retenção da linha de descarga se mantém fechada. •O movimento se inverte , a pressão aumenta no cilindro.•A válvula de admissão fecha.•A válvula de retenção de descarga se abre e o líquido sai pressurizado.
Válvula de Válvula de descargadescarga
Válvula de Válvula de admissão admissão (sucção)(sucção)
Movimento alternativo do pistãoMovimento alternativo do pistão
Bombas Alternativas:Bombas Alternativas:diafragma diafragma
DuplexDuplex
aberta
aberta
fechada
fechada
Entrada
Ar
Saída
aberta
aberta
fechada
fechada
Saída
Entrada
Ar
Saída
fechada
fechada
aberta
aberta
Entrada
Ar
CORAÇÃO: UM EXEMPLO DE BOMBA CORAÇÃO: UM EXEMPLO DE BOMBA DIAFRAGMADIAFRAGMA
BombasBombas de de diafragmadiafragmaProduto comercialProduto comercial
Bombas de lóbulosBombas de lóbulosproduto comercialproduto comercial
AA BB CC
A e B movimento para direita C- movimento invertidoA e B movimento para direita C- movimento invertido
Bombas deslocamento positivasBombas deslocamento positivas: rotativas: rotativas
Rotatórias de LóbulosRotatórias de Lóbulos
Bombas MONOBombas MONO
Bombas rotativasBombas rotativas : : parafusoparafuso
B o m b a s t i p o p a r a f u s oB o m b a s t i p o p a r a f u s o
E n t r a d a
D e s c a r g aR o t o r p a r a f u s o
Rotor
Tubo flexível Saída de
líquido
Entrada de líquido
Placa de compressão estacionária
Bomba PeristálticaBomba Peristáltica
Projeto: conceito e definiçõesProjeto: conceito e definições
Altura de projetoAltura de projeto
0WE)zz(gvv2
1ppf12
21
22
12
projetof
122
12
212 H
g
W
g
E)zz(vv
g2
1
g
pp
Dividindo por Dividindo por g :g :
Balanço de energia mecânica= Balanço de energia mecânica= curva de operação do sistemacurva de operação do sistema
Energia demandada pelo sistema por unidade de peso de fluido circulanteEnergia demandada pelo sistema por unidade de peso de fluido circulante
zz11
zz22
projetof
122
12
212 H
g
W
g
E)zz(vv
g2
1
g
pp
=0=0=0=0
projetof
12 Hg
W
g
E)zz(
Tanques abertos à atmosferaTanques abertos à atmosfera
Curva de operação do sistemaCurva de operação do sistema;; estudo de casosestudo de casos
ZZ22-Z-Z11= + 2m= + 2m
0
2
4
6
8
10
12
14
0 2 4 6 8 10 12vazão( m3/h )
H(m
)
Ef1
Ef2
Ef2
22
22
11
2121 zz;pp
projetof
12 Hg
W
g
E)zz(
projetof
122
12
212 H
g
W
g
E)zz(vv
g2
1
g
pp
=0=0=0=0
-10
0
10
20
30
40
50
0 2 4 6 8 10 12
vazão ( m3/h )
H(m
)
EF1
Ef2
EF3
m5zz 12
Trabalho da bomba- Capacidade da bombaTrabalho da bomba- Capacidade da bomba
Altura desenvolvida pela bomba = Trabalho fornecido pela Altura desenvolvida pela bomba = Trabalho fornecido pela bomba por unidade de peso de fluido que circula pelo bomba por unidade de peso de fluido que circula pelo sistemasistema
11 22
Fazemos um balanço entre a sucção e a descarga da bombaFazemos um balanço entre a sucção e a descarga da bomba
bombabf
122
12
212 H
g
W
g
E)zz(vv
g2
1
g
pp
0 0 Se inclui na eficiênciaSe inclui na eficiência
bbombab12 HH
g
W
g
pp
bbombab12 HH
g
W
g
pp
avolumétricvazãoV
Dados fornecidos pelo fabricante :Dados fornecidos pelo fabricante : curva característica da bombacurva característica da bomba
Exemplo : bomba centrífugaExemplo : bomba centrífuga
Vazão volumétrica = capacidade da bombaVazão volumétrica = capacidade da bomba
Ponto de operação do sistemaPonto de operação do sistema
zz11
zz22
•Para um dado sistema se requer uma dada vazão de projetoPara um dado sistema se requer uma dada vazão de projeto•Qual será a bomba que fará o sistema operar nesta vazão??Qual será a bomba que fará o sistema operar nesta vazão??•HHprojetoprojeto=H=Hbombabomba para Vazão de projeto=vazão requerida para Vazão de projeto=vazão requerida
Ponto de operação do sistemaPonto de operação do sistema
ZZ22-Z-Z11= + 2m= + 2m
0
5
10
15
20
25
0 5 10 15vazão( m3/h )
H(m
)
Hprojeto
Hbomba
77
Ponto de operaçãoPonto de operação
Potencia ÚtilPotencia Útil : : potencia fornecida ao fluido na vazão desejada potencia fornecida ao fluido na vazão desejada
bpútil HgmHgm)W(mW bombadaAlturaH
projetodeAlturaH
mássicavazãom
potênciaW
b
p
Potencia ao eixoPotencia ao eixo : : potencia fornecida no potencia fornecida no eixo da bomba, na vazão desejadaeixo da bomba, na vazão desejada
Eficiência mecânica:Eficiência mecânica:
eixoW
eixo
útilmec W
W
Motor elétricoMotor elétrico Bomba Bomba FluidoFluido
perdasperdas.elecW
eixoWútilW
Eficiência ElétricaEficiência Elétrica : :elétrica
eixoeletrica W
W
As anteriores eficiências são propriedades de cada bomba e As anteriores eficiências são propriedades de cada bomba e são fornecidas pelos fabricantes são fornecidas pelos fabricantes
teóricovolume
dodescarregavolumeavolumétric Bombas de deslocamento positivoBombas de deslocamento positivo
acionadormecanismoglobal W
W
CavitaçãoCavitação
•Cavitação vem da palavra cavidade Cavitação vem da palavra cavidade •Resulta de um espaço vazio no líquido que se forma Resulta de um espaço vazio no líquido que se forma na sucção da bombana sucção da bomba•A baixa pressão na sucção vaporiza fluido e gera A baixa pressão na sucção vaporiza fluido e gera bolhas de gás.bolhas de gás.•Estas bolhas viajam até zonas de alta pressão e Estas bolhas viajam até zonas de alta pressão e estouram estouram •.A bomba perde eficiência e conduz a uma operação .A bomba perde eficiência e conduz a uma operação ruidosa .ruidosa .•Danifica-se o rotor pela corrosão ocasionada Danifica-se o rotor pela corrosão ocasionada • Em fluidos viscosos deve selecionar bem a Em fluidos viscosos deve selecionar bem a velocidade de entrada para não permitir o velocidade de entrada para não permitir o esvaziamento do rotoresvaziamento do rotor
Como evitar as situações que causam cavitação????Como evitar as situações que causam cavitação????
Baixa pressão na sucçãoBaixa pressão na sucção
Calculo de NSPH=Altura de sucção disponívelCalculo de NSPH=Altura de sucção disponível
NPSHNPSH: altura disponível na sucção: altura disponível na sucção
g
v
2
1
g
ppNPSH
2svs
succçãonavelocidadev
vapordepressãoP
succçãonapressãop
s
v
s
sucçãosucção
11
Balanço de energia entre o ponto 1 e a sucçãoBalanço de energia entre o ponto 1 e a sucção
0WE)zz(gvv2
1pps1f1s
21
2s
1s
0 0
Subtraindo pSubtraindo pv v e re-arranjando:e re-arranjando:
g
E)zz(
g
ppv
g2
1
g
ppNPSH s1f
1sv12
svs
sistema
bombasistema NPSHNPSH
NSPHNSPHbombabomba
ExemploExemplo Bombeia-se água a 60Bombeia-se água a 6000C numa tubulação C numa tubulação de ferro galvanizado de ½ polegada de de ferro galvanizado de ½ polegada de diaâmetro , serie 40, a uma vazão de 1,5 diaâmetro , serie 40, a uma vazão de 1,5 l/s fabricante informa que NSPH da l/s fabricante informa que NSPH da bomba é de 3m, para esta vazão. A bomba é de 3m, para esta vazão. A pressão atmosférica local é de 710mm Hgpressão atmosférica local é de 710mm Hg. . Ocorrerá cavitação??Ocorrerá cavitação??
DADOS: DDADOS: Dii=1,61”=4,09 cm=0,0409 m=1,61”=4,09 cm=0,0409 m
24
2f
v
33
3
m
N1098,1
cm
kg2022,0P
m
kg10983,0
sm
kg1047,0cp47,0
11
55
22
66
11
33
1111
Comprimentos em mComprimentos em m
Curva característicasCurva características
Bombas centrifugas Bombas centrifugas
Sistemas em paraleloSistemas em paralelo
21paralelo VVV
HHHpara 21
)WW/(HV beixoaeixo.par.par
É possível aumentar a capacidade É possível aumentar a capacidade de um sistema instalando duas de um sistema instalando duas bombas em paralelobombas em paralelo
A melhor instalação de A melhor instalação de bombas em paralelo e com bombas em paralelo e com duas bombas iguaisduas bombas iguais
•O ponto de operação passa de A a B , trabalhando o O ponto de operação passa de A a B , trabalhando o sistema a maior vazãosistema a maior vazão•As duas bombas trabalham sempre a mesma altura e As duas bombas trabalham sempre a mesma altura e vazão sem perigo de retorno de líquido ou trabalho no vazão sem perigo de retorno de líquido ou trabalho no ponto ‘ponto ‘Shut offShut off””
Sistemas em paraleloSistemas em paralelo
Bombas em serieBombas em serie
21série21série HHHVVV
Nesta instalação a segunda bomba opera a maior pressão . Assim Nesta instalação a segunda bomba opera a maior pressão . Assim este fato deve controlar-seeste fato deve controlar-se
2eixo1eixo
sérieserie WW
gHV
Curvas características de bombas rotativasCurvas características de bombas rotativas
rpmrpm
VazãoVazão
pressãopressão
HPHP
pressãopressão
Influência da viscosidadeInfluência da viscosidade
Bombas centrífugasBombas centrífugas
O fabricante normalmente O fabricante normalmente fornece as curvas fornece as curvas características para água, características para água, assim devem ser corrigidas assim devem ser corrigidas para fluidos mais viscosospara fluidos mais viscosos
Caso o fluido seja mais Caso o fluido seja mais viscoso ocorrerá as seguintes viscoso ocorrerá as seguintes mudanças: (1) a bomba mudanças: (1) a bomba desenvolverá menor altura; desenvolverá menor altura; (2) a capacidade será (2) a capacidade será reduzida; (3) a potência reduzida; (3) a potência requerida no eixo aumentarárequerida no eixo aumentará..
• A viscosidade influencia a performance das bombas de nas rotativas, pois as mesmas são usadas para fluidos de média e alta viscosidade.
•Estas bombas não tem grande capacidade de sucção. Assim deve assegurar-se que o fluido chegue a preencher a bomba ( projeto da linha de sucção)
• Na bomba a altas velocidades, o material não consegue fluir para dentro da carcaça suficientemente rápido para enche-la totalmente. Assim, as bombas trabalham muito abaixo da sua capacidade volumétrica.
•Na mostra-se a redução de velocidade aconselhada por um fornecedor para um determinado tipo de bomba.
Bombas Rotativas :Influência da viscosidade
608889
576667
554444
502222
301333
14444
10222
6178
2133
% redução da velocidade de rotação
Viscosidade cinemática (cSt)
608889
576667
554444
502222
301333
14444
10222
6178
2133
% redução da velocidade de rotação
Viscosidade cinemática (cSt)
Redução de velocidade de bombas rotativas com a viscosidade cinemáticaRedução de velocidade de bombas rotativas com a viscosidade cinemática
PP11
VV11
rpmrpm
Máximo rpm= % correçào x Máximo rpm= % correçào x velocidade máxima de rotaçãovelocidade máxima de rotação
Potência consumida= % correcPotência consumida= % correc. . Hp Hp curva característica curva característica
rpm máximo a utilizar = 600rpm.0,75=450 rpmrpm máximo a utilizar = 600rpm.0,75=450 rpm
Potência consumida =0,4HPx1,1=0,44 HPPotência consumida =0,4HPx1,1=0,44 HP
Posso utilizar???Posso utilizar???
Correção por Correção por viscosidadeviscosidade
Bombas da Alfa-LavalBombas da Alfa-Laval