BOMBAS BOMBAS

INDUSTRIAISINDUSTRIAIS

Escoamento de Fluidos e Máquinas de Fluxo

Bomba de Arquimedes (bomba de parafuso)

Arquimedes: Matemático grego, viveu entre 298 AC e 212 AC. Considerado o maior matemático dos tempos antigos. Inventou a catapulta e também a bomba mostrada na figura ao lado, quando estava no Egito. Arquimedes fez contribuições originais à geometria, no cálculo das áreas de figuras planas, e no cálculo das áreas e volumes de superfícies curvas. Ele fez uma aproximação para o número Pi, entre 310/71 e 31/7. Na Mecânica Teórica Arquimedes é responsável por teoremas fundamentais sobre o centro de gravidade de corpos. Tornou-se famoso também por ter ununciado o Princípio de Arquimedes.

UM POUCO DE HISTÓRIA

BOMBA DE ARQUIMEDESOU BOMBA PARAFUSO

Ainda hoje utilizada na indústria moderna

4.1. INTRODUÇÃO

Máquinas Motrizes: são aquelas que retiram a energia do líquido transferindo-a para o exterior (ex.: turbinas);

MÁQUINAS HIDRÁULICAS

As máquinas hidráulicas podem ser de duas classes:

Máquinas Operatrizes: são aquelas que introduzem, na corrente líquida, a energia que recebem do exterior:

São as Bombas

LB hWzzg

v

g

vPP 12

21

2212

22

-WB< 0 : Máquinas Motrizes

-WB> 0 : Máquinas Operatrizes

DEFINIÇÃO: São máquinas operatrizes hidráulicas que conferem energia ao líquido com a finalidade de transportá-lo de um ponto a outro.

Bombas recebem energia de uma fonte motora qualquer e cedem parte dessa energia ao fluido na forma de energia de pressão (aumentam a pressão do líquido), cinética (aumentam a velocidade do líquido) ou ambas.

DEFINIÇÃO, CLASSIFICAÇÃO E CARACTERÍSTICA GERAL

BOMBAS HIDRÁLICAS

BOMBEAR: ação de adicionar energia a um líquido para movê-lo de um ponto a outro.

A. Bombas Centrífugas ou Turbo-Bombas, também conhecidas como Bombas Hidro ou Rotodinâmicas;

B. Bombas Volumétricas, também conhecidas como de Bombas Deslocamento Positivo.

CLASSIFICAÇÃO

Devido a grande diversidade das bombas existentes, adotaremos uma classificação resumida, dividindo-as em dois grandes grupos:

As bombas podem ser classificadas:

• pela sua aplicação; ou

• pela forma com que a energia é cedida ao fluido.

Bombas Centrífugas Bombas de Deslocamento Positivo

CLASSIFICAÇÃO

- de fluxo radial(centrífugas)

sucção simplesrotor abertorotor semi-fechado

sucção dupla

rotor fechado

- de fluxo misto

- alternativas

pistão

diafragma

- rotativas- de fluxo axial

peristáltica

lóbulo

engrenagem

parafuso

êmbolo

Este tipo de bomba tem por princípio de

funcionamento a transferência de energia mecânica

para o fluido, por meio de um rotor, também

chamado de impelidor, que gira no interior de uma

carcaça.

TURBO-BOMBAS

Rotor

Carcaça

Eixo

Alimentação

Descarga

TURBO-BOMBAS

No início da operação, é necessário que a carcaça e a linha de sucção estejam cheias de água para que as turbo-bombas operarem adequadamente.

ESCORVA: Ato

de encher a carcaça

de turbo-bombas

com líquido.

CLASSIFICAÇÃO DAS TURBO-BOMBAS

Conforme as posições relativas do movimento geral do líquido e do eixo de rotação do rotor, pode-se distinguir três tipos fundamentais de turbo-bombas:

A. Centrífugas puras ou radiais: toda a energia cinética é obtida através do desenvolvimento de forças puramente centrífugas na massa líquida. A movimentação do fluido dá-se do centro para a periferia do rotor, no sentido perpendicular ao eixo de rotação;

C. Fluxo Misto (hélico-centrífugas): Parte da energia é fornecida devido à força centrífuga e parte devido ao arrasto. O movimento do fluído ocorre na direção inclinada (diagonal) ao eixo de rotação (entre 90o e 180o);

B. Fluxo Axial (helicoidais): Toda energia cinética é transferida à massa líquida por forças puramente de arrasto. O movimento do fluido ocorre paralelo ao eixo de rotação;

Obs.: São empregadas quando se deseja fornecer uma carga elevada ao fluido e as vazões são relativamente baixas.

Obs.: São empregadas quando se deseja vazão elevada e as cargas a serem fornecidas ao fluido são pequenas.

FC

FA

Entrada

Saída

FC - Energia fornecida devido à força centrífuga;

FA - Energia fornecida devido à força de arrasto.

Relação força e ângulo de fluxo na bomba

CLASSIFICAÇÃO DAS TURBO-BOMBAS

Exemplos de rotores utilizados em cada classe

A. CENTRÍFUGAS PURAS OU RADIAIS

Perfil de Pressão

Corte da bomba

Usada para vencer grandes cargas manométricas. Pode bombear suspensão ou líquidos corrosivos.

B. CENTRÍFUGAS DE FLUXO MISTO(HÉLICO-CENTRÍFUGAS)

Usada para vazões e cargas manométricas moderadas.

C. CENTRÍFUGAS DE FLUXO AXIAL(HELICOIDAIS)

Usada para grandes vazões e baixas cargas manométricas.

BOMBAS VOLUMÉTRICAS OU DE DESLOCAMENTO POSITIVO

Este tipo de máquina tem por característica de funcionamento a transferência direta da energia mecânica cedida pela fonte motora para o fluido. Esta transferência é obtida pela movimentação de um dispositivo mecânico da bomba, que obriga o fluido a executar o mesmo movimento do qual ele está animado.

O líquido sucessivamente enche e depois é expulso de espaços com volume determinado no interior da bomba, por isso são chamadas de BOMBAS VOLUMÉTRICAS.

Bombas de Deslocamento Positivo

- alternativas

pistão

diafragma

- rotativas

peristáltica

lóbulo

engrenagem

parafuso

êmbolo

BOMBAS DE PISTÃO

Princípio de Funcionamento:

a) No curso da aspiração (3), o movimento do pistão tende a produzir vácuo. A pressão do líquido no lado da aspiração (maior que a pressão interna) faz com que a válvula de descarga (2) se feche e que a de admissão (1) se abra e o cilindro encha de líquido;

b) No curso de recalque (4), o pistão força o líquido a sair do cilindro, através da válvula de recalque (2), enquanto que a válvula de admissão (1) permanece fechada devido à diferença de pressão.

BOMBAS DE ÊMBOLO OU ALTERNATIVAS

Bomba de êmbolo ou alternativa Bomba de duplo êmbolo

São recomendadas para serviços de pressões mais elevadas quando comparadas aquelas recomendadas para a bomba de pistão. Conseqüentemente exige que o órgão de movimentação do líquido seja mais resistente.

BOMBAS DE DIAFRAGMA

Nessas bombas, o órgão que fornece a energia para o líquido é uma membrana acionada por uma haste com movimento alternativo. Essas bombas são usadas principalmente para serviços de dosagem de produtos, já que, ao ser variado o curso da haste, varia-se o volume admitido.

Ex.: Bomba de gasolina

BOMBAS ROTATIVAS

Bomba rotativa é um nome genérico para designar uma variedade de bombas comandadas por um movimento de rotação.

Sucção Descarte

Um dos tipos mais comuns desse tipo de bomba é a bomba de engrenagem, que consiste em duas rodas dentadas trabalhando dentro de uma caixa com folgas muito pequenas em volta e dos lados das rodas.

O fluido é empurrado pelos dentes e forçado a sair pela tubulação

da direita

const →Q const P

Muito usada para líquidos viscosos, mas não serve para suspensões

Líquidos corrosivos recomenda-se

engrenagem de plástico

BOMBAS ROTATIVAS

Bomba de Lóbulos

Bomba de Engrenagem interna

Bomba Peristáltica

Nesta bomba, o líquido não entra em contato direto

com o equipamento, indicada para fluidos

biológicos.

Bomba de engrenagem

Bomba de lóbulos

Bombas rotativas:

BOMBAS ROTATIVAS

Bomba de engrenagem interna

Bombas rotativas:

BOMBAS ROTATIVAS

Bomba peristáltica

BOMBA DE ARQUIMEDESOU BOMBA PARAFUSO

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

Bomba de cavidade progressiva (Mono Pump)

Mono Pump

Um sem-fim metálico helicoidal, de configuração especial, gira dentro de uma peça fixa feita de borracha, forçando o líquido através do espaço entre a peça e o sem-fim.

COMPARAÇÃO ENTRE BOMBAS VOLUMÉTRICAS E TURBO-BOMBAS

Bombas Volumétricas Turbo-Bombas

• Relação constante entre descarga e velocidade da bomba, de modo que a vazão, Q, bombeada independe da altura e/ou pressão a serem vencidas.

• A vazão, Q, bombeada depende das características do projeto da bomba, da rotação e das características do sistema em que ela está operando.

• Podem iniciar sua operação com presença de ar no seu interior .

• Devem iniciar sua operação com a bomba cheia de líquido.

• Algumas produzem vazão constante e outras vazão variável (pulsante).

• Produzem vazão constante.

• A energia é cedida ao líquido sob a forma de energia de pressão.

• A energia é cedida ao líquido sob a forma de energia cinética e de pressão.

Gráfico para a escolha do tipo de bomba (Fairbanks, Morse & Co.)

BOMBAS

CENTRÍFUGAS

Possui elementos rotativos (impelidores) cujo formato confere alta velocidade na sucção, que se transforma em alta pressão na descarga e a vazão é dependente da pressão na descarga da bomba.

Características positivas• construção simples• baratas• disponíveis em diversos materiais de construção• baixo custo de manutenção• operam a altas velocidades, isto é, podem ser acionadas diretamente por motores elétricos

Características negativas• bombas de um estágio não são projetadas para altas pressões• bombas multiestágio para altas pressões são caras, principalmente em materiais resistentes a corrosão• sua eficiência decresce rapidamente para vazões diferentes daquela para a qual foi projetada• sua performance não é muito boa para altas viscosidades

BOMBAS CENTRÍFUGAS

Linhas de Fluxo

Partes Fundamentais

Bomba CentrífugaImpelidor

Flan

ge d

e S

ucçã

o

Flange de DescarteLinha de corrente

Linha de corrente

Impelidor

Corte de bomba mostrando a linha de corrente de líquido

DESCRIÇÃO E ANÁLISE DOS COMPONENTES

Visão Geral dos Principais componentes

Impelidor ou Rotor

O ROTOR pode ser de um dos seguintes tipos:

fechado, semi-fechado ou aberto

Aberto Semi-fechado ouSemi-aberto

Fechado

O rotor fechado é usado sempre que possível, devido à sua maior eficiência quando comparado aos demais. Porém, na presença de sólidos finos em suspensão, em porcentagem maior de 3 a 5%, é usual a utilização do rotor semi-fechado, devido a sua menor tendência a entupimento. O rotor aberto é utilizado no bombeamento de esgotos, efluentes e de água com areia ou pedregulho em suspensão (as chamadas bombas de dragagem).

Movimento do rotor

O que aconteceria se alterássemos o movimento do rotor?

Ainda quanto a construção ...

• Impelidor de simples sucção; e

• Impelidor de dupla sucção

O impelidor de simples sucção, succiona por apenas um dos lados do impelidor:

O impelidor de dupla sucção, succiona por ambos os lados do impelidor, ou seja é praticamente a junção de dois impelidores de simples sucção voltados costa com costa:

Esforço axial

As pressões geradas pelas bombas centrífugas exercem forças, tanto nas partes móveis quanto nas partes estacionárias. O projeto dessas partes balanceia algumas destas forças. O ESFORÇO AXIAL HIDRÁULICO é o somatório das forças não balanceadas agindo na direção axial do impelidor.

dupla sucção → distribuição simétrica de pressão → forças axiais de um lado são contrabalançadas pelas do outro.

simples sucção → distribuição assimétrica de pressão → empuxo axial resultante na direção da sucção.

O empuxo resultante de pequenos desvios é absorvido pelo mancal de escora.

Bomba pequena: o empuxo é absorvido pelo mancal. Demais Bombas: atenuado por furos de balanceamento ou pás na parte posterior do impelidor.

LIQUIDO BOMBA IMPELIDORÁgua ou líquidolímpido nãocorrosivo, fria oua temperaturamoderada

simples ou duplasucção

fechado, excetopara muitopequenascapacidades

Água acima de250 F

Simples ou duplasucção.Usualmentealimentação decaldeira e altaspressões requerembombas multiestágio

Fechado, excetopara pequenascapacidades

Hidrocarbonetos Simples sucção,frequentementechamadas bombasde refinaria

fechado commaior entrada

Corrosivos

Suavementeácido ou alcalino

Simples ou duplasucção

Fechado, excetopara baixascapacidades

Fortemente ácidoou alcalino

Simples ou duplasucção

idem

Quentes ecorrosivos

Simples sucção Idem

Água com sólidos em suspensão

Finos e abrasivos Simples sucção Rotor aberto

Selecionamento do tipo de rotor:

Finalmente, quanto ao número de impelidores:

Bombas de simples estágio Bombas de múltiplos estágios.

Bombas de múltiplos estágios são empregadas quando se deseja vencer grandes alturas manométricas (H > 1000 m).

Bombas centrífugas verticais

Faixas de operação de alguns tipos mais usuais de bombas centrífugas

Neste momento, as bombas serão analisadas quando ao tipo e o número de impelidores.

horizontais, sucção axial:

Vazão (m3/h)

Carga (m de água)

Aplicações

horizontais, dupla sucção radial:

Tipo de bomba

horizontais, múltiplos estágio:

vertical, múltiplos estágio:

vertical, simples estágio:

1000 200/220 serviços gerais

1300 voluta simples1500 voluta dupla

130/150abastecimento de água;recirculação de água de

resfriamento.

600 1000/1200alimentação de caldeiras;Serviços de alta pressão.

30000 400extração de água de poços

profundos.

30000 400Esgotamento de tanques

abertos, condições de baixo NPSH disponível

CarcaçaA carcaça é o componente responsável pela contenção do fluido bombeado bem como, sob certo aspecto, provê as condições para a conversão de energia cinética do fluido em energia de pressão, passo fundamental ao bombeamento.

Tipos de Carcaça:a) Carcaça em voluta: são as mais utilizadas para bombas de simples estágio devido a sua boa eficiência, baixo custo e simplicidade mecânica.

A

A área crescente nos 360o da voluta objetiva a coleta e acomodação da crescente quantidade de líquido, posto que na seção A, por exemplo, precisamos acomodar o fluido coletado anteriormente e o fluido que estará saindo da periferia do impelidor nesta seção.

Velocidade e Pressão constante ao longo da voluta garantindo o equilíbrio de forças radiais no entorno da voluta.

À medida que nos afastamos da vazão de projeto, aparece um desequilíbrio de pressões que gera o empuxo radial.

As pás do impelidor imprimem um movimento de rotação no líquido que faz com que o mesmo se desloque em direção à periferia do impelidor. Este movimento do impelidor gera um gradiente de pressão radial no interior da bomba.

Princípio de Funcionamento

A zona de alta pressão criada na periferia é responsável pelo transporte do fluido.

Carcaça (Continuação)

b) Carcaça com pás difusoras: São as preferidas para bombas de multiestágio. Possuem eficiência ligeiramente superior, mas são mais caras e de mecânica mais complexa.

O fluido, ao sair do impelidor, penetra em um canal de seção crescente formado por pás difusoras fixas à carcaça, processando-se, assim, a conversão necessária de energia cinética em energia de pressão.

Devido a simetria de construção da carcaça com pás difusoras, o empuxo radial é considerado desprezível.

Carcaça (continuação)

c) Carcaça concêntrica: A carcaça concêntrica apresenta formato circular. Apesar de seu baixo custo de fabricação, tem aplicação reduzida em virtude de possibilitarem menor eficiência que as carcaças em voluta.

e) Carcaça mista: Eventualmente, podem ser encontradas bombas que usam uma combinação de pás difusoras e voluta.

d) Carcaça em dupla voluta: Eventualmente, em bombas de grande porte, particularmente no que concerne à vazão, utiliza-se, como artifício para atenuar o empuxo radial. Este projeto consiste da simulação de duas volutas simples, defasadas de 180o mediante um chincana intermediária. Neste caso, parte do líquido flui pelo canal interno e parte pelo canal externo numa tentativa de balanceamento do empuxo radial.

Eixo e Luva de EixoA função básica do eixo é transmitir o torque na partida e durante a operação da bomba, assim como suportar o impelidor e outras partes rotativas. As luvas de eixo têm por função proteger o eixo de erosão, corrosão ou desgaste.

Detalhe da luva de eixo

Eixo e luva de eixo

Caixa de Gaxetas

É uma das partes mais importantes da bomba centrífuga. Seu principal objetivo é proteger a bomba contra vazamentos nos pontos onde o eixo passa através da carcaça.

Se sua pressão for menor que a atmosférica (bombas operando com altura manométrica de sucção negativa), sua função é impedir a entrada de ar e, caso contrário, impedir a saída de líquido.

Tem a forma de uma caixa cilíndrica que acomoda um certo número de anéis de gaxeta em volta do eixo ou da luva de eixo, comprimidos para o ajuste desejado por uma peça denominada sobreposta. Este ajuste deve ser tal que haja um mínimo de vazamento da ordem de 30 a 60 gotas por minuto para possibilitar a lubrificação e auxiliar o arrefecimento das gaxetas.

Selos Mecânicos

Nos casos cujas as pressões envolvidas são muito elevadas e o vazamento deve ser mínimo, a caixa de gaxetas não apresenta eficiência de vedação satisfatória. Nestes casos, sugere-se a utilização de selos mecânicos.

Princípio dos selos mecânicos: As superfícies de selagem são localizadas em um plano perpendicular ao eixo e usualmente consiste de duas superfícies adjacentes altamente polidas; uma superfície ligada ao eixo e a outra à parte estacionária da bomba. Estas superfícies altamente polidas são mantidas em contato contínuo por molas formando um selo fluido entre as partes com perdas por atrito negligenciáveis.

Naturalmente, algum desgaste sempre ocorre e, com o tempo, um pequeno vazamento pode aparecer.

Mancais

Os mancais têm por função manter o correto alinhamento do conjunto rotativo em relação às partes estacionárias, sob a ação de cargas radiais e axiais.

Mancais de Rolamentos:

a) Mancais de esferas: São os mais usados para para bombas de grande porte.

b) Mancais de rolos: São usados para diâmetros muito grande de eixo e suportam apenas esforços radiais.

Mancais de Deslizamento: são mais baratos e portanto indicados para bombas pequenas operando com líquidos limpos. São utilizados também quando os mancais de rolamento não são comumente disponíveis (bombas de alta pressão e de multiestágios). Finalmente, outra aplicação é para bombas verticais submersas nas quais o mancal é sujeito ao contato com a água.

Os parâmetros chave de desempenho de bombas centrífugas são:

PARÂMETROS IMPORTANTES DE DESEMPENHO

1. Capacidade

2. Carga

3. Potência da bomba

4. Ponto de melhor  eficiência

5. Velocidade específica

É a vazão volumétrica com que o líquido é movido ou é empurrado pela bomba ao ponto desejado no processo [L3 T-1]. A capacidade normalmente muda com as mudanças na operação do processo.

A capacidade depende de vários fatores como:

Características do líquido de processo, isto é, densidade, viscosidade, etc.

Tamanho da bomba e de suas seções de entrada e de saída

Tamanho do impelidor

Velocidade de rotação do impelidor RPM

Tamanho e forma das cavidades entre as palhetas

Condições de temperatura e pressão da sucção e descarga

Capacidade (Q)

Carga é uma medida da altura de uma coluna líquida que a bomba seria

capaz de elevar (HEAD).

Carga da Bomba (H)

É a quantidade de energia mecânica específica (potência útil por unidade de peso do fluido em escoamento) que a bomba transfere ao fluido de trabalho.

Curva característica típica de uma bomba centrífuga

Curva Característica da Bomba

Car

ga d

a B

omba

, H

Vazão Volumétrica, Q

Efi

ciên

cia

%

Curva dePotência

Pot

ênci

a -

CVCurva de

Eficiência

CurvaCaracterística

Fatores que modificam as curvas características

Os principais fatores são:

efeito da mudança da rotação nas curvas características.

efeito da mudança de diâmetro do impelidor nas curvas características.

efeito da natureza do líquido nas curvas características.

efeito de alterações na geometria do impelidor nas curvas características.

efeito do tempo de serviço nas curvas características.

Este é um problema clássico de análise dimensional e semelhança física, pois

queremos determinar a influência das variáveis N (Ratação), D (diâmetro externo

do impelidor), (massa específica do fluido) e (viscosidade do fluido) nas

características de desempenho: Q (vazão), H (carga) e Pot (potência).

Quando se deseja selecionar uma bomba para efetuar determinado serviço, aplica-se a Equação de Bernoulli e calcula-se a carga requerida para a vazão de fluido que se deseja passar pelo sistema.

CARGA REQUERIDA PELO SISTEMA

Aplicando-se a equação acima para diferentes condições de vazão, obtêm-se a curva do sistema. Esta curva fornece a carga requerida para se fazer passar dada vazão pelo sistema.

LB

2hWZ

g2

v

g

P

1

2

5

2

28

D

QLf

ghL

Função de Re

LB hZg

PW

Fluido incompressível

Regime permanente

Fatores que modificam a curva do sistema

As demais alterações possíveis no sistema não são encaradas como fator de controle de vazão, como por exemplo: mudança de diâmetro das linhas; mudança na elevação do reservatório de sucção ou descarga; inclusão ou exclusão de acessórios na linha; modificação de lay-out das linhas. Para estas situações, a recomendação seria tratar o problema como um novo projeto.

5

2

28

D

QLf

gZ

g

PWB

Função de Re

Os principais fatores são:

natureza do líquido bombeado;

temperatura do líquido bombeado;

influência do nível de líquido – alturas estáticas de sucção e descarga;

pressões dos reservatórios de sucção e descarga;

características das tubulações e acessórios das linhas de sucção e descarga.

CARGA DA BOMBA x CURVA CARACTERÍSTICA

Plotando-se, em um mesmo gráfico, a Curva Característica da Bomba e a Curva do Sistema obtém-se, na intersecção, o ponto de trabalho que informa a vazão com que o sistema irá operar quando a ele for conectado aquela bomba. 

Curva Característica da Bomba

Ponto de Vazão NulaPonto de Operação: H=WB

Curva do Sistema

Car

gas

da B

omba

, H, e

Req

ueri

da, W

B

Vazão Volumétrica, Q

Altura manométricade trabalho

Vazão de trabalho

H

WB

QHg

Potconsumida

O esquema abaixo ilustra o processo de transferência de energia para o

fluido de trabalho, em uma bomba:

Bomba

potência dissipada em perdas viscosas no interior da bomba: perdas hidráulicas ordinárias, perdas por choque, etc.

potência dissipada em perdas mecânicas: atrito em mancais, gaxetas, selos de vedação, etc.

potência disponibilizada pelo motor (elétrico, comb. interna, etc)

potência dissipada em perdas volumétricas

potência útil (efetivamente transferida ao fluido de trabalho)

Processo de transferência de energia para um fluido de trabalho

mH ,/sQ ,kg/ ,m/ 9,81 g se,HPgQH

mmsPot332

útil

745

Em [HP]

PERDAS E RENDIMENTOS EM UMA BOMBA CENTRÍFUGA

mH ,/sQ ,kg/ ,m/ 9,81 g se],watts[gQHgHm mmsPot332

útil

ALTERAÇÕES DO PONTO DE TRABALHO

Para alterar-se o ponto de trabalho, basta modificar-se a curva do sistema ou a curva característica da bomba.

• fechamento parcial de uma válvula;

• alteração nas pressões dos reservatórios;

• mudança do diâmetro das linhas;

• alteração nas cotas dos níveis de líquido nos reservatórios; ou

• mudança no traçado das linhas.

A curva do sistema pode ser alterada por:

LB hWZg

v

g

P

2

2

onde:

gD

vLfh e

L 2

2

CAVITAÇÃO (Conceituação Clássica)

Se a pressão em qualquer ponto de um sistema de bombeamento de um líquido cair abaixo de sua pressão de vapor, na temperatura de bombeamento, parte deste liquido se vaporizará.

Estas bolhas de vapor formadas, ao atingirem regiões de maior pressão, sofrerão um colapso repentino, retornando à fase líquida. Este colapso repentino provoca o aparecimento de ondas de choque, gerando o fenômeno conhecido como:

CAVITAÇÃO

O que acarreta o fenômeno de Cavitação?

• Como a pressão de saída da bomba é, em geral, maior que a pressão

atmosférica, podemos afirmar que haverá a condensação do fluido que

foi convertido para vapor em sua entrada. Portanto, teremos um aumento

na energia dissipada e, como potência é energia por unidade de tempo,

haverá um aumento na potência dissipada, o que irá provocar uma

DIMINUIÇÃO DO RENDIMENTO DA BOMBA!!

•Poderemos ter, ainda, uma diminuição do tempo vida da máquina, isto

devido a eventual EROSÃO dos materiais que constituem a bomba.

• Surgem também BARULHO E VIBRAÇÕES INDESEJÁVEIS!!

Locais mais prováveis de ocorrer de Cavitação

• Restrições de área;

• Turbinas;

• Agitadores mecânicos;

• Hélices de embarcações;

• etc;

A probabilidade de ocorrer CAVITAÇÃO é maior nos locais onde há um aumento de velocidade do líquido, uma vez que isto acarreta uma diminuição da pressão local.

Em bombas centrífugas, a cavitação normalmente ocorre na entrada (olho) do impelidor, porque, neste ponto, o fluido possui energia mínima, já o mesmo não recebeu ainda energia do impelidor e está com sua energia reduzida devido à perda de carga na linha de sucção e na entrada da bomba.

Evitando a Cavitação na Entrada de Bombas

Necessariamente: Pe > Pvapor logo, poderemos evitar a cavitação se trabalharmos com o maior Pe possível. Para isso:

1. Diminuir a perda de carga antes da bomba:• aumentar o diâmetro de sucção (afeta também f e v);• diminuir o comprimento equivalente da tubulação antes da bomba (por

exemplo, melhorar o traçado, reduzindo os acidentes acidentes);• diminuir a vazão (nem sempre possível, por razões de processo);• aumentar a pressão no tanque.2. Aumentar o nível de líquido no tanque.

LBAeAeAe hWZZ

g

vv

g

PP

2

22

LAAe ghgZv

PP

2

2

gD

vLfh e

L 2

2

e

Ze = 0

A

e

NPSHrequerido

É a quantidade mínima de energia que deve existir no flange de sucção da bomba, acima da pressão de vapor, para que não ocorra

cavitação.

(fornecido pelo fabricante)

NPSHdisponível

É a energia disponível no flange de sucção de uma bomba instalada em um dado sistema, acima da pressão de vapor do

líquido bombeado.

(calculado pelo projetista )

NPSH - APLS

NPSH (Net Positive Suction Head) ou APLS (Altura Positiva Líquida de Sucção)

CONDIÇÃO PARA QUE NÃO OCORRA CAVITAÇÃO:

NPSHdisponível > NPSHrequerido

NPSHdisponível NPSHrequerido + 0,61 mNa prática, faz-se:

É necessário bombear um líquido com propriedades

semelhantes a da água, a uma vazão de 275 gal/min contra

uma altura manométrica de 72 ft. Especificar a bomba:

Modelo da Bomba : 3 x 4 -10

O 10 n0 é o diâmetro da linha de sucção: 3 in

O 20 n0 é o diâmetro da linha de descarga: 4 in

O 30 n0 é o diâmetro máximo do rotor: 10 in

Diâmetro do rotor lido na curva característica da bomba:9 in

Eficiência: 66 %

NPSH r = 4,7 ft

Potência: 7 ½ HP

Necessita de uma bomba para operar nas seguintes condições :

No almoxarifado tem uma bomba sem uso com uma placa com as seguintes

indicações :

A bomba do almoxarifado poderá ser usada nas condições exigidas na

operação?

Necessita de uma bomba para operar nas seguintes condições :

No almoxarifado tem uma bomba sem uso com uma placa com as seguintes

indicações :

Na curva característica para 300 gal/min e 70 ft, a bomba precisaria de um rotor

de diâmetro de 9 in, um motor de 10 HP e um NPSH r = 5 ft

Seriam necessários um novo rotor e motor

ASSOCIAÇÃO DE BOMBAS   ASSOCIAÇÃO EM SÉRIE: objetiva um aumento da carga manométrica. Essa solução, normalmente, só é utilizada quando o valor da altura manométrica ultrapassa os valores alcançados pelas bombas multiestágio.

Devemos notar que a carcaça e o flange de sucção de cada estágio deve ser suficientemente resistente para suportar a pressão desenvolvida.

Neste caso, a descarga da bomba é conectada à sucção da seguinte de modo que a vazão será a mesma em todas as bombas, enquanto que a pressão de descarga desenvolvida será a soma de cada uma das unidades (na associação e não sozinhas).

ASSOCIAÇÃO DE BOMBAS   ASSOCIAÇÃO EM SÉRIE: objetiva um aumento da carga manométrica. Essa solução, normalmente, só é utilizada quando o valor da altura manométrica ultrapassa os valores alcançados pelas bombas multiestágio.

Devemos notar que a carcaça e o flange de sucção de cada estágio deve ser suficientemente resistente para suportar a pressão desenvolvida.

Neste caso, a descarga da bomba é conectada à sucção da seguinte de modo que a vazão será a mesma em todas as bombas, enquanto que a pressão de descarga desenvolvida será a soma de cada uma das unidades (na associação e não sozinhas).

Q1

2

H

Q1

H1,1

H2,1

Pares ordenados da curva característica da associação:

Vazão Carga

Q1 HT,1= H1,1 + H2,1

Q2

H1,2

H2,2Q2 HT,2= H1,2 + H2,2

Q3

H1,3

H2,3

Q3 HT,3= H1,3 + H2,3

Bombas em Série

A curva característica da associação é obtida pela soma das cargas correspondentes para os mesmos valores de vazão.

HT

Curva do sistema

Ponto de Operação da

associação

Cada bomba irá operar com: Vazão = Q e H = HT/2

Cada bomba irá operar com: Bomba 1 : Vazão = Q e H1 Bomba 2 : Vazão = Q e H2

Ponto de Trabalho: (Q,HT) Ponto de Trabalho: (Q,HT)Q Q

Bombas em Série

ASSOCIAÇÃO DE BOMBAS

  ASSOCIAÇÃO EM PARALELO: objetiva um aumento da vazão

Utilizada quando a vazão exigida é muito elevada ou quando a mesma pode variar muito.

Apresenta como vantagem o fato de que, caso ocorra uma falha em uma das

bombas, a vazão seria apenas reduzida, ou melhor, ela não seria zerada.

No caso de grandes variações de vazão, apresenta a flexibilidade de poder-se retirar

uma ou mais bombas de operação, pois, caso se optasse em uma única bomba de

grande porte, quando se necessitasse operar a baixas vazões, isto implicaria em

baixas eficiências.

Q

H

Pares ordenados da curva característica da associação:

VazãoCarga

H1 QT,1= Q1,1 + Q2,1

H2 QT,2= Q1,2 + Q2,2

H3 QT,3= Q1,3 + Q2,3

Q1,2 Q2,2

12

H1

H2

Q1,1 Q2,1

H3

Q1,3 Q2,3

Associação em Paralelo

   A curva característica da ASSOCIAÇÃO EM PARALELO para um dado H é

QT = Q1 + Q2

Curva do sistema

Ponto de Operação da

associação

Ponto de Trabalho: (QT,H) Ponto de Trabalho: (QT,H)

Cada bomba irá operar com: Carga = H e Q1=Q2 = QT/2

Cada bomba irá operar com: Bomba 1 : Vazão = Q1 e H ,Bomba 2 : Vazão = Q2 e H

Ponto de operação

caso apenas uma bomba

opere

Ponto de operação

caso apenas uma bomba

opere

ou

Associação em Paralelo

Este procedimento deve ser corrigido para incorporar a perda de carga introduzida na associação, isto é, entre os pontos de bifurcação do sistema.

h que pode ser perdido por atrito

h que pode ser perdido por atrito

h perdido com tubulação de 10 in

h perdido com tubulação de 10 inh que pode ser perdido por atrito