BOMBAS

ÍNDICE

1. Introdução.............................................................................................................. 04

2. Classificação das bombas……………….............................................................. 04

2.1 Classificação quanto ao deslocamento............................................................ 07

2.1.1 Bombas de Deslocamento Positivo ou Volumétricas.......................... 07

2.1.2 Bombas de Deslocamento Não-Positivo ou Dinâmicas....................... 10

2.1.2.1 Bombas centrífugas..................................................................... 10

2.1.2.2 Vantagens e Desvantagens das Bombas Centrífugas.................... 16

3. Componentes de uma Bomba Centrífuga............................................................. 17

3.1 Mancais........................................................................................................... 17

3.2 Anel de Desgaste ………………………................................................ 17

3.3 Luva protetora de eixo.............................................................................. 18

3.4 Anel Cadeado............................................................................................ 18

4. Selagem da Bomba............. …………………................................................ 19

4.1 Selagem por gaxetas.................................................................................. 19

4.2 Selo Mecânico........................................................................................... 20

5. Funcionamento de uma Bomba Centrífuga.................................................... 23

5.1 Cavitação.................................................................................................. 23

5.2 Verificação pelo NPSH............................................................................ 24

6. Curvas Características.................................................................................... 27

7. Relações Fundamentais das bombas.............................................................. 30

8. Associação de Bombas.................................................................................. 32

8.1 Bombas Associadas em Série................................................................... 32

8.2 Bombas Associadas em Paralelo............................................................... 33

9. Performance da Bomba com líquidos viscosos.............................................. 35

10. Referências Bibliográficas............................................................................. 36

1. Introdução Todos os processos industriais que sustentam nossa civilização incluem a

transferência de líquido a partir de um nível de pressão ou energia estática para

outro e, como resultado, as bombas se tornaram uma parte essencial de todos os

processos industriais. Assim, o presente trabalho tem como proposta a análise de

bombas, tipos, características de desempenho e acionamento, com ênfase nas

bombas centrífugas.

As bombas são máquinas geratrizes, que transformam energia mecânica em

energia hidráulica. As bombas hidráulicas realizam esse tipo de serviço acionadas

2

por motores elétricos, estacionários, cujo rotor converte a energia mecânica,

fornecendo-a ao fluido, a fim de recalcá-lo.

No mercado podemos encontrar uma grande variedade de bombas, devido à

grande variação de processos e os requisitos distintos de cada aplicação. Sendo

os tipos mais básicos relatados abaixo, embora existam muitas variações destes

tipos básicos.

2. Classificação das Bombas

Quanto à trajetória do fluido

a) Bombas centrífugas ou radiais : trabalham com pequenas vazões a

grandes alturas. Neste tipo, o líquido penetra no rotor axialmente, e a

pressão é comunicada pela força centrífuga e pela ação de “sustentação”

das pás.

Corte esquemático de uma bomba centrífuga típica

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

Normalmente só possuem um estágio. As trajetórias das partículas líquidas

começam paralelamente ao eixo e se transformam em hélices cilíndricas.

3

c) Bombas de fluxo misto: quando a direção do fluido bombeado é, em geral,

inclinada em relação ao eixo de rotação, caracterizadas por trabalhar com

médias vazões a médias alturas. Foram desenvolvidas para as aplicações

que requerem rotações específicas intermediárias (entre as das bombas

centrífugas e das de fluxo axial).

Quanto ao posicionamento do eixo

a) Bomba de eixo horizontal: mais utilizado

b) Bomba de eixo vertical (para espaços horizontais restritos e/ou sujeitos a

inundações e bombas submersas em geral).

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Quanto à posição do eixo da bomba 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

2.1 Quanto ao DeslocamentoAs bombas podem ser de :

Deslocamento positivo Deslocamento não-positivo

2.1.1 Bombas de Deslocamento Positivo

Bombas de Deslocamento Positivo ou Volumétricas: São bombas normalmente

utilizadas em circuitos hidráulicos que acionam atuadores lineares ou rotativos

(cilindros ou motores hidráulicos) para movimentação de carga.

Nessas bombas existe uma vedação mecânica separando a entrada da saída e

isso acaba impedindo ou dificultando o vazamento interno, que é a possibilidade

de recirculação interna do fluido.

5

As bombas de deslocamento positivo são divididas em dois tipos: alternativas e

rotativas e podem ser de deslocamento fixo (Q=cte) ou de deslocamento variável.

Ex.: Bombas alternativas (êmbolo, pistão, diafragma); Bombas Rotativas

(engrenagens, palhetas, pistões radiais, pistões axiais, rotores lobulares), sendo

as mais utilizadas.

Bombas alternativas

Nas bombas alternativas o líquido recebe a ação das forças de um pistão ou

êmbolo ou de um diafragma. 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 uma válvula de

aspiração e mantém fechada a de recalque. No curso de descarga, o êmbolo

exerce forças sobre o líquido, impelindo-o para o tubo de recalque, provocando a

abertura da válvula de recalque e mantendo fechada a de aspiração. Estas

bombas são auto-escorvantes e podem funcionar como bombas de ar, fazendo

vácuo se não houver líquido a aspirar. Dentre outras vantagens estão: sucção

mais fácil, mais adequadas para altas pressões e baixas vazões, para fluidos

muitos viscosos etc. Porém operam com baixa velocidade e precisam de mais

manutenção.

Bomba de palhetas

6

A bomba de palhetas normalmente é constituída de uma carcaça que define o

estator e de um rotor excêntrico em relação à carcaça. No rotor existem ranhuras

onde se alojam as palhetas. Quando a bomba é acionada, as palhetas são

lançadas ao encontro do estator por ação de pressão de fluido e por forças

centrífugas formando câmaras crescentes na sucção e decrescentes no recalque.

Nesse tipo de bomba temos o aparecimento inconveniente de uma força radial

denominada desbalanceadora, pois do lado do recalque a pressão do sistema é

alta e na superfície oposta a pressão de sucção é baixa. Além disto, podem ser de

descarga constante (mais comuns) e de descarga variável ,e a vazão depende

das dimensões, da excentricidade e da rotação.

Bombas rotativas de engrenagens

Essas bombas apresentam rodas dentadas, sendo uma motriz, acionada pelo

eixo, que impulsiona a outra, existindo folgas axial e radial vedadas pela própria

viscosidade do óleo. Ao entrar, o fluido consegue alcançar a seção de saída da

bomba e segue pelos vãos entre os dentes das engrenagens. O engrenamento

deveria impedir o retorno do fluido, no entanto, devido à pressão e à pequena

folga existente, há o retorno de uma quantidade mínima de fluido que recircula

pela bomba. Esse vazamento interno acaba sendo benéfico, pois lubrifica o

engrenamento, evitando o desgaste prematuro das peças. À medida que a

pressão vai aumentando, vai aumentando também a quantidade de fluido que

recircula, diminuindo a vazão efetiva fornecida pela bomba.

7

Esquema de uma bomba de engrenamento externo.

Características das Bombas Rotativas

- eficientes para fluidos viscosos

- fornecem vazões quase constantes

- operam em faixas moderadas de pressão

- capacidade pequena e média

2.1.2 Bombas de Deslocamento Não-Positivo

Bombas de Deslocamento Não-Positivo ou Dinâmicas

São bombas normalmente utilizadas nas instalações hidráulicas para o

transporte de fluidos. Diante disso a importância da vazão aumenta e reduz a

pressão em relação às bombas de deslocamento positivo. Exemplos: centrífuga

radial, centrífuga helicoidal, centrífuga diagonal, axial.

2.1.2.1 Bombas Centrífugas

8

As primeiras bombas centrífugas foram desenvolvidas por volta de 1600. No

entanto, a utilização desta bombas só se tornou comum nos últimos 80 anos.

Antes disto, era mais comum o uso de bombas volumétricas.

Com o desenvolvimento de motores de combustão interna e elétricas de alta

velocidade, tornou-se possível a maior utilização de bombas centrífugas. Seu

rendimento também foi melhorado, sendo comum encontrarmos, hoje, bombas

centrífugas de grande capacidade com rendimento próximo a 90%.

A figura abaixo é um diagrama simplificado de uma bomba centrífuga típica que

mostra os locais da sucção da bomba, rotor, voluta e descarga. As bombas

centrífugas consistem basicamente de uma câmara fechada, carcaça, dentro da

qual gira uma peça, o rotor, que possui um conjunto de palhetas que impulsionam

o líquido através da voluta. O fluido entra nas vizinhanças do eixo do rotor e é

lançado para a periferia pela ação centrífuga. A carcaça é a parte da bomba onde,

no seu interior, ocorre a conversão de energia cinética em energia de pressão. A

voluta é tipo um funil encurvado, carcaças desse tipo proporcionam uma carga

mais alta, como aumenta a área no ponto de descarga, a voluta reduz a

velocidade do líquido e aumenta sua pressão. Um dos principais propósitos de

uma carcaça em voluta é ajudar a equilibrar a pressão hidráulica no eixo da

bomba. O líquido é então descarregado a partir da bomba através da conexão de

descarga.

9

Bomba Centrífuga

Bombas centrífugas também podem ser construídas de uma forma que resulta

em duas volutas distintas. As bombas deste tipo são chamadas de bombas de

dupla voluta. Consiste em se colocar uma divisória dentro da própria voluta,

dividindo-a em dois condutos a partir de 180º do início da voluta externa. Em

algumas aplicações a dupla voluta minimiza forças radiais transmitidas ao eixo

devido a desequilíbrios na pressão ao redor do rotor. Bombas de simples e dupla

voluta são mostradas na figura abaixo.

Voluta simples e dupla

Algumas bombas centrífugas contém difusores. Um difusor é um conjunto de

palhetas estacionárias que envolvem o impulsor. Essas pás conduzem o líquido

em canais com sessões gradativamente crescentes até chegar ao bocal de

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descarga com energia cinética transformada em energia de pressão. Esse tipo de

carcaça tem a desvantagem de trabalhar com vazão permanente.

Bomba centrífuga difusora

As bombas centrífugas podem ter um rotor ou vários rotores. Quanto ao

número de rotores, as bombas podem ser de estágio único ou de múltiplos

estágios, esta é utilizada para médias e grandes alturas manométricas, reduz as

dimensões e melhora a eficiência. As bombas centrífugas de simples estágio por

conter apenas um rotor, o fornecimento de energia ao líquido é feito em um único

estágio (constituído por um rotor e um difusor). Apresentam como desvantagens

dimensões excessivas e correspondente custo elevado, e baixo rendimento.

Bomba centrífuga de simples estágio.

Bomba centrífuga de multiestágios.

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Podem ainda ser de simples sucção (utilizada em pequenas unidade) ou dupla

sucção (rotor gêmeo), este proporciona uma área de sucção maior, o que permite

trabalhar com uma menor altura positiva na sucção; rotor fechado, semi-aberto ou

aberto, eixo horizontal ou vertical. Os rotores fechado, aberto e semi-aberto são

utilizados em função da viscosidade ou do tipo do líquido. No rotor fechado as pás

são protegidas, há uma tampa dianteira e uma tampa traseira, é normalmente

usado para líquidos sem partículas em suspensão. Já o rotor aberto tem a

vantagem de trabalhar com líquidos com sólidos em suspensão, porém, sofre

maior desgaste. Enquanto que, no semi-aberto, uma parede no rotor preveni que

matéria estranha se aloje no rotor e prejudique a operação. O rotor fechado é o

melhor, pois as tampas dificultam a recirculação, que indo do bordo de saída das

pás em direção à entrada do rotor, aumenta com o desgaste das peças e

prejudica o rendimento volumétrico das bombas. As figuras abaixo ilustram

rotores de simples sucção e dupla sucção, e exemplos de rotores fechado, semi-

aberto e aberto.

Rotores Radiais de simples sucção e dupla sucção.

12

Rotores fechado, semi-aberto e aberto.

Quanto ao formato das pás, existem 3 tipos, caracterizados pelo ângulo de saídas

das pás β2.

Formato das pás.

Quando β2<90 º são os rotores com pás voltadas para trás, β2=90 º são os rotores

com pás radiais e β2<90 º são os rotores com pás voltadas para frente.

Na maioria dos casos utiliza-se centrífuga com ângulo de saída da palheta β2<90 º

, dessa forma energizam o líquido mais sob forma de pressão que de velocidade,

apresentam um bom rendimento, porque as perdas por atrito são pequenas.

Ângulo de saída igual a 90º utiliza-se em poucos casos práticos, pois não são

ideias sob o ponto de vista de rendimento, apesar de serem fáceis de construir.

Quanto à trajetória do fluido, a bombas centrífugas podem ser classificadas em:

bombas centrífugas de fluxo axial, nelas toda energia cinética é transmitida à

massa líquida por forças puramente de arrasto. Embora conhecidas como

bombas centrífugas, no seu princípio de funcionamento não se verifica o efeito da

ação centrífuga. As de fluxo radial toda energia cinética é obtida através do

desenvolvimento de forças puramente centrífugas e quanto as bombas

centrífugas de fluxo misto, parte da energia fornecida à massa líquida é de origem

centrífuga e parte devido à força de arrasto. O ângulo de saída, em relação à

entrada, é entre 90º e 180º.

13

2.1.2.2 Vantagens e Desvantagens das Bombas Centrífugas

Vantagens:

Ausência de válvulas

Construção simples

Baixo custo

Permite bombear líquidos com sólidos

Ausência de ponto morto

Operação silenciosa (depende da rotação)

Vazão uniforme

Desvantagens:

Não servem para altas pressões

Necessidade de escorva

Aspiração difícil

A máxima eficiência da bomba ocorre dentro de um curto intervalo de

condições

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3. Componentes da Bomba centrífuga

As bombas centrífugas variam em projeto e construção de bombas simples,

com poucas peças para as bombas com centenas de peças individuais. Alguns

dos mais comuns componentes encontrados em bombas centrífugas além dos já

citados como rotor e difusor, são: mancais, anéis de desgaste, caixa de selagem

(gaxetas ou selos mecânicos), luva protetora de eixo, anel cadeado ou anel de

lanterna etc.

3.1 Mancais

Os mancais tem a função de suportar o peso do conjunto girante, forças radiais e

axiais que ocorrem durante a operação. Os mancais radiais suportam as forças

radiais, enquanto os mancais axiais suportam as forças axiais.

3.2 Anel de Desgaste ou de Vedação

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Num rotor fechado, o fluido que entra na bomba passa pelos canais do rotor e é

lançado no caracol. No entanto, devido ao aumento da pressão na saída do rotor,

o fluido buscará outras opções de saída.

Aproveitando a folga existente entre o rotor e a carcaça, uma parte do fluido

acaba passando por fora do rotor, ou seja, entre a tampa dianteira do rotor e a

carcaça e, se não for impedido, acaba entrando novamente no rotor. Essa

recirculação é prejudicial, pois o rotor acaba fornecendo energia para uma vazão

um pouco maior que a vazão recalcada, prejudicando o rendimento volumétrico

da bomba. Assim, coloca-se um anel de desgaste que minimiza esta recirculação.

Vale ressaltar que os rotores semi-abertos e abertos não utilizam anéis de

desgaste, pois a recirculação é livre, entretanto, o rendimento da bomba diminui.

3.3 Luva Protetora de Eixo

A luva protetora de eixo tem como função proteger o eixo do desgaste que

representa a selagem por gaxetas, assim, depois de certo tempo, troca-se a luva

e não o eixo. Para que a luva fique solidária ao eixo ela é travada numa

extremidade pela ponta da chaveta e para que não passe fluido por dentro é feita

a vedação através de um anel tipo “o-ring”.

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3.4 Anel Cadeado

É um anel que possui furações que permitem que o fluido seja conduzido. O anel

é ligado a um canal na parte de pressão da bomba por onde o fluido passa e é

distribuído, tanto para lado da gaxeta quanto para o lado do rotor, mantendo

assim a lubrificação das gaxetas.

4. Selagem da Bomba

Para o bom funcionamento de uma bomba um componente fundamental é a

selagem, que pode ser feita de várias formas.

Quando uma bomba opera, o líquido pode vazar para fora da bomba ,o fluido

que passa pela folga entre a carcaça e o rotor, migrando para a parte traseira do

rotor, tentará escapar aproveitando a rotação do eixo que liga o rotor ao motor

elétrico. Para evitar a saída do fluido é feita a selagem da bomba. A selagem pode

ser feita tradicionalmente por gaxetas ou por selo mecânico.

4.1 Selagem por Gaxetas

É o método mais antigo para controlar este tipo de vazamento. Caracteriza-se

por ser um elemento flexível, elástico e macio, com boa resistência mecânica. São

comercializadas em rolos, e devem ser posicionadas em um alojamento na

carcaça denominado caixa de gaxetas, que são prensadas pelo prensa-gaxeta. É

conveniente que a gaxeta seja de medida ligeiramente inferior à folga, pois ao

apertar o prensa-gaxetas, esta se ajustará perfeitamente.

As gaxetas asfixiam os fluidos. Maiores os apertos nas gaxetas, menores são

os vazamentos, mas sempre devem ser permitidos vazamentos visíveis, parar

17

que as gaxetas não se queimem e não gastem excessivamente os eixos, ou luvas

protetoras dos eixos.

As gaxetas podem trabalhar com todos os tipos de fluidos, tais como: água,

vapor, ácidos cáusticos, óleos, solventes, gases, gasolina etc, em amplas faixas

de pressões e temperaturas. Elas podem ser fabricadas de várias formas:

retorcidas (conjunto de fios retorcidos), capa sobre alma (capa trança sobre alma

de fios torcidos), entrelaçadas etc.

Gaxetas alojadas entre um eixo e um mancal e a sobreposta.

4.2 Selo mecânico

Uma método comum alternativo para vedação é a selagem mecânica. Os selos

mecânicos são dispositivos mecânicos de forma cilíndrica, de alta tecnologia que

elimina e previne vazamentos de fluidos sob pressão na caixa de selagem, de

bombas centrífugas, bombas hidráulicas. Consistem de duas partes básicas, um

elemento rotativo ligado ao eixo da bomba e um elemento estacionário ligado ao

corpo da bomba, geralmente chamadas de sede e anel de selagem. Cada um

destes elementos tem uma superfície de vedação altamente polido. As faces

polidas dos elementos rotativos e fixos entram em contato para formar uma

vedação que impede o vazamento ao longo do eixo.

Quanto à posição em relação à caixa de selagem, o selo mecânico pode ser

interno ou externo. O selo mecânico interno é montado dentro da caixa de

selagem, ao passo que o externo é montado fora da mesma. Os selos mecânicos

internos são vantajosos porque a hidráulica mantém todos os seus componentes

em compressão e não em tensão, facilitando a lubrificação e aumentando a vida

útil. O selo mecânico externo é de fácil montagem, não há necessidade de abrir a

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caixa de selagem para remover ou ajustar o selo, uma vez que o mesmo fica

completamente exposto à atmosfera, porém a hidráulica o mantém sob tensão,

dificultando a lubrificação.

Temos ainda os selos mecânicos balanceados e os não balanceados. Os

balanceados geralmente requerem degraus no eixo/luva, além de componentes

mais complicados. O selo mecânico balanceado permite um gradiente de pressão

hidráulica através das faces de contato, o que anula uma parte da carga facial.

Sua aplicação é recomendada quando a combinação fluido, velocidade,

temperatura e pressão acarreta numa lubrificação pobre. Por outro lado, se as

características térmicas permitem uma boa lubrificação entre as faces de contato,

é mais prático o uso de um selo mecânico não balanceado.

Os selos mecânicos são utilizados com vantagens em relação às gaxetas, entre

elas estão: não permitem vazamentos, podem trabalhar sob pressões e

temperaturas elevadas e grandes velocidades, manutenção mínima, além de

permitir a vedação de produtos tóxicos e inflamáveis. Porém seu custo de

instalação é relativamente alto.

Selo mecânico

Comparação entre Gaxeta (convencional) e Selo Mecânico:

19

- a gaxeta restringe o vazamento, enquanto que o selo mecânico elimina o

vazamento;

- custo inicial – gaxetas: baixo, selo: alto;

- trocas estimadas – gaxetas: 3 meses, selos: 12 meses;

- água de selagem (média) – gaxetas: 0,3m³/h, selos (vaporização): 0,03m³/h;

- mão de obra especializada – gaxetas: não, selos: sim;

Conforme estudos realizados pela API (American Petrol Institute) em 1970,

comprovou-se definitivamente ser o selo mecânico muito mais vantajoso que a

gaxeta, sob todos os aspectos, como mostrado abaixo:

20

5. Funcionamento da Bomba Centrífuga

A operação incorreta de bombas centrífugas pode resultar em danos à bomba e

perdas significativas no sistema o qual a bomba foi instalada.

Muitas bombas centrífugas são projetadas de forma a operar continuamente

por meses ou até anos. Estas bombas dependem do líquido bombeado

( viscosidade, temperatura, densidade), da altura manométrica total e das

condições de sucção. Se o fluxo através da bomba é interrompido enquanto a

bomba ainda está em funcionamento, a bomba pode rapidamente danificar-se.

Portanto, é essencial o conhecimento desse fenômeno, principalmente suas

causas, efeitos e meios de previsão e controle.

5.1 Cavitação

O fenômeno da cavitação consiste na vaporização do fluido que acontece

quando a pressão de um escoamento diminui, por qualquer motivo, e alcança a

pressão de vapor, correspondente a sua temperatura. As bolhas provenientes da

vaporização quando são levadas para uma região de maior pressão colapsam

abruptamente, gerando inconvenientes como ruído e vibrações, alteração das

curvas características devido à diferença de volume específico entre o líquido e o

vapor, além da retirada de material da superfície onde ocorrem as implosões,

causando principalmente, dependendo da duração e intensidade, a erosão do

rotor. Se uma bomba opera sob condições de cavitação por um longo período de

tempo, o desgaste resultante pode assumir proporções tais que partículas de

metal soltam-se do seu rotor, conforme pode se observar na figura abaixo.

21

Rotor de bomba centrífuga danificado pela cavitação

Métodos para evitar a cavitação serão apresentados nos parágrafos seguintes.

A proteção contra a cavitação deve começar pelo projeto hidráulico do sistema

a fim de evitar, se possível, baixas pressões. Se isto não for possível, o emprego

de materiais resistentes à cavitação ou de revestimentos especiais pode ser uma

medida eficaz. A resistência de materiais à corrosão por cavitação é determinada

em ensaios de laboratório, quando os corpos de prova, pesados inicialmente, são

colocados num difusor onde se medem a pressão e a velocidade da água.

Decorrido certo tempo, mede-se a perda de material por diferença na pesagem do

corpo de prova. Esta perda define a resistência ao desgaste por cavitação.

Pequenas quantidades de ar injetadas em sistemas hidráulicos tem reduzido

bastante os efeitos da cavitação e estudos recentes indicam que a proteção

catódica é útil.

5.2 Verificação pelo “NPSH”

Existe um método seguro para verificarmos se uma bomba cavitará ou não. Tal

método conta com a colaboração do fabricante, que, através do ensaio da bomba,

indica quanta energia o fluido deve ter na entrada e chegar ao rotor sem ter

cavitado no caminho. Para tanto, utiliza uma grandeza denominada “NPSH”. As

causas da cavitação estão ligadas ao mau dimensionamento da linha de sucção e

do NPSH requerido pelo sistema.

22

NPSH = “Net Positive Suction Head” = Valor positivo da carga de sucção.

Assim, temos:

- NPSHr => requerido pela bomba e fornecido pelo fabricante

- NPSHd => disponível da instalação e calculado pelo projetista

- Teoricamente, se NPSHd ≥ NPSHr, não haverá cavitação.

Apesar de que a igualdade entre os dois, definida teoricamente, não é

considerada como cavitação, na prática, para evitar erros, recomenda-se que

exista uma diferença de pelo menos 0,5 m. Assim, se NPSHd≥ NPSHr + 0,5 m, a

não cavitação é mais garantida.

O NPSH é a carga positiva, retirada a condição limite (pv/γ ) que o fluido tem na

seção de entrada de uma bomba, para enfrentar todas as dificuldades no caminho

entre o flange da bomba e a entrada das pás, atingindo este local sem ter

cavitado. Se haverá cavitação ou não dependerá da exigência da bomba, pois o

NPSHr representa a mínima carga positiva necessária, retirando o mesmo limite

(pv/γ ¿, ou o “tamanho do prejuízo” (em “m”) que acontece no bocal. Assim, se o

valor do “saldo” é maior do que o do “débito”, o fluido passa com folga, mas caso

não seja maior, cavitará no meio do caminho.

O NPSHd é uma característica do sistema o qual a bomba opera, e da pressão

disponível do líquido no flange de sucção da bomba.

Representação gráfica do NPSHr

23

Potência

A energia hidráulica fornecida pela bomba é a potência da bomba transmitida pelo

líquido bombeado, função da altura manométrica total e do peso específico do

líquido bombeado num certo perpiodo de tempo.

P=Q .Hm.γ367

Onde,

Q = Vazão, em m³/h.

Hm = Altura manométrica, em metros.

P = Potência, em kW.

γ = Peso específico, em Kg/L.

24

Potência absorvida. Se o desempenho da bomba, incluindo as perdas de energia

for conhecido, a potência absorvida ou potência no eixo consumida pela bomba

em um ponto de operação pode ser encontrada através da seguinte fórmula:

Pab=Q .Hm.γ

367 .η , onde η é o rendimento, em %.

Nas bombas centrífugas, o rendimento varia com a vazão e com a altura de

elevação.

6. Curvas Características

Curvas de Desempenho

A vazão e a pressão necessária de qualquer instalação podem ser definidas

com o axulío da curva do sistema. Os fabricantes de bombas tentam adequar a

curva do sistema, fornecida pelo usuário, com a eficiência de uma bomba que

atenda estas necessidades mais próximas possível. Um sistema de

bombeamento opera no ponto de intersecção da curva da bomba com a curva do

sistema. Tal ponto é denominado ponto de operação ou de trabalho da bomba.

Vários fatores podem alterar esse ponto operacional, como abrir ou fechar

parcialmente a válvula de descarga, variar a pressão nos reservatórios, alterar a

cota dos líquidos ou mudar o diâmetro das linhas.

Para uma bomba centrífuga executada a uma velocidade constante, a altura, a

potência absorvida, e, portanto, o rendimento, assim como o NPSHr , são funções

da vazão. Dessa forma essas curvas servem para descrever as características

operacionais de uma bomba, relacionando as variáveis citadas acima.

25

No catálogo de um fabricante, para cada bomba é fornecido um conjunto de

curvas características. Entretanto, a característica principal é a variação da carga

em relação à vazão.

Representação gráfica de uma curva característica da bomba

De acordo com o traçado H x Q as curvas características podem ser classificadas

em:

Flat – altura manométrica mantém-se constante para uma grande faixa da vazão;

Steep – curva íngreme, head reduz-se bruscamente com o aumento da vazão;

Rising – decaimento constante, head reduz-se continuamente com o aumento da

vazão;

26

Tipos de curvas característica.

Abaixo a figura mostra as curvas do sistema e da bomba.

Em relação à curva da instalação, para a vazão nula (Q=0), temos a mínima

carga necessária representada pela altura estática de elevação. À medida que a

vazão aumenta, aumenta a necessidade de carga. Enquanto que, na curva da

bomba. À medida que dificultamos o caminho do fluido, seja com o fechamento

parcial de uma válvula, ou com uma tubulação muito extensa, ou ainda com várias

singularidades, a quantidade de fluido que consegue passar pela instalação

diminui (Q diminui), sendo necessária uma maior força de pressão para empurrá-

lo (HB aumenta) a fim de vencer os obstáculos. Se dificultarmos ao máximo este

caminho fechando totalmente uma válvula, por exemplo, a pressão vai aumentar,

a bomba fará o máximo esforço para empurrar o fluido e não conseguirá,

atingindo então o ponto de pressão máxima, que é o ponto de “shut-off” e o fluido

ficará recirculando dentro da bomba graças ao vazamento interno.

27

7. Relações Fundamentais das bombas centrífugas

Leis de Semelhança

O traçado das curvas características depende do raio do rotor (impulsor) e da

velocidade de rotação deste. A alteração destes dois parâmetros provoca

alterações nas curvas características. Na prática, existem muitas bombas

centrífugas com velocidade de rotação variável, elas possuem um mecanismo do

tipo, variador de frequências, que permite alterar a velocidade de rotação do seu

impulsor. Este procedimento é muito comum, pois é necessário, em muitos casos,

encontrar a vazão desejada ou os parâmetros de dimensionamento adequados.

Abaixo algumas relações com o diâmetro constante:

A vazão é diretamente proporcional à variação de velocidade.

Q2=Q1 .( n2

n1)

28

A altura manométrica é proporcional ao quadrado da mudança de velocidade.

H 2=H 1 .( n2

n1)

2

Efeito da variação do diâmetro do rotor com velocidade de rotação do rotor

constante:

Vazão Q2

Q1

=D2

D1

Carga Hidrostática H2

H1

=(D2

D1)

2

Potência P2

P1

=( D2

D1)

2

Controle da vazão pela rotação da bomba

As modificações da curva da bomba são obtidas de dois modos mais usuais:

1. Variar a rotação da bomba (rpm);

2. Variar o diâmetro do rotor da bomba;

Na medida em que a rotação da bomba varia surge um conjunto de curvas

paralelas, que representam a operação da bomba para a velocidade resultante

daquela rotação. Isto em nada afeta a curva do sistema.

29

Redução da velocidade da bomba

Potência consumida pela bomba varia com o cubo da rotação:

PP1

=( NN1 )3

A potência consumida pela bomba varia com o cubo da rotação, afetando o

motor que aciona a bomba em seu rendimento. Quanto menor a rotação menor a

potência no eixo da bomba e menor a potência de saída do motor.

8. Associação de Bombas em série e paralelo

Em uma instalação elevatória que deva operar com uma ampla gama de

variações de descarga e de pressão, pode vir a ser vantajoso instalar várias

bombas idênticas na elevatória. Estas bombas poderão ser instaladas em série ou

em paralelo. Entre as razões para a associação de bombas podemos citar razões

técnicas: quando um desnível elevado acarretar em um rotor de grande diâmetro

e alta rotação, e com isso altas acelerações centrífugas e dificuldades na

especificação de materiais. Razões econômicas: quando o custo de duas bombas

menores é inferior ao de uma bomba de maiores dimensões para fazer o mesmo

serviço.

8.1 Bombas Associadas em Série

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A associação de bombas em série é utilizada quando desejamos uma carga

manométrica elevada e desproporcional em relação à vazão. Devemos, nesse

caso, verificar se a carcaça da última bomba é suficientemente resistente para

suportar a pressão desenvolvida pela associação.

Quando associamos duas ou mais bombas em série, para uma mesma vazão,

a carga manométrica será a soma da carga manométrica fornecida por cada

bomba.

Associação de duas bombas iguais associadas em série:

Duas bombas diferentes associadas em série:

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8.2 Bombas Associadas em Paralelo

A associação de bombas em paralelo é empregada quando a vazão desejada é

muito grande e desproporcional em relação à carga, ou, em alguns casos, onde a

vazão necessária para a instalação varia muito.

No caso de vazão elevada, a utilização de bombas em paralelo dá segurança ao

sistema, pois mesmo que surja um problema com uma das bombas, a instalação

pode operar com as outras e não há o corte do fornecimento. No caso da

instalação operar com várias vazões, a simples retirada de uma ou mais bombas

do sistema dá flexibilidade ao mesmo, garantindo uma boa performance das

bombas utilizadas. Se tivermos somente uma bomba operando numa instalação,

a vazão também pode ser alterada, contudo, há prejuízo no rendimento, pois ela

não consegue trabalhar numa faixa muito ampla de vazões e manter bons

rendimentos.

Bombas iguais associadas em paralelo.

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9. Performance da Bomba com líquidos viscosos

A performance de bombas centrífugas é afetada quando lidando com líquidos

viscosos. Aumento na potência, redução na altura e redução na vazão ocorrem

com viscosidades moderadas e altas.

As equações abaixo são usadas para determinar a performance viscosa quando a

performance com água é conhecida.

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Os coeficientes de correção adimensionais: CH, CQ e CN são utilizados para fazer

as correções da carga, da vazão e do rendimento. Os gráficos de correção podem

ser utilizados para bombas centrífugas, mas não devem ser utilizados para fluidos

não-newtonianos, ou seja, fluidos que não obedecem à “Lei de Newton da

Viscosidade”, tais como: esgotos, pastas de papel, leite etc.

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