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LOQ4085– OPERAÇÕES UNITÁRIAS I
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
ENGENHARIA QUÍMICA
Profa. Lívia Chaguri
E-mail: [email protected]
Bombas – Parte 1
- Introdução
- Classificação
- Bombas sanitárias
- Condições ótimas de utilização
Profa. Lívia Chaguri
E-mail: [email protected]
Conteúdo
Comportamento de fluidos em movimentos:
Importante para engenharia de processos.
Constitui um dos fundamentos para estudo das operações
unitárias.
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Introdução
Fluidodinâmica – estudo dos fluidos em movimento.
Fenômenos importantes relacionados ao escoamento de
fluidos em tubulações (FTI).
Bombeamento – trata do movimento do fluido como um todo.
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Introdução
Bombas – máquinas que realizam trabalho sobre um fluido
para deslocá-lo.
Bombeamento utilizada para bombear líquidos, sólidos em
suspensão, borras e outros.
Bombeamento – trata do movimento do fluido como um todo.
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Introdução
Ventiladores, sopradores ou compressores – máquinas que se
destinam ao transporte de gases.
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Introdução
Formas de energia que o fluido pode receber
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Classificação de bombas
Cinéticas: força centrífuga de um elemento rotativo,
conhecido como rotor, fornece energia cinética ao fluido,
deslocando-o desde a sucção até a descarga da bomba.
Deslocamento positivo: uso de um ou mais pistões, ação
de compressão, desloca o fluido de uma área a outra
(deslocam porções de fluidos desde sucção até descarga).
Pressão da saída é controlada por válvulas de descarga.
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Classificação de bombas
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Classificação de bombas
Bomba centrífuga
A energia é fornecida continuamente ao fluido por
um rotor, que gira a alta velocidade fornecendo a
energia cinética ao fluido que depois é
transformada em energia de pressão.
O movimento do rotor produz uma
zona de vácuo (no centro) e outra
de alta pressão (na periferia).
O líquido é aspirado pela ação do
rotor que gira rapidamente dentro
da carcaça.
Carcaça
em voluta
Rotor
Sucção
Descarga
Palhetas
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Classificação de bombas
Bomba centrífuga: classificação
Classificadas segundo a direção principal do escoamento
no impulsor com respeito ao eixo de rotação:
i) Radial: é a centrífuga propriamente dita, líquido sai do
rotor radialmente à direção do eixo.
São as mais difundidas, indicadas para baixas vazões e
altas pressões
Potência consumida aumenta com a vazão.
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Classificação de bombas
Bomba centrífuga: classificação
Classificadas segundo a direção principal do escoamento
no impulsor com respeito ao eixo de rotação:
ii) Axial: é a propulsora, na qual o líquido sai do rotor com
direção axial em relação ao eixo.
Rotor é chamado de hélice.
Potência consumida é maior quando sua saída está
bloqueada.
Indicada para grandes vazões e alturas manométricas.
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Classificação de bombas
Bomba centrífuga: classificação
Classificadas segundo a direção principal do escoamento
no impulsor com respeito ao eixo de rotação:
ii) Misto: é a centrífuga-propulsora, na qual o líquido sai do
rotor com direção inclinada em relação ao eixo.
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Ação radial
Ação axial
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Classificação de bombas
Bomba centrífuga: tipo de entrada no líquido
Sucção simples: uma entrada do líquido no rotor;
Sucção dupla: duas entradas do líquido no rotor (entradas
simétricas em ambos os lados).
Nesse caso há melhor distribuição
dos esforços mecânicos, além de
proporcionar uma área
de sucção maior, o que permite
trabalhar com uma menor altura
positiva na sucção
(NPSH;Net Positive Suction Head)
e diminui a possibilidade de
cavitação. Impulsor de uma bomba
com sucção dupla
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Tipos de rotores
Fechado: Para líquidos sem partículas em suspensão.
Coroa circular presa ás pás.
Semi-aberto: Incorpora uma parede no rotor para
prevenir que matéria estranha se aloje no rotor e
interfira na operação. Sem coroa circular.
Aberto: Vantagem: bombear líquidos com sólidos
em suspensão. Desvantagem: desgaste. Sem coroa
circular.
Líquidos de baixa
viscosidade
Líquidos com
sólidos em suspensão:
lamas, pastas, esgotos
sanitários.
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Número de rotores:
Um rotor: Simples estágio
Vários rotores: Múltiplos estágios (vários rotores
operando em série) que permitem o
desenvolvimento de altas pressões.
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Condição de funcionamento
A bomba centrífuga deve ser escorvada antes de funcionar.
Ou seja, deve estar cheia de líquido antes de funcionar.
Caso contrário não consegue eliminar as bolhas de ar retidas
na carcaça e consequentemente, succionar o líquido.
Bomba auto-escorvante
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As bombas centrífugas podem ser :
- Fluxo axial: simples ou múltiplo estágio rotor
aberto/fechado
- Fluxo misto entrada simples auto-escorvante
estágio simples
- Fluxo radial entrada dupla não-escorvante
múltiplo estágio
Nos dois últimos casos, o rotor pode
ser: aberto, semi-aberto ou fechado.
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Bombas centrífugas: modelos especiaisRegenerativas (turbina) ou Periféricas:
- Desenvolvem altas pressões;
- Pequeno porte;
- Equivalem a bomba convencional de vários estágios;
- Rotor é um disco com grande número de palhetas radiais (40 a 80).
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Vantagens das bombas centrífugas:
a) Construção simples e baixo custo
b) Fluido é descarregado a uma pressão uniforme, sempulsações
c) A linha de descarga pode ser estrangulada(parcialmente fechada) ou completamente fechada semdanificar a bomba
d) Permite bombear líquidos com sólidos
e) Pode ser acoplada diretamente a motores
f) Não há válvulas envolvidas na operação debombeamento
g) Menor custo de manutenção que outros tipos de bombas
h) Operação silenciosa (depende da taxa de rotação, denão ter sólidos em suspensão e de não cavitar)
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Desvantagens das bombas centrífugas:
a) Não servem para pressões muito altas
b) Sujeitas à incorporação de ar
precisam ser escorvadas
c) A máxima eficiência da bomba ocorre dentro de um
curto intervalo de vazões
d) Não consegue bombear líquidos viscosos (limite 40 cP)
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Bombas de efeitos especiais
Ejetores:
- Não possuem partes móveis;
- Não demandam manutenção frequente (como centrífugas);
- Força motriz é fornecida por uma corrente de fluido a alta
pressão que passa por um bocal convergente, criando
uma zona de baixa pressão que succiona o líquido a ser
impulsionado;
- De uma câmara de sucção o fluido passa a um bocal
convergente-divergente (tubo Venturi).
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Ejetores
Fluido
motriz Câmara
sucção
Bocal de
alimentação
GargantaDifusor
Descarga
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Classificação de bombas
Bomba de deslocamento positivo
Dividem-se em 2 tipos: alternativas e rotativas
Bombas de pistão e de diafragma são classificadas
como de deslocamento positivo alternativas.
Funcionamento: dentro de uma câmara existe um
pistão ou êmbolo que faz um movimento de vai e
vem.
Câmara: equipada com válvulas de retenção na
entrada e saída.
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Bomba alternativa de pistão simplex de ação simples Pistão desloca-se em cilindro que contém o líquido;
Pistão se movimenta para a esquerda: pressão no cilindro diminui;
Válvula de admissão abre e o fluido flui para dentro do cilindro;
Válvula de retenção na descarga mantém-se fechada;
Pistão chega ao final do cilindro: movimento é invertido.
Pistão se desloca para a direita: aumenta a pressão no cilindro;
Válvula de admissão fecha.
A pressão aumenta e a válvula de descarga se abre e o líquido sai
pressurizado.
1 admissão e 1 descarga em cada ciclo: bomba de ação simples.
Linha de descarga
Válvulas de retenção
Linha de sucção
Pistão
cilindro
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Bomba alternativa de pistão simplex de ação dupla
Pistão se movimenta para direita: líquido é expulso da câmara anterior e
admitido na câmara posterior;
Movimento invertido: líquido é succionado na câmara anterior e expulso da
câmara posterior.
2 fases do pistão atuam no líquido e com 2 válvulas de admissão e 2 de
descarga: bomba é de ação dupla.
Linha de descarga
Linha de sucção
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Bomba alternativa de pistão
Uma mesma pode apresentar vários cilindros em paralelo, com
descargas alternadas.
Segundo o número de cilindros e pistões essas bombas
alternativas se classificam como:
i) Simplex: um pistão e um cilindro
ii) Duplex: dois pistões e dois cilindros
iii) Triplex: três pistões e três cilindros
iv) Multiplex: quatro ou mais pistões e quatro ou mais cilindros
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Bomba rotativa
Deslocamento mecânico do líquido é produzido pela rotação de
um ou mais elementos (lóbulos, palhetas, engrenagens) dentro
de uma câmara.
Os volumes de fluido são transportados da sucção até a
descarga pelos elementos rotativos.
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Bombas sanitárias
Utilizadas para produtos que devem ficar livres de
contaminações;
Usadas para bombear alimentos;
Requisitos:
i) Alta resistência a corrosão;
ii) Fácil desmontagem: limpeza;
iii) Não formar espuma;
iv) Sistema de lubrificação não deve contaminar;
v) Fricção entre as partes internas deve ser mínima para não
incorporar elementos metálicos;
vi) Desenho da superfície com curvas suaves.
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Bombas sanitárias
Centrífugas são utilizadas para deslocamento de alimentos de
baixo conteúdo de sólidos:
- Caldo de cana
- Sucos de uva e tomate
- Óleos
- Leite, sopas e purês de frutas.
Rotativas são utilizadas fluidos viscosos:
- Chocolates
- Geleias
- Alimentos infantis
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Bombas
Características
Centrifuga
radial
Centrifuga
axial
Rotatória,
parafuso,
engrenagens
Alternativas
Vazão na
descarga
Estacionária Estacionária Estacionária Pulsante
NPSH: altura
de sucção
máxima
permitida
5 m 5 m 6,5 m 6,5 m
Líquidos Claros, limpos Abrasivos,
partículas
solidas
Viscosos
não abrasivos
Limpos e
claros
Faixa de
pressão
Baixa, média
e pouco alta
Baixa Baixa- Média Baixa até
máxima
Faixa de vazão Pequena -
máxima
Pequena -
máxima
Pequena -
média
Pequena
Algumas características das bombas:
