2
Conceitos Importantes
• PressãoPressão é a força normal exercida por unidade de área
)(
)()(
2mA
NFPaP
3
Conceitos Importantes
• Pressão Manométrica x Pressão Absoluta
Pressão do Sistema
Pressão atmosférica local1,033 kgf/cm2
Zero absoluto
Pman Pabs
4
Conceitos Importantes
• VazãoO volume por unidade de tempo que escoa através de determinada seção transversal de um conduto.
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Conceitos ImportantesFluido – Principais Propriedades
• Massa Específica: é a quantidade de massa que ocupa uma unidade de volume (kg/m³, lbm/ft³)
• Volume Específico: é o volume ocupado por unidade de massa. Muito importante no estudo de fluidos compressíveis. (m³/kg, ft³/lbm)
• Densidade: é a razão entre a massa específica desta substância e a massa específica de uma substância padrão. Para substâncias em estado líquido ou sólido, a substância de referência é a água a 15°C. Para substâncias no estado gasoso é o ar
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Conceitos ImportantesFluido – Principais Propriedades
• Pressão de Vapor: pressão na qual ao ser atingida, em uma dada temperatura constante, inicia-se a vaporização do líquido.
• Viscosidade: exprime a resistência ao cisalhamento interno, isto é, a qualquer força que tende a produzir o escoamento entre suas camadas. Depende diretamente da temperatura e natureza do fluido.
Fluidos Compressíveis x Incompressíveis
• Fluidos compressíveis são aqueles que quando pressurizados modificam seu volume específico.
• Fluidos incompressíveis são aqueles que quando pressurizados não modificam consideravelmente seu volume específico.
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Conceitos ImportantesEscoamento de Fluidos
• Escoamento laminarO escoamento laminar tem como característica o movimento suave entre as camadas do fluido.
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Conceitos ImportantesEscoamento de Fluidos
• Escoamento TurbulentoCaracteriza por movimentos tridimensionais aleatórios das camadas do fluido.
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Energia elétrica
CombustãoManual
Bombas
• ObjetivoTransformar energia hidráulica em energia cinética e potencial ou seja transformar uma energia mecânica em movimento e pressão no fluido.
Motorenergia mecânica
Bombaenergia hidráulica
Fluidoenergia cinética
e potencial
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Bombas
• Tipos Disponíveis– Bombas Dinâmicas ou Turbo-bombas
• Axial
• Centrífuga
• Fluxo Misto
– Bombas Volumétricas ou Deslocamento Positivo• Alternativas (Pistão, Êmbolo, Diafragma)
• Rotativas (Engrenagens, Lóbulos, Parafusos, Palhetas Deslizantes)
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Bombas Dinâmicas ou Turbo-bombas
Turbo-bombas ou bombas dinâmicas são máquinas nas quais a movimentação do líquido é produzida por forças que atuam na massa líquida, em conseqüência da rotação de uma roda (rotor), que aumenta a quantidade de movimento das partículas do líquido.
Bombas Dinâmicas ou Turbo-bombas
• Bombas de Fluxo Axial– Toda a energia é transmitida ao fluido por forças
permanentemente de arrasto. A direção de saída do líquido é paralela ao eixo da bomba.
– É empregada quando se deseja elevadas vazões e cargas (alturas) pequenas.
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Bombas Dinâmicas ou Turbo-bombas
• Bombas Centrífugas– A energia fornecida ao fluido é em grande parte
cinética. Tal energia cinética posteriormente é convertida em pressão através do difusor.
– É o tipo de bomba com mais aplicações na industria.
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Bombas Dinâmicas ou Turbo-bombas
• Bombas de Fluxo Misto– Parte da energia é fornecida devido à força
centrífuga e parte devido à força de arrasto.
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17
Bombas Volumétricas
As bombas volumétricas são equipamentos que fornecem energia ao um fluido sob forma de pressão. O fluido, sucessivamente, enche e depois é expulso de espaços com volume determinado no interior da bomba.
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Bombas Volumétricas
• Bombas Alternativas– Empregadas principalmente quando se
deseja cargas elevadas e vazões baixas.
– Causam pulsação na tubulação e conseqüente vibração da tubulação devido ao bombeamento do fluido
Bombas
• Vantagens e Desvantagens
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Turbo-bombas Bombas Volumétricas
A vazão bombeada depende das características de projeto da bomba, da rotação e das características do sistema em que está operando
Relação constante entre vazão de descarga e a velocidade da bomba
A energia é transmitida ao fluido pelo órgão mecânico, sob forma cinética, que posteriormente é convertida em energia de pressão
A vazão bombeada praticamente independe da altura e/ou pressão a serem vencidas
O início de funcionamento deve ser com a bomba cheia de fluido (escorvada).
O órgão mecânico transmite energia ao fluido sob forma exclusivamente de pressão
Menor custo de aquisição e manutenção Podem iniciar seu funcionamento com a presença de ar em seu interior
Conseguem bombear líquidos muito viscosos
Aplicações que demandam altas pressões
Principais Problemas
• CavitaçãoFenômeno que ocorre em decorrência da formação e o subseqüente colapso de bolhas de vapor do líquido quando o fluxo do fluido sofre variações de pressão em seu trajeto provocadas por:
•Redução local da pressão do fluido, atingindo a pressão de vapor do fluido e formando bolhas e vapor;
•Colapso das bolhas formadas anteriormente quando elas atingem uma região de mais alta pressão.
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Principais Problemas
• Vazamentos e Contaminação do Ambiente– Ocorre principalmente devido à folgas entre
as partes ou ineficiência do sistema de vedação da bomba.
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Principais Problemas
• Corrosão das Partes– Pode ter diversos fundamentos, como fluido
bombeado corrosivo em relação ao material das partes da bomba, materiais de fabricação das partes da bomba não compatíveis entre si.
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Principais Problemas
• Vibração– Problema que consome grande parte de
energia do sistema, podendo levar ao colapso caso algumas freqüências sejam atingidas. Além de desgaste precoce das peças.
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Resumão
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Energia Mecânica
Energia Potencial
Energia Cinética
InputsDesnível de sucção,Desnível de recalque,Vazão desejadaPressão desejadaDistancia a ser percorrida na tubulaçãoFluido a ser bombeadoPerda na sucção e recalque Perda conexões
OutputsVazão e Pressão desejada do fluido
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Energia elétrica
CombustãoManual
Ventiladores
• ObjetivoTransformar energia mecânica do rotor em energia cinética e potencial ao fluido (gases) ou seja transformar uma energia mecânica em movimento e pressão no fluido.
Motorenergia mecânica Ventilador
Fluido (gases)energia cinética
e potencial
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Ventiladores
• Classificação quanto ao nível energético de pressão– Baixa pressão – até uma pressão efetiva de
0,02kgf/cm²
– Média pressão – pressões de 0,02 a 0,08 kgf/cm²
– Alta pressão – pressões de 0,08 a 0,250 kgf/cm²
– Altíssimas pressões – pressões acima de 0,250 kgf/cm²
Ventiladores
• Classificação quanto a modalidade construtiva– Centrífugos: quando a trajetória da partícula gasosa
mo rotor é aproximadamente normal ao eixo do rotor
– Hélico-centrífugos: quando a trajetória da partícula gasosa tem a característica helicoidal cônica
– Axial: a trajetória da partícula gasosa pelo rotor aproxima-se de uma helicoidal cilíndrica
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Ventiladores
• Velocidade específica
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4 36,16H
Qnns
n: Rotação (rpm)Q: vazão (l/s²)H: altura manométrica (mmca)
Principais Problemas
• Desbalanceamento– O desbalanceamento caracteriza-se por um
distribuição de massa em relação ao eixo de rotação do componente girante.
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Principais Problemas
• Rolamentos defeituosos– Possíveis causas para este tipo
de problema são: • Lubrificação ineficaz• Desbalanceamento do rotor• Quebra das partes constituintes do
rolamento
40
41
Principais Problemas
• Pulsação do ar– O ventilador deve operar na área de estabilidade de
sua curva de performance. O ventilador está subdimensionado para esta aplicação ou que a resistência do sistema é maior que a especificada na seleção do ventilador.
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Principais Problemas
• Eixo Empenado– Problemas na armazenagem ou na
montagem do ventilador.
• Sentido de Rotação Trocado– Baixo desempenho do ventilador ou fluxo
invertido.
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Resumão
Energia Mecânica
Energia Potencial
Energia Cinética
InputsVazão desejadaPressão desejadaPeso específico do fluidoCaracterísticas químicas do fluidoEquipamentos do sistema de ventilaçãoDistancia a ser percorrida pelo fluido
OutputsVazão e pressão desejada do fluido
Compressores
• Para que servem?Ao pressurizar o gás o mesmo pode:
• Deslocar-se a longas distâncias em tubulações• Ser armazenado em reservatórios (acumular
energia)• Realizar trabalho mecânico, atuando sobre
dispositivos
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Compressores
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• Objetivo– O objetivo principal do compressor é
transmitir a energia mecânica aos fluidos compressíveis de forma predominantemente de pressão
Energia elétrica
CombustãoManual
Motorenergia mecânica Compressor
Fluidos compressíveis
energia potencial de
pressão
Compressores
• Classificação dos Compressores– Compressores Volumétricos:
• Alternativos• Rotativos
– Palhetas
– Lóbulos
– Parafusos
– Compressores Dinâmicos ou Turbo Compressores:• Centrífugos• Axiais
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Compressores Volumétricos
• Fases do Processo de Compressão:– 4-1: Fase de Admissão: Ao se deslocar o pistão, a
válvula de sucção abre, permitindo a entrada do volume Vd de gás no cilindro, na pressão P1, a mesma do reservatório de sucção.
– 1-2: Fase de Compressão: Com as válvulas de sucção e descargas fechadas, o pistão comprime o gás. O gás ao atingir a pressão P2, abre-se a válvula de descarga, permitindo a saída do gás para o reservatório de descarga.
54
Compressores Volumétricos
– 2-3: Fase de Descarga: O pistão desloca todo o gás que estava contido no cilindro para o reservatório de descarga a uma pressão constante P2, igual à do reservatório.
– 3-4: Fase de Expansão: Quando o pistão se deslocar ligeiramente, haverá uma rápida expansão da pequena massa de gás no interior do cilindro. O gás ao atingir a pressão P1, igual à do reservatório de sucção, a válvula de sucção se abre e cilindro recebe nova massa de ar e o ciclo se repete.
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Compressores Dinâmicos ou Turbo-compressores
• Centrífugos– Um compressor centrífugo aumenta a pressão do
gás, acelerando-o enquanto ele escoa rapidamente através do impelidor, e convertendo posteriormente esse energia cinética em pressão pela passagem do gás em um difusor.
– A operação desse compressor é portanto semelhante à de uma bomba centrífuga. Contudo, a diferença significativa na performance de ambos se deve ao fato do gás ser um fluido compressível.
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Compressores Dinâmicos ou Turbo-compressores
• Centrífugos de Múltiplos Estágios– Como a transferência de energia é limitada pela
rotação admissível, freqüentemente há a necessidade de empregar compressores de múltiplos estágios ou até em série.
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Compressores Dinâmicos ou Turbo-compressores
• Principais Limitações– O compressor centrífugo de um modo geral tem
ainda pressões limitadas, devido a:
• Sistema de selagem do eixo, principal fator limitante;
• Velocidade máxima do gás ( menor que a velocidade do som);
• Estrutura mecânica do impelidor.
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• Vantagens e Desvantagens
Compressores
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Compressores Alternativos Turbo Compressores
Capazes de operar com diferenças de pressão bastante altas
Menor custo de instalação (devido aos menores esforços, as fundações não necessitam ser tão grandes como para os alternativos
As propriedades do fluido pouco influem na sua performance
Menor custo de manutenção
Maior eficiência para rc > 2 por estágio Maior eficiência para rc < 2 por estágio
Operam eficientemente em baixas vazões Maior relação capacidade x espaço ocupado
Cuidados na Instalação
• Tubulações para Compressores:
– A tubulação de sucção de um compressor deve ser o mais curta possível e com o menor número possíveis de acidentes;
– A tubulação de sucção deve ser drenável (separadores automáticos ou vasos coletores), para evitar a entrada de qualquer quantidade de líquido no compressor.
– Filtros de admissão de ar devem ficar elevados (aproximadamente 2,0 m acima do solo);
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Cuidados na Instalação
– Na tubulação de descarga deve haver uma válvula de segurança descarregando para área segura e, logo após, uma válvula de bloqueio;
– Amortecedores de pulsação de saída devem ficar o mais próximo possível do compressor.
– Devido as fortes vibrações nas linhas ligadas aos compressores alternativos, se necessário devem ser previstas ancoragens, amortecedores de vibração ou juntas de expansão especiais.
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