16/06/2016

Capítulo 4

Elementos finais de controle

Bombas industriais

Bombas

Máquinas geratrizes, cuja finalidade é deslocar líquidos por escoamento. Ela transforma o trabalhomecânico que recebe de um motor em energia hidráulica sob as formas que o líquido pode absorver,ou seja, energia potencial de pressão e energia cinética de escoamento.

Existe uma grande variedade de equipamentos de bombeamento, devido ao fato de que fluídosusados na indústria diferem consideravelmente em propriedades físicas e químicas.

Critérios (fatores) a serem considerados na escolha de bombas.

� A quantidade de líquido a transportar.� A carga contra a qual há que bombear o líquido.� A natureza do líquido a bombear.� A natureza da fonte de energia.� Se a bomba é utilizada apenas intermitentemente.

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Bombas industriais

Parâmetros de desempenho que caracterizam as bombas

Pressão desenvolvida - Diferença de pressão imposta pela bomba entre seus bocais de entrada esaída.

� Tradicionalmente expressa em metros de coluna de líquido (mCL).

Potência - A potência absorvida pela bomba é a potência cedida ao seu eixo. A potência cedida pelabomba é a potência absorvida pelo fluído. Normalmente expressa em hp.

Rendimento – Razão entre a potência cedida pela bomba e a potência absorvida pela mesma.É um valor adimensional e menor que a unidade devido às perdas de energia na própria bomba.

Capacidade - Vazão de fluído que a bomba impõe. Pode ser:

� Mássica (dm/dt) expressa em Kg/s� Volumétrica (Q) em m3/s ou m3/h

Bombas industriais

Classificação das bombas

A classificação é baseada na forma com que a energia mecânica é transferida para o fluído,ou seja, em como é feita a transformação do trabalho mecânico em energia hidráulica, assim como omodo de cedê-la ao líquido (aumentado sua pressão e/ou sua velocidade).

Classificação:

� Bombas de deslocamento positivo

� Alternativas (ou alternadas)� Rotativas

� Bombas cinéticas ou centrífugas (ou turbobombas ouhidrodinâmicas ou rotodinâmicas ou bombas de fluxo)

• Fluxo radial• Fluxo axial

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Bombas de deslocamento positivo

� Bombas que impelem uma quantidade definida de líquido a cada golpe ou volta de umdispositivo.

� Uma porção de fluído é presa em uma câmara, e pela ação de um pistão ou peças rotativasé impulsionada para fora.

� O escoamento pode ser intermitente ou contínuo.

� Dois tipos: Alternativas e rotativas.

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Bombas Alternativas:

� O fluido recebe diretamente a ação de forças de um pistão ou êmbolo ou membrana flexível.

� A taxa de fornecimento do fluído é uma função do volume varrido pelo pistão no cilindro e donúmero de golpes do pistão.

� Imprimem ao fluído as pressões mais elevadas entre todos os tipos de bombas.

� Possuem capacidade relativamente pequena.

� Recomendadas para o bombeamento de óleos, água de alimentação de caldeira e fluídos emgeral que não contenham sólidos abrasivos (danos ao cilindro ou ao pistão)

� Podem ser usadas como bombas dosadoras e medidoras de vazões moderadas.

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Força devido a pistão:

� Modo Simplex (ação simples)

válvula de entrada

válvula de saída

Geometria

Vazão de saída

expelecarrega cilindro

ciclo

Ação

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Força devido a pistão:

� Modo Duplex (ação dupla)

AçãoGeometria

lado 1lado 2

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Força devido a pistão:

� A descarga é intermitente.

� As pressões variam periodicamente

Conversão de movimento de rotação em movimento de

translação

Válvulas tipo esfera Máquina motriz

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Força devido a diagrama:

� Um diafragma ou dois diafragmas.

Dois diafragmas

modo 1 modo 2

diafragmas

entrada

saídaVálvulas tipo esfera

válvula de entrada

válvula de saída

diafragma

Um diafragma

Baixa pressão

Alta pressão

Força

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Força devido a diagrama:

Com dois diafragmas

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Bombas Rotativas:

� O fluído é retido no espaço entre aletas, dentes ou palhetas e em seguida deslocado demodo contínuo pelo movimento de rotação desde a entrada até a saída da bomba.

� São usadas com líquidos de quaisquer viscosidades, desde que não contenham sólidosabrasivos.

� A descarga e a pressão do fluído bombeado sofrem pequenas variações quando a rotação éconstante.

� Podem ser: de engrenagens; de rotores lobulares, de parafusos helicoidais; e peristálticas.

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Com ventoinha (vane):

� As aletas são retráteis.

entradasaída

câmara

O fluído é “empurrado” pelas aletas (vanes)

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Com rotores lobulares :

� Lóbulos duplos.

Tipos de lóbulos

Fases

O fluído é “empurrado” pelos lóbulos

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Com rodas dentadas:

� Duas rodas.

O fluído é “empurrado” pelos dentes

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Bomba peristáltica:

� Não há contato com o fluído ( é uma bomba asséptica).

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Bombas cinéticas ou centrífugas

� A movimentação do líquido é produzida por forças desenvolvidas na massa líquida pelarotação de um rotor.

� O rotor é essencialmente um conjunto de palhetas ou de pás (impelidor) que impulsionam ofluído.

� Caracterizam-se por operarem com vazões elevadas, pressões moderadas e fluxo contínuo.

� O rotor pode ser aberto, fechado ou semiaberto.

� Transfere energia cinética de uma fonte motriz principal (um motor elétrico, por ex.), paraenergia cinética e depois energia potencial de pressão no fluido que está sendo bombeado.

Partes responsáveis pelas transferências de energia:

Impulsionador ou impelidor

� Parte giratória que converte energia cinética do motor em energia cinética do fluído (o fluídoadquire velocidade).

Voluta ou difusor

� Parte estacionária que converte a energia cinética do fluído em energia potencial de pressãodo mesmo fluído.

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Partes responsáveis pelas transferências de energia:

Bombas industriais

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Classificação das bombas cinéticas ou centrifugas:

Baseada na direção principal do fluxo em relação ao eixo de rotação (principal classificação)

� Fluxo radial� Fluxo axial� Fluxo misto

Baseada no tipo de sucção

� Sucção simples: entrada do líquido em um lado.� Dupla sucção: entrada do líquido simetricamente ao impulsor, de ambos os lados.

Baseada na construção mecânica do rotor

� Fechado: coberturas ou paredes laterais que protegem as palhetas.� Aberto: nenhuma cobertura ou parede para enclausurar as palhetas.� Semiaberto ou do tipo em vórtice.

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Baseada na direção principal do fluxo em relação ao eixo de rotação (principal classificação)

Fluxo radial(centrífuga propriamente dita)

Fluxo axial(propulsão)

Fluxo misto

Baseada na construção mecânica do rotor ou impulsionador ou impelidor

Baseada no tipo de sucção

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Fechado AbertoSemiaberto

Fechado(vista lateral)

Sucção simplesDupla sucção

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Característica Deslocamento positivo Cinética ou Centrífuga

Vazão Baixa Alta

Elevação de pressão Alta Baixa

Corrente de saída Pulsante Contínua

Trabalha com fluídos de alta viscosidade

SIM NÃO

Comparação entre bombas de deslocamento positivo e centrífugas:

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Parâmetros de desempenho

� Capacidade, carga, BHP (potência de freio), rendimento e BEP (ponto de melhor eficiência).

� As curvas características de bombas permitem avaliar esses parâmetros.

Capacidade - Vazão de fluído (fluxo) que a bomba impõe. Pode ser:

� Mássica (dm/dt) expressa em kg/s.

� Volumétrica (Q) em m3/s ou m3/h ou gpm.

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A capacidade depende de

� Características do fluído (densidade, viscosidade, etc.)� Tamanho da bomba e de suas seções de entrada e de saída� Tamanho do impulsor� Velocidade de rotação do impulsor (RPM)� Tamanho e forma das cavidades entre as palhetas� Condições de temperatura e pressão da sucção e descarga

Para dado impulsor movendo um líquido a uma certa velocidade, apenas as pressões na entrada ena saída da bomba podem alterar o fluxo.

A curva característica da bomba relaciona o fluxo com a pressão em sua saída.

Como os líquidos são essencialmente incompressíveis, a capacidade está diretamente relacionadacom o fluxo no tubo de sucção.

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Pressão desenvolvida - Diferença de pressão imposta pela bomba entre seus bocais de entrada esaída.

� Tradicionalmente expressa em metros de coluna de líquido (mCL).

Carga é uma medida da altura de uma coluna líquida que a bomba poderia criar a partir da energiacinética transferida ao líquido.

Usa-se carga e não pressão propriamente dita (N/m2), pois a pressão de uma bomba mudará se opeso específico do líquido mudar, mas a carga não mudará.

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Condições (especificações) de carga:

Carga estática de sucção (hS)

Carga que resulta da elevação do líquido em relação à linha central de bomba.

� Nível do líquido acima da linha central da bomba, hS > 0.� Nível do líquido abaixo da linha da bomba, hS < 0.� hS < 0 é denotada como uma altura de sucção.

Carga estática de descarga (hd)

Distância vertical entre o centro da bomba e o ponto de descarga livre, ou a superfície do líquido notanque de descarga.

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Condições (especificações) de carga:

hS > 0

hS < 0

hd

hd

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Condições (especificações) de carga:

Carga de Fricção (hf)

Carga exigida para superar a resistência ao escoamento na tubulação e acessórios.

Depende de:

� tamanho, condição e tipo de tubo;� quantidade e tipos de acessórios;� vazão; e� natureza do líquido.

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Condições (especificações) de carga:

Carga de Pressão de vapor (hvp)

� Pressão de vapor é a pressão na qual um líquido e seu vapor coexistem em equilíbrio, a umadeterminada temperatura.

� A pressão de vapor de líquidos pode ser obtida de tabelas de pressão de vapor.� Quando essa pressão é convertida para carga, ela é chamada carga de pressão de vapor,

hvp.� O valor de hvp de um líquido aumenta com o aumento da temperatura e, em efeito, opõe-se a

pressão na superfície do líquido, a força positiva que tende a causar fluxo do líquido nasucção da bomba, isto é, reduz a carga de pressão de sucção.