curso bombas industriais - bonniard completo

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1 Bombas Industriais Pós-Graduação em Engenharia de Equipamentos e Manutenção FUNCEFET-RIO EngºMarcelo BONNIARD Esta apresentação contém imagens e textos extraídos das notas de aula do Eng Antonio Felipe Flutt 1ªParte Detalhes Construtivos Bibliografia Recomendada: Título: Mecânica das Bombas –2Ed. Autor: Epaminondas Pio Correa

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Page 1: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Bombas Industriais

Pós-Graduação em Engenharia de Equipamentos e Manutenção

FUNCEFET-RIO

Engº Marcelo BONNIARD

Esta apresentação contém imagens e textos extraídos das notas de aula do Eng Antonio Felipe Flutt

1ª Parte Detalhes Construtivos

Bibliografia Recomendada: Título: Mecânica das Bombas – 2Ed.

Autor: Epaminondas Pio Correa

Page 2: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Bombas Industriais - Definição

Bombas são máquinas operatrizes hidráulicas que fornecem energia a um determinado líquido com o objetivo prover o seu escoamento e transporte de um ponto para outro em um sistema hidráulico; ou prover o seu escoamento e circulação em um circuito hidráulico fechado.

Bombas

Engrenagens

Lóbulos

Parafusos

Palhetas Deslizantes

Pistão

Êmbolo

Diafragma

Alternativas

Rotativas

Centrífugas

Fluxo Axial

Fluxo Misto

Dinâmicas ouTurbobombas

Volumétricas ou Deslocamento

Positivo

Bombas Industriais - Classificação

Page 3: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Bombas Centrífugas

As bombas centrífugas, também chamadas turbobombas, operam

pelo princípio dinâmico. O fluido é acelerado por um órgão móvel

denominado impelidor, e depois sofre um processo de elevação de

pressão num difusor. A força centrífuga gerada pela rotação do

impelidor é o agente responsável pelo processo, daí o nome dado a

essa máquina.

Carcaça em VOLUTA

REGIÃO DIFUSORA:Aumento de área resultando em aumento de pressão

Aumento de área entre o impelidor e a carcaça para acomodação do fluido, resultando em equilíbrio de pressões na direção radial.

Carcaça em Voluta

Região Difusora

Impelidor

Page 4: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Carcaça em VOLUTA

Fonte: Sulzer website

Carcaça em DIFUSOR

• Difusor

• Peça fixada na carcaça e concêntrica

com o rotor.

• Possui canais difusores que recebem

o fluido saindo em alta velocidade do

rotor.

• O fluido na saída do difusor perde

velocidade e ganha pressão.

� Este arranjo tem aplicação usual em bombas

do tipo multi-estágios para alta pressão; por

exemplo para transferência de óleo e injeção de

água. Proporciona equilíbrio de pressão radial.

Carcaça Difusor

Impelidor

Page 5: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Carcaça em DIFUSOR

Difusor

Carcaça em DIFUSOR

Difusor

Page 6: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Bombas Centrífugas Aspectos Construtivos Gerais

Bombas Centrífugas Aspectos Construtivos Gerais

• Bombas de Simples Estágio

– Impelidor em balanço

� Também conhecida como Back Pull Out

� Permite desmontar a bomba sem desconectar os flanges

� Tem somente um selo e uma caixa de mancal

1) Sucção

2) Rotor

3) Descarga

4) CX. Selagem

5) Eixo

6) Selo Mecânico

7) Sobreposta

8) Mancais

Page 7: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Bombas Centrífugas Aspectos Construtivos Gerais

• Bombas de Simples Estágio

– Impelidor entre mancais

� Mais Rígida

� Adequada para maiores vazões

� Possui 2 selos e 2 caixas de mancal, reduzindo a confiabilidade

1A – Carcaça Metade Inferior

1B – Carcaça Metade Superior

2 – Impelidor

6 – Eixo

7 – Anel de Desgaste – Carcaça

8 – Anel de Desgaste – Impelidor

16 – Mancal interno

18 – Mancal Externo

65 – Selo Mecânico – Elemento Estático

80 – Selo Mecânico – Elemento Rotativo

Bombas Centrífugas Aspectos Construtivos Gerais

• Bombas de Multiplos Estágios

– Vários Impelidores em Série

– Utilizados para sistemas de alta pressão

– Sensíveis à centralização

– Consomem mais potência

– Diferencial de pressão elevado

Page 8: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Bombas Centrífugas Aspectos Construtivos Gerais

Sulzer – GSG

Back-to-Back

Bombas Centrífugas Aspectos Construtivos Gerais

Pressão de Descarga: 196 Bar

Rotação : 3.600 rpm

Vazão Nominal : 487 m3/h

Potência : 3,9 MW

Page 9: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Bombas Centrífugas - Impelidor

• O impelidor é órgão mecânico que transfere energia ao líquido bombeado.

• Partes componentes: olhal de sucção, palhetas, paredes e cubo.

�Classificação

• Quanto a admissão de líquido: simples sucção e dupla sucção

• Quanto às paredes: aberto, semi-aberto e fechado

• Quanto à direção de saída do líquido: axial, radial e misto

Simples sucção Dupla sucção

• Rotor fechado de simples sucção, com pás em curvatura simples.

• Rotor fechado de dupla sucção, com pás tipo Francis.

• Rotores abertos e semi-abertos: Fluidos muito sujos, com muitos sólidos e suspenção.

Bombas Centrífugas - Impelidor

Page 10: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Impelidor – Empuxo Axial

• O empuxo axial resultante, no sentido da sucção da bomba, é devido à assimetria das pressões atuantes nas paredes frontais e traseiras do impelidor. Esta força hidráulica resultante atua diretamente no mancal axial da bomba.

• Furos de balanceamento

• Pás na parte posterior do impelidor

• Utilização de pistão ou tambor de balanceamento

• Utilização de rotor de dupla sucção.

Pressão de

Descarga

Pressão de

Sucção

Pressão de Descarga

Força

AxialAnel de

Desgaste Impelidor fechado de simples sucção

• Quando tais esforços são muito grandes, é necessária a utilização de recursos auxiliares para atenuar o desbalanceamento axial, tais como:

Impelidores Redução do empuxo Axial

Rotor com furos de balanceamento

Rotores duplos montados em sentidos opostos ou rotores de dupla sucção

Tambor ou pistão de balanceamento

Resultante nula

Page 11: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Bombas Centrífugas Anéis de Desgaste

• São utilizados em impelidores

fechados

• Restringem a passagem do fluído da

descarga para sucção

• Em geral, quando a folga fica o dobro

da original, é momento de trocar o

anel

• São de materiais diferentes, para

que apenas um sofra desgaste

MANCAIS: Elementos de sustentação e posicionamento do eixo da bomba

Mancais Radiais: Sustentam cargas radiais, predominantemente originadas pelo peso do eixo em rotação

Mancais de Escora: Efetuam o posicionamento axial do eixo.

A maioria das bombas usa mancais de rolamento

Disposição Típica dos mancais em bombas horizontais

• Rotor em balanço

• Rotor entre mancais

Lima, E.P.C. (2003)

Bombas Centrífugas Mancais

Page 12: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Caixa de Mancais

Selagem da caixa de mancal

Mancal de escora

Suspiro Mancal radial

Anel salpicador ou bombeador

Nível de óleo

Mancais - Falhas

Page 13: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Eixo

Fluido de Processo

Carcaça

Bombas Centrífugas Sistema de Selagem

• O trecho em que o eixo da bomba atravessa a carcaça está

sujeito ao vazamento do produto bombeado

Interior da Bomba

Exterior da Bomba

• O Sistema de Selagem (ou vedação principal) tem porobjetivo minimizar (ou impedir) tal vazamento de fluido.

Partes constituintes do Sistema de

Selagem

• Caixa de vedação

• Elemento vedador

• Sobreposta

• Gaxeta

• Selo mecânico

Bombas Centrífugas Sistema de Selagem

Page 14: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Bombas Centrífugas Sistema de Selagem

Eixo

Fluido de Processo

CarcaçaInterior da

BombaExterior da

Bomba

Vazamento

Selagem porGaxetas

Fluido de Processo

Interior da Bomba

Exterior da Bomba

Vazamento

Shaft

Carcaça

Eixo

Selagem por Selo Mecânico

Bombas Centrífugas Sistema de Selagem

• As gaxetas são feitas de materiais que lhe conferem suas características necessárias:

• Fibras → Corpo da Gaxeta

• Lubrificantes → Prover lubrificação, principalmente na partida e na parada

• Agentes de bloqueio → Substâncias químicas que efetivamente fazem a vedação

• Inibidores → Químicos de corrosão

Page 15: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Bombas Centrífugas Sistema de Selagem

Gaxeta X Selos Mecânicos

• Requer vazamento como lubrificante.

• Danifica luvas e eixos.

• Consumo de potência devido a fricção.

• Perda de Produto.

• Grande desperdício de água .

• Requer manutenção e tempo para

instalação e ajuste das gaxetas.

• Causa danos e destruição do

equipamento em função do vazamento.

• Selo tem vazamentos invisíveis (60x

menos).

• Existem selo em operação por mais de 8

anos sem falhas.

• Redução de custo através da eliminação

das perdas de produto, água e economia

de energia.

• Requer pouca manutenção após a

instalação inicial.

• Selo é mais seguro na selagem de fluidos

perigosos e corrosivos.

Bombas Centrífugas Sistema de Selagem

Principais causas de falhas em bombas

Selagem69%

Rolamentos10%Juntas estáticas

9%

Acoplamento2%

Outros7%

Fonte: Flowserve

Hidráulicos3%

Page 16: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Bombas Centrífugas Sistema de Selagem

Principais causas que levam o selo a falhar

Mecânicas24%

Operacionais40%

Componentes9%

Outros8%

Projeto19%

Fonte: Flowserve

Bombas Centrífugas Sistema de Selagem

Causas operacionais comuns que levam o selo a falhar

• Operação fora do BEP

• NPSH insuficiente

• Operando com descarga fechada

• Funcionamento a seco

• Escorva incorreta

Fonte: Flowserve

Page 17: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Bombas Centrífugas Sistema de Selagem

Causas mecânicas comuns que levam o selo a falhar

• Alinhamento do eixo

• Balanceamento do acoplamento

• Tensão de tubulação

Fonte: Flowserve

Bombas Centrífugas Sistema de Selagem

Problemas comuns de projeto que levam o selo a falhar

• Plano de lubrificação inadequado

• Resfriamento insuficiente

• Auxiliares de selos duplos

Fonte: Flowserve

Page 18: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Sistema de SelagemSelos Mecânicos

• São dispositivos mecânicos dinâmicos que

promovem a vedação impedindo a

passagem do fluido ao longo da interface de

duas superfícies anelares radiais, animadas

de movimento relativo.

• Substituem as gaxetas

• Baixo vazamento

• Ausência de requisitos de manutenção

rotineira

• Mais duráveis e confiáveis, porém mais

caros

• Amplamente usado quando o produto a

vedar é tóxico ou crítico (segurança, meio

ambiente).

• Contato úmido (bombas) ou seco

(compressores)Flowserve

Sistema de SelagemSelos Mecânicos

Líquido bombeado

Lado do Rotor

Pressão de Descarga

Lado do Acionador

Pressão Atmosfera

Page 19: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Sistema de SelagemSelos Mecânicos

• O selo consiste de duas superfícies extremamente lisas e planas (faces) que trabalham juntas para evitar que o fluído escape.

Sistema de SelagemSelos Mecânicos

• O Mecanismo de Mola: proporciona a força requerida para manter as faces estacionaria e rotativa juntas (antes da partida do equipamento).

• Após a partida, a pressão do fluido mantém as faces encostadas.

• Aumentar a rigidez da mola não aumentará a capacidade de vedação do selo.

Page 20: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Sistema de SelagemSelos Mecânicos

• O Mecanismo de Trava: conecta o selo ao eixo para proporcionar a rotação do selo.

Sistema de SelagemSelos Mecânicos

• A Vedação do Eixo: é o ponto de vedação entre o selo e o eixo para evitar o vazamento.

Page 21: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Sistema de SelagemSelos Mecânicos

• A Junta: funciona para evitar o vazamento entre a Sobreposta e a face da Caixa de Selagem.

Sistema de SelagemSelos Mecânicos

Vazamento necessário para dissipar o calor e eliminar o atrito (No selo de contato úmido, o líquido não pode se vaporizar)

Sede Rotativa

Sede Estacionária

Page 22: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Sistema de SelagemSelos Mecânicos

Vedação secundária dinâmica

Rotor / Sede rotativa

Estator / Sede estacionária

Nariz de desgaste

Pino

anti-rotaçãoMolas

Sistema de SelagemSelos Mecânicos

• Sistema de Flushing

� Deve ser compatível com o produto

bombeado

� Refrigera e limpa as faces

� Garante lubrificação

• Sistema de Quenching

� Provê a lavagem e refrigeração do selo

� Água ou vapor é injetado por fora do selo

nas faces

� O fluido utilizado no quenching vaza para

o meio ambiente.

Page 23: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Sistema de SelagemSelos Mecânicos

Padronização: norma API 610 (10ª ed) e API 682 (3ª ed)

Sistema de SelagemSelos Mecânicos

PLANOS DE SELAGEM

Detectar e controlar o vazamentoCapturar e/ou prevenir o vazamento

Detectar o vazamentoEnviar o vazamento para local seguro

Criar um ambiente favorável ao selo mecânicoDiminuir a temperatura

Alterar a pressão da caixa de selagemLimpar o fluido de selagem

São sistemas auxiliares responsáveis pela injeção d e fluido no selo com o objetivo de:

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Sistema de SelagemSelos Mecânicos

Exemplos de Plano de Selagem

Plano 11

Flowserve

Sistema de SelagemSelos Mecânicos

Plano 31

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Sistema de SelagemSelos Mecânicos

Plano 52

2ª Parte Desempenho de bombas

centrífugas

Bibliografia Recomendada: Título: Bombas Industriais – 2Ed.

Autores: Reinaldo de Falco / Edson Ezequiel de Mattos

Page 26: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Page 27: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Teorema de Bernouilli (Fluido Ideal)

O teorema de Bernouilli pode ser considerado um caso particular do princípio da conservação de energia.

Em uma tubulação ou sistema, considerando um fluido perfeito(desprezando os efeitos de atrito, viscosidade e turbilhonamento)a energia é constante em qualquer ponto, não há perda de energia.

Teorema de Bernouilli

Page 28: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Teorema de Bernouilli

Adaptação do Teorema de Bernouilli aos Fluidos Reais

Perda de Energia

Teorema de Bernouilli

L

Z1 Z1

Q QØ constante

A equação de Bernouilli adaptada para fluidos reais pode ter seu resultado bem compreendido quando observamos o escoamento de um líquido em um tubo de comprimento L e diâmetro constante, sem mudança de elevação.

P2 < P1

As perdas de energia se traduzem em despressurização do líquido!

Page 29: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Perda de Carga

• Perda de Carga ao Longo das Tubulações – Equação de Darcy-Weisbach

f = coeficiente de atritoL = comprimento da tubulaçãoD = diâmetro da tubulaçãoC = velocidade do escoamentog = aceleração da gravidade

• Perda de Carga Localizada

São aquelas causadas pelos acessórios de tubulações tais como válvulas, curvas,

derivações,etc. Para determinação temos dois métodos: método direto através de ábacos

e o método do comprimento equivalente.

Perda de Carga

Determinação do fator f

Ábaco de Moodyf

Equações analíticas

Colebrook – Escoamento em regime intermediário entre laminar e turbulento

Churchill – Para toda a faixa

Pg 64 e 65 livro texto

Page 30: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Sistemas de Bombeamento – Curva do Sistema

hS = energia no ponto “a” bocal de sucção da bomba (m)

hd = energia no ponto “b” bocal de descarga da bomba (m)

H = Head útil = carga da bomba = AMT = energia que a bomba tem que fornecer (por unidade de peso) ao sistema para realizar o escoamento (m)

Sistemas de Bombeamento – Curva do Sistema

Estática

Dinâmica ↓

Varia com a Vazão

Head Estático

Head Dinâmico

Page 31: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Sistemas de Bombeamento – Curva do Sistema

• Fatores que modificam a curva do sistema

� Natureza do fluído bombeado;

� Temperatura do Fluído bombeado;

� Nível do líquido – alturas estáticas de sucção e des carga;

� Pressões de sucção e descarga;

�Alterações nas linhas de sucção e descarga ;

Sistemas de Bombeamento – Curva do Sistema

Alteração da curva do sistema através de fechamento parcial de válvula

moduladora instalada na descarga.

ATENÇÃO: Fechamento parcial de válvula na sucção não é feito pois o

aumento da perda de carga na sucção reduz pode provocar a cavitação da

bomba.

Page 32: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Curvas das Bombas Centrífugas

Bomba como caixa preta

Curvas das Bombas Centrífugas

OBS: Curvas válidas para uma determinada rotação e diâmetro de rotor

Page 33: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Curvas das Bombas Centrífugas

Fatores que modificam as curvas das bombas

• Principais fatores que modificam as curvas características das bombas

centrífugas

�Variação do diâmetro externo do impelidor (rotor)

�Variação da rotação

Page 34: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Fatores que modificam as curvas das bombas

Fatores que modificam as curvas das bombas

Corte no Rotor

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Fatores que modificam as curvas das bombas

Fluidos Viscosos

Pequenos aumentos da viscosidade do fluido bombeado não geram modificação nas curvas características de H x Q e Eficiencia x Vazão

Para aumentos significativos de viscosidade...

Curvas das Bombas Centrífugas

Ponto de interseção entre a curva do sistema com a curva da bomba

H

Q

H

Q

Curva do Sistema Curva da Bomba

Ponto de Trabalho

Q’

H’

• A bomba operará na vazão Q’, com um head H’• A Vazão de uma bomba centrífuga depende do sistema no qual está operando

Page 36: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Curvas das Bombas Centrífugas

Ponto de interseção entre a curva do sistema com a curva da bomba

Potência Consumida pelas Bombas Centrífugas

Onde:• Q – vazão• H – AMT

• γ - peso específico• η - rendimento da

bomba

Para uma determinada rotação e diâmetro de rotor

Para uma bomba operando em um determinado sistema com o Headestático fixo, quanto maior a Vazão, maior a potência consumida!

Page 37: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Rendimento / Eficiência de bombeamento

Recirculações internas!

Rendimento Termodinâmico do Processo de Bombeamento

Atritos internos, vibração, etc.

Cavitação

A CAVITAÇÃO

• É um fenômeno muito importante em hidráulica que limita o projeto e o uso de bombas.

• O poder de destruição da cavitação é impressionante:

Page 38: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

38

Cavitação

Cavitação

• Cavitação ocorre quando a pressão do líquido na sucção da bombas atinge

valor igual ou menor que a pressão de vapor;

• Parte do líquido se transforma em bolhas de vapor na região de baixa

pressão do rotor;

• Ao atingir as regiões de maior pressão do rotor a bolha instantaneamente

implode, deixando um vazio que é imediatamente ocupado pelo liquido;

• A repetição deste fenômeno quase que simultânea e continuamente, gera

uma onda de choque hidráulico no rotor e carcaça, causando vibração, ruído

e danos generalizados nos diversos componentes da bomba.

Page 39: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

39

Cavitação

Evolução da pressão ao longo da sucção da bomba até a saída do impelidor

Cavitação

NPSH – Net Positive Suction Head

• NPSH disponível : é a pressão disponível pelo sistema, acima da pressão de vapor, no bocal de sucção da bomba. É uma característica do sistema (sucção);

• NPSH requerido : é a pressão que deve existir no bocal de sucção da bomba, acima da pressão de vapor, abaixo da qual não haverábombeio ou acarretará danos ao equipamento. É uma característica do equipamento.

• O NPSH disponível pelo sistema tem que ser maior que o NPSH requerido pela bomba.

• O critério de dimensionamento exige que o NPSHd ≥NPSHr + 2ft(0,6m)

Page 40: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

40

Cavitação

Cálculo do NPSH disponível pelo Sistema

O NPSH disponível é uma característica das condições de sucção do sistema. As condições de descarga não afetam o mesmo.A exigência de que NPSHd ≥ NPSHr + 2ft tem como objetivo garantir que a bomba não irá cavitar.

Onde: hs = pressão disponível no flange de sucção

Pa = pressão atmosférica

Pv = Pressão de vapor do fluido

= peso específico do fluido na temperatura de bombeamento

Métodos para evitar cavitação por vaporização

• Aumentar o Head de sucção– Aumentar o nível do tanque

– Elevar o tanque– “enterrar” a bomba– Reduzir as perdas de carga da tubulação– Instalar uma bomba “booster”– Pressurizar o tanque

Page 41: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Métodos para evitar cavitação por vaporização

• Diminuir a temperatura– Injetar uma pequena quantidade de líquido refrigerante

– Proteger a linha de sucção de fontes de calor (isolamento)– Cuidado com linhas de recirculação

• Reduzir o NPSH requerido– Utilizar uma bomba de dupla sucção

– Utilizar uma bomba de menor rotação– Utilizar uma bomba com maior abertura no olho do

impelidor– Se possível instalar um indutor– Utilizar várias bombas menores

Limites de operação

Vazão (Q)

∆∆ ∆∆H

ead

Região Operacional

Preferida80 - 110 %

BEPReg

i ão

Op

era c

ion

alA

dm

issí

vel

70 -

120%

BE

P

Vib

raçã

o

BEP

Reg

ião

Pro

ibid

a

QmáxQmín

Limite de vibração

Relação entre Vazão e Vibração(Referência API 610 8a Ed.)

Page 42: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

42

Limites de operação

O FENÔMENO DA RECIRCULAÇÃO

• A bomba é projetada para trabalhar no BEP (best efficiencypoint ou ponto de melhor eficiência);

• Nesta condição, a direção das palhetas coincide com a direção do líquido, e todo o espaço interno é utilizado pelo fluxo. Esta éa situação ideal!

DireDireçção do fluxo

ão do fluxo DireDireçção das p

ão das pááss

Vazão Mínima

Page 43: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

43

Vazão Mínima

Mas quando a bomba trabalha fora do BEP, em vazões parciais, nem todo espaço disponível é necessário:

⇒⇒⇒⇒ PARTE DO LÍQUIDO FICA EM RECIRCULAÇÃO.

Efeitos negativos

• Causa vibração e ruído;• Pode causar cavitação.

Vazão Mínima

VAZÃO MÍNIMA DA BOMBA

• Toda bomba possui um limite de vazão abaixo da qual ela não pode operar continuamente.

• Vazão Mínima Térmica: é a vazão necessária para dissipar o calor gerado pelas perdas internas da bomba.

• Vazão Mínima Estável: é a vazão acima da qual a recirculação não prejudica a performance e a durabilidade da bomba.

• Em quase 100% das bombas centrífugas a Vazão Mínima Estável é muito maior que a Térmica, portanto é a mandatória.

Page 44: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Pré-Seleção

Associação de Bombas

• Pode ser série ou paralelo

• Associação Série

�Altura manométrica muito elevada para a vazão considerada

�Sempre que possível optar por 1 bomba com múltiplos estágios

� Aumento de NPSHd – Bomba Booster

Page 45: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

45

Associação de Bombas

Série

Associação de Bombas

Série

Page 46: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

46

Associação de Bombas

Série

Associação de Bombas

Série

Page 47: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

47

Associação de Bombas

• Associação em paralelo

� Utilizada quando a vazão for muito grande

� Utilizada para permitir maior flexibilidade operacional

� Não devemos associar duas bombas em paralelo com curvas H x Q diferentes

Associação de Bombas

• Associação em paralelo

� Utilizada quando a vazão for muito grande

� Utilizada para permitir maior flexibilidade operacional

� Não devemos associar duas bombas em paralelo com curvas H x Q diferentes

Page 48: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

48

Associação de Bombas

Paralelo

Associação de Bombas

Paralelo

Page 49: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

49

Associação de Bombas

Paralelo

Associação de Bombas

Paralelo

Page 50: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

50

Procedimentos de Partida

Procedimentos de Partida

Parcial ao Total da Descarga

Page 51: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

51

Controle de Capacidade

Controle de Capacidade

Page 52: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Controle de Capacidade

Reciclo

Qb = Qp + Qr

Onde:

Qb = vazão bombeada

Qp = vazão para processo

Qr = vazão de reciclo

Neste caso o ponto de trabalho não é alterado.

Podemos manter uma bomba operando no ponto de vazão mínima (Qmín.) e fornecermos para o processo uma vazão Qp menor do que Qmín.

Page 53: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

53

Exemplos

Aplicação prática controle de nível de um vaso de processo

Y

Separador atmosférico

FIC

FIC

FIC

LIC

FIC

FIC

FIC

Bombas Booster Bombas Principais

Oleoduto de Exportação

Controle em Split range

Exemplos

Separador atmosférico

FIC

FIC

FIC

LIC

FIC

FIC

FIC

Bombas Booster

Bombas Principais

VSD Motor

VSD Motor

VSD Motor

Variação da Rotação (associado com reciclo e estrangulamento de descarga)

Y

Oleoduto de Exportação

Controle em Split range

PLC

Page 54: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

54

3ª Parte Bombas de Deslocamento

Positivo

Bibliografia Recomendada: Título: Mecânica das Bombas – 2Ed.

Autor: Epaminondas Pio Correa

Bombas de Deslocamento Positivo

• Bombas de Deslocamento Positivo ou Volumétricas� Funcionamento caracterizado por duas etapas:

– Preenchimento do corpo da bomba com o líquido proveniente do lado da sucção.– O elemento propulsor atua mecanicamente sobre o líquido,

descarregando-o para o lado da descarga, contra a resistência imposta pelo sistema.

Esquema de bomba de pistão Esquema de bomba rotativa de engrenagens

Page 55: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

55

Bombas de Deslocamento Positivo

Alternativas

� Bombas alternativas são máquinas que deslocam sempre o mesmo volume de líquido

para cada ciclo de movimento de vai e vêm dos órgãos transmissores de energia ao

líquido;

� Elemento Bombeador: Peça cilíndrica ou membrana flexível;

� Não requerem velocidades elevadas para atingir a pressão desejada;

Esquema de bomba de pistão

Vazão em Função do Volume Deslocado!A Pressão depende unicamente do sistema!

Bombas de Deslocamento Positivo

Alternativas

• Vantagens� Elevada eficiência (85%);

� Vazão proporcional a velocidade (rotação), e praticamente independente da pressão

de descarga;

� Adequada para fluidos de viscosidade elevada;

� Não há necessidade de escorva;

� Altas pressões / baixas vazões.

• Desvantagens�Vazão Pulsante;

� Custo inicial maior;

� Ocupam mais espaço;

� Apresentam vibrações;

�Custo de manutenção mais elevado.

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Bombas de Deslocamento Positivo

Alternativas

Vista esquemática de uma bomba alternativa de pistão

• Essas bombas trabalham forçando porções de líquido contra um diferencial de pressão imposto pelo sistema

• Nas bombas alternativas o elemento propulsor, é dotado de um movimento alternativo.

• O líquido, acompanhando o movimento deste órgão, sucessivamente enche e esvazia espaços cilíndricos com volume definido.

• As válvulas de sucção e descarga são automáticas, abrindo e fechando devido ao diferencial de pressão.

Bombas de Deslocamento Positivo

Rotativas

Esquema ilustrativo do funcionamento de uma bomba de lóbulos

• Caracterizadas pelo movimento principal rotativo do órgão propulsor

• O líquido que penetra na sucção é conduzido à descarga através das cavidades formadas entre os elementos propulsores (rotores) e a carcaça (ou estator).

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Bombas de Deslocamento Positivo

•Diferença operacional muito relevante entre as bombas

centrífugas e as bombas volumétricas:

�Nas bombas centrífugas a pressão máxima é limitada pela pressão de shut-off

(vazão zero)

�Nas bombas volumétricas a pressão é função da perda de carga do sistema

�Se fecharmos a válvula na descarga de uma bomba volumétrica, a pressão

aumenta até que haja rompimento de um componente da bomba, do sistema ou

a falha do acionador

•Por este motivo é obrigatório o uso de válvula de alívio na

descarga de todas as bombas volumétricas.

Bombas de Deslocamento Positivo

Comparação das curvas de performance de bombas volumét ricas e centrífugas

Vazão (Q)

Pre

ssão

de

des

carg

a

Centrifugas Volumétricas

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Bombas de Deslocamento Positivo

Diafragma

Bombas Alternativas – Tipo Diafragma

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO

- Acionadas por ar comprimido

- Válvula piloto e válvula de distribuição estão localizadas no bloco central

- Movimento alternado do diafragma, combinado com a abertura e fechamento da válvula movimentando o fluido dentro das câmaras

Bombas de Deslocamento Positivo

Diafragma

diafragmas

Válvula de distribuição de ar

Câmara direita succionando

Câmara esquerda

recalcando

Válvulas

Page 59: Curso Bombas Industriais - Bonniard Completo

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Bombas de Deslocamento Positivo

Cavidades Progressivas

Bomba de Cavidade Progressiva

Possui extator de elastômero;

• Aplicação para fluidos viscosos e com impurezas sólidas; por exemplo borra (slop)

Bombas de Deslocamento Positivo

Cavidades Progressivas

GEOMETRIA - S

GEOMETRIA - L

GEOMETRIA - D

GEOMETRIA - P

100%12 BAR

200%9 BAR

285%5 BAR

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Bombas de Deslocamento Positivo

Engrenagens

Bomba Rotativa – Tipo Engrenagens

Bombas de Deslocamento Positivo

Lóbulos

Bomba Rotativa – Tipo Lóbulos

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Bombas de Deslocamento Positivo

Constante com o tempoVariável com o tempo

O início de funcionamento deve ser feito sem a presença de ar no seu interior e no sistema de sucção, ou seja, a bomba deve estar preenchida de líquido, isto é, escorvada.

Podem iniciar o seu funcionamento com a presença de ar no seu interior.Partida

A energia é transmitida pelo órgão mecânico sob a forma cinética e “de pressão”.

O órgão mecânico transmite energia ao líquido sob forma exclusivamente “de pressão”.

Princípio de Funcionamento

Depende das características de projeto da bomba, da rotação e das características do sistema.

Independe do sistema (altura e/ou pressões a serem vencidas). Proporcional à rotação e ao volume deslocado por ciclo.Vazão

TurbobombasBombas Volumétricas

Bibliografia Complementar

Sobre Teoria de funcionamento - Centrifugal and Axial Flow Pumps – Stepanoff, A. J.

Sobre Análise de Falhas - Equipamentos Mecânicos – Affonso, L. O. A

Sobre Transientes Hidráulicos – Bombas e Instalações de Bombeamento – Macintyre, A. J.

Sobre Cálculos de Perda de Carga – Engineering Data Book – Hydraulic Institute

Sobre Selos Mecânicos – Mechanical Seals for Pumps: Application Guidelines – Hydraulic Institute