palestra brantis solucoes sobre bombas industriais: seleção e aplicação
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29 de Abril de 2016
Bombas Industriais: Seleção e
Aplicação
Alexandre de Aguiar BrantisEng. Mecânico
Departamento de Engenharia Civil
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Desde 1990, atuando nas áreas de Engenharia de
Projetos, Obras e Manutenção (Rhodia e Shell).
A partir de 2010, estive Gerente de Vendas e Aplicações na
John Zink, ocupei posição Diretor de Projetos e Comercial.
Atualmente sócio Diretor da Brantis Soluções.
Currículo resumido de Alexandre Brantis
Formações:
MBA em Gestão de Projetos pela FGV/Prominp,
Gestão Empresarial pela FGV
Especialização em Qualidade Industrial na UNICAMP
Graduado em Engenharia Mecânica pela UNESP - Ilha
Solteira.
Brantis Soluções LTDA www.brantisolucoes.com.br email: [email protected] tel 55(19) 99512 7878 Direitos reservados
Índice
1. Mecânica dos Fluídos
2. Tipos de sucção e classificação
3. Bombas de deslocamento positivo
4. Bombas centrífugas
5. Bombas centrífugas – dimensionamento da altura manométrica (H)
6. Cáculo da potência motriz
7. Curva do sistema
8. Curva de performance da bomba
9. Rendimento
10. Pontos de operação
11. Efeitos das variações RPM, D & H e P
12. Pressão de Vapor
13. A vazão mínima
14. Faixa segura de Operação
15. Fenômenos – corrosão e cavitação
16. NPSH disponível (cálculo), e o requerido (fabricante)
17. Associações em série ou paralelo
18. Tipos de selagens
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Mecânica dos Fluídos - conceitos
Pressão: é um tipo de energia potencial pela relação entre
força e área.
Para bombas centrífugas (representada pela letra “H”) e pressão de
descarga para bombas alternativas e positivas.
Unidades: PSI, bar, Kgf/cm2, mCA ,entre outras.
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Perdas de Carga: é a energia perdida na tubulação por onde o
fluido passa, é basicamente causada por atrito entre as camadas do
próprio fluído, bem como pelo atrito entre o fluído e a parede da
tubulação. Depende também da vazão, viscosidade do fluido e diâmetro
da tubulação.
Altura Manométrica: é a diferença de altura entre os
referenciais adotados (Bomba – Tanque).
Vazão: é a medição de quantidade de fluido movimentado, essa medição deve ser feita usando o valor do volume de fluido deslocado em uma faixa de tempo.
Representada pela letra “Q”. Unidades: GPM, l/min, m³/h.
Temperatura: º C ou F
Densidade: massa/volume [kg/m3]. A referência é a água que possui densidade relativa = 1.
Viscosidade: nível de resistência a movimentação de um fluido. A referencia é a água que possui viscosidade = 1.
Unidades: cST, cP, SSU.
Mecânica dos Fluídos - conceitos
Imagens cedidas pela FLowex do Brasil
Abrasividade: fluídos que contém sólidos podem ser abrasivos. A abrasão pode causar sérios danos aos componentes da bomba.
Corrosão: causada pela incompatibilidade química entre o fluido e os materiais do corpo da bomba.
Cavitação: é a erosão dos componentes de um sistema hidráulico ( rotores, tubulação de sucção), causados pelo colapso de pequenas bolhas de vapor do fluído, formadas nas zonas de baixa pressão contra a superfície destes componentes. A ser mais abordada adiante.
Característica dos Fluídos e consequências
Imagens cedidas pela FLowex do Brasil
Bombas – tipos de sucção
Bombas - classificação
• Bombas, podem ser classificadas :
a) Deslocamento positivo
b) Bombas centrífugas
c) Bombas especiais
Transferem volumes definidos através das cavidades de bombeamento, levando o fluído da sucção para a descarga do equipamento.
Possuem folgas estreitas o que garante uma alta eficiência volumétrica, mesmo com pressões de descarga mais elevadas.
Bombas tipo deslocamento positivo
Imagens cedidas pela FLowex do Brasil
Bombas tipo deslocamento positivo
Bombas tipo Deslocamento positivo Tipo Motriz
Pistão Duplo
Simples Efeito
Vapor, Motor C. Interna ou Elétrico
Diafragma Simplex ou
Duplex
Operação por fluído, mecanicamente
ou Motor elétrico
Um só rotor Palhetas
Peristálticas
Deslizantes
Oscilantes
Flexíveis
Motor elétrico
Pistão rotativo
Elemento flexível
Parafusos
Fuso
Motor elétrico
Rotores
Múltiplos
Engrenagens
Rotor Lobular
Pistões oscilatórios
Motor elétrico
Parafusos Duplos
Múltiplos
Motor elétrico
Bomba de pistõesEsquema básico de uma bomba
de deslocamento positivo
Bombas tipo deslocamento positivo
Bomba de diafragmas: transferem volumes definidos através
das câmaras de bombeamento, levando o fluído da sucção para
a descarga do equipamento.
De duplo diafragma
Bombas tipo deslocamento positivo
Imagens cedidas pela FLowex do Brasil
Bomba de palhetas
Bombas tipo deslocamento positivo
Bombas tipo deslocamento positivo
Bomba peristáltica
Bomba de fuso
Bombas tipo deslocamento positivo
Imagens cedidas pela FLowex do Brasil
Bombas Centrífugas
As bombas centrífugas utilizam a energia gerada pela alta velocidade de rotação (cinética) do rotor dentro da câmara de bombeamento, para impulsionar o fluído que entra pela sucção contra a voluta (carcaça ou câmara de bombeamento), sendo expulso pelo bocal de descarga (potencial).
Níveis de Pressão em um Rotor de Bomba Centrífuga
Imagens cedidas pela FLowex do Brasil
Bombas tipo Centrífugas
Possuem um rotor com pás que imprimem uma aceleração ao líquido
Bombas tipo Centrífuga Tipo Motriz
Rotor em
Balanço
Monobloco Sucção frontal
Descarga vertical
Em linha
Vapor, Motor Diesel/Gasol ou Elétrico
Bomba e rotor separado Em linha
Montada em linha
de centro
Bomba de poço
Operação por fluído, mecanicamente
ou Motor elétrico
Rotor entre
Mancais
Simples ou Multiplos
Estágios
Rotor recuado
Bipartida radiais
ou axiais Motor Diesel/Gasol ou Elétrico
Tipo turbina Verticais
Simples e Multi estágios
Para poços
profundos
(submersíveis)
Motor elétrico
Rotores Axiais ou Fluxo
Misto
Motor elétrico
Alturas : as energias envolvidas na operação das
turbobombas são expressas em Alturas (vide figura):
• Alturas estáticas ou desníveis;
• Altura estática de aspiração ha : é a diferença de
cota entre o centro da bomba e a altura de
aspiração;
• Altura estática de recalque hr : é a diferença de
cota entre o centro da bomba e o nível onde o
líquido é abandonado pela tubulação;
• Altura total de elevação : he=ha+hr
Bombas Centrífugas – dimensionamento da
altura manométrica
Bombas Centrífugas - dimensionamento
ha : é a diferença de
cota entre o centro
da bomba e a altura
de aspiração;
hr: é a diferença de cota entre o centro da
bomba e o nível onde o líquido é
abandonado pela tubulação;
Ha: diferença entre as
alturas representativas
da pressão atmosférica
local mais a perda de
carga na aspiração (Ja)
Hr : é a diferença entre as alturas
representativas da pressão atmosférica local
mais a perda de carga no recalque (Jr ).
2. Alturas totais ou dinâmicas :
a)-Altura total de aspiração (Ha) : é a diferença entre
as alturas representativas da pressão atmosférica
local mais a perda de carga na aspiração (Ja ).
Ha
Bombas Centrífugas - dimensionamento
b)-Altura total de recalque (Hr) : é a diferença entre
as alturas representativas da pressão atmosférica
local mais a perda de carga no recalque (Jr ).
Bombas Centrífugas - dimensionamento
3. Alturas manométrica total :
É a soma das alturas totais de aspiração e recalque :
H = Ha + Hr ou ainda
Bombas Centrífugas - dimensionamento
Bombas & influência da pressão de vapor
Pressão de vapor (hv): é a pressão a qual coexistem as fases líquido e
vapor, a mesma cresce à medida que a temperatura é elevada
Bombas – estudo do NPSH
NPSH : é altura positiva líquida de sucção ( Net Positive Suction Head ), é a altura
diretamente ligada ao estudo da cavitação. A determinação das condições de cavitação de
uma instalação de bombeamento dependem de dois fatores, o NPSH disponível ( que
depende da instalação) e o NPSH requerido ( característico da bomba )
Bombas – cálculo NPSH disponível
Onde :
Hb : pressão atmosférica absoluta
ha: altura estática de sucção
Ja : perda de carga na sucção
hv : pressão de vapor do líquido à
temperatura de operação da
instalaçao
Bombas – exemplo cálculo NPSH disponível
Imagens cedidas pela Sulzer do Brasil
Cálculo da Potência Motriz :
Onde :
Q : vazão em m3/s
H : altura manométrica em m
h : rendimento ( 85 % para grandes bombas, 75 %
para bombas médias e 60% para bombas pequenas )
Bombas Centrífugas – cálculo da potência
Bombas Centrífugas – curva do sistema
Curva do sistema : é uma curva onde são mostradas várias
combinações de vazão e altura manométrica, indicando o
comportamento do sistema a medida que estas grandezas variam
A curva de performance é, para a maioria
das aplicações, completamente definida
por cinco variáveis independentes:
• Altura manométrica – H
• Vazão – Q
• Rotação do eixo – n
• Net Positive Suction Head – NPSH
• Diâmetro externo do rotor - D
Bombas Centrífugas – curva de performance
Imagens cedidas pela Sulzer do Brasil
Rendimento : é a relação entre a potência hidráulica e a potência
consumida
Onde : Potência
Hidráulica
Potência
consumida
Bombas Centrífugas – rendimento
Ponto de operação : quando colocamos no mesmo gráfico as curvas
da instalação, da bomba, e do rendimento, obtemos o ponto ótimo de
operação do sistema
Bombas Centrífugas – ponto de operação
Alteração do ponto de trabalho de uma bomba :
Bombas Centrífugas – ponto de operação (cont.)
- variação do diâmetro do rotor da bomba
Bombas Centrífugas – ponto de operação (cont.)
Efeitos da variação da rotação :
Bombas Centrífugas – variando a rotação
Efeitos da variação do diâmetro do rotor :
Bombas Centrífugas – variando diâmetro do rotor
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.
Bombas – definição da sua vazão mínima
Bombas – definição da sua vazão mínima
Imagens cedidas pela Sulzer do Brasil
BEP: ponto de maior eficiência
Faixa de Operação das Bombas Centrífugas
Imagens cedidas pela Sulzer do Brasil
A cavitação - definição
É a erosão dos componentes de
um sistema hidráulico ( rotores,
tubulação de sucção), causados
pelo colapso de pequenas bolhas
de vapor do fluído, formadas nas
zonas de baixa pressão contra a
superfície destes componentes.
Elas implodem na área da bomba
onde a pressão novamente excede
a pressão de vapor.
A implosão das bolhas causa picos
abruptos de pressão com valores
de milhares de bar! E com isso
ocorre o danos nas peças.
Imagens cedidas pela Sulzer do Brasil
Mecanismo da cavitação :
No local onde as bolhas implodem é criado um "micro jato“:
Imagens cedidas pela Sulzer do Brasil
Se as bolhas implodirem próximo ou diretamente sobre a
parede da carcaça, rotor ou mesmo sede de vávula, esse
componente sofrerá um impacto fortíssimo:
A cavitação - mecanismo
Imagens cedida pela Sulzer do Brasil
Quais são as causas de cavitação?
• Altas velocidades de vazão (peças em movimentos rápidos em
líquidos como rotores de bombas centrífugas, turbinas de água,
impulsores de barcos, etc).
• Aumento da temperatura do fluido bombeado.
• Redução da pressão de sucção.
A cavitação e suas causas
Bombas – cavitação ou corrosão ?
Cuidados pois apesar de ter efeitos parecidos, os
fenômenos de corrosão eletrolítica e corrosão por abrasão
são diferentes entre sí e da cavitação, sendo o primeiro
causado por afinidade química entre o líquido transportado e
o material da bomba, e o segundo á causado pela abrasão
dos sólidos transportados junto do líquido.
Não geram ruído.
Esta observação é pertinente pois mesmo que estes efeitos
coexistam, as medidas para combatê-los são diferentes
Bombas e suas associações
Bombas em paralelo :
Observamos que quanto mais bombas operam em paralelo, mais a esquerda do
ponto de melhor rendimento (ponto de projeto) a bomba irá operar.
Assim: Q > Q’ >Q’’ .
A operação em um ponto muito a esquerda do ponto de projeto traz sérios
inconvenientes,
como por exemplo:
- vibração; - recirculação hidráulica;
- aquecimento; - esforços elevados nos mancais;
Bombas em série :
1- Quando associamos duas ou mais
bombas em série, para uma mesma vazão,
a pressão total (altura manométrica) será a
soma das pressões (altura) fornecida por
cada bomba.
2- Para se obter a curva característica
resultante de duas bombas em série, iguais
ou diferentes, basta somar as alturas
manométricas totais, correspondentes aos
mesmos
valores de vazão,emcada bomba.
Bombas e suas associações
Tipos de Selagem
•A vedação do eixo é feita para que o fluido que está na câmara de bombeamento não “vaze” para o meio externo.
A vedação pode ser feita por:
•Retentores
•Gaxetas
•Selo mecânico
•Acoplamento magnético
Tipos de Selagem - retentor e gaxeta
RETENTORES: São anéis feitos de
elastomeros que ficam presos a carcaça e
vedam o eixo através de uma mola interna.
GAXETAS: São tiras de
material enroladas em
volta do eixo, cuja tensão
é controlada por um
preme gaxeta.
Packing
Lantern Ring
Packing Retainer Washer
Packing Gland
Tipos de Selagem (cont.)
SELO MECÂNICO: É composto
por uma sede rotativa presa ao
eixo e uma sede estacionária
presa ao corpo. O fluido é
barrado pelas vedações
secundárias e pelo contato entre
as faces das sedes.
ACOPLAMENTO MAGNÉTICO: É
composto por um magneto interno
preso ao rotor, um magneto externo
preso ao eixo do motor e um copo. O
magneto externo transfere rotação
para o magneto interno que gira o
rotor, o copo tem como função barrar
a passagem do fluido.
Bombas – a pré-seleção pelos catálogos
Seleção de bombas a partir dos catálogos dos fabricantes:
1- Determinar a altura requerida (linha Horizontal )
2- Determinar a vazão requerida ( linha vertical )
3- Se o cruzamento acontecer na linha da curva, escolher a bomba imediatamente
superior.
Referência Bibliográfica
1.Bombas Industriais - Autor: Edson Ezequiel de Mathos e Reinaldo de
Falco, Editora Interciência, 2008.
2.Bombas E Instalaçoes Hidraulicas, Sérgio Lopes dos Santos, 1a. Edição,
2015.
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