Tema 2: Turbo mquina Hidrulicas,

2.1 Definio

Mquinas Hidrulicas -so mquinas que trabalham fornecendo, retirando ou modificando a energia do lquido em escoamento.

2.1.1 Tipos de Mquinas Hidrulicas Bombas- so mquinas fornecem energia aos fluidos. Esta energia pode ser na forma de presso, energia cintica ou potencial. Turbinas (motores)-so mquinas que retiram energia de fluidos e convertem-na em energia mecnica.

2.2 Classificao de Bombas

Turbo-Bombas, Hidrodinmicas ou Rotodinmicas - so mquinas nas quais a movimentao do lquido desenvolvida por foras que se desenvolvem na massa lquida em conseqncia da rotao de uma pea interna (ou conjunto dessas peas) dotada de ps ou aletas chamada de roto;

Volumtricas ou de Deslocamento Positivo - so aquelas em que a movimentao do lquido causada diretamente pela movimentao de um dispositivo mecnico da bomba, que induz ao lquido um movimento na direo do deslocamento do citado dispositivo, em quantidades intermitentes, de acordo com a capacidade de armazenamento da bomba, promovendo enchimentos e esvaziamentos sucessivos, provocando, assim, o deslocamento do lquido no sentido previsto.

Exemplos de bombas rotodinmicas: bombas

centrfugas.

Exemplos de bombas volumtricas: bombas

mbolo ou alternativas e as rotativas

2.3 Bombas Centrfugas

Bombas Centrfugas - so bombas hidrulicas que

tm como princpio de funcionamento a fora

centrfuga atravs de palhetas e impulsores que

giram no interior de uma carcaa estanque, jogando

lquido do centro para a periferia do conjunto

girante.

Componentes de Bombas Centrfugas

Rotor - que um conjunto de palhetas que

impulsionam o lquido atravs da voluta, fixado no

eixo da bomba.

carcaa - a parte da bomba onde, no seu interior,

a energia de velocidade transformada em energia

de presso, o que possibilita o lquido alcanar o

ponto final do recalque. no seu interior que est

instalado o conjunto girante (eixo-rotor) que torna

possvel o impulsionamento do lquido.

Elementos fundamentais de um sistema de

transporte de fluidos

Exprimindo a equao de Bernoulli em unidades

de altura e rearranjando-a podemos obter:

chamada curva caracterstica da instalao ou

simplesmente curva da instalao.

Representa a energia necessria para

transportar o caudal de fluido desejado na

referida instalao. uma exigncia do sistema

e no depende da bomba que se usa.

Exercicio

1. Escreva a equao da curva de Instalao para o sistema com os dados abaixo: Hgeo= 20mm f = 0.024 Conduta de suco D = 200mm Leq=12m Conduta de presso D = 150mm L = 300m Numero de cotovelos = 8 fcotovelos= 0.5 Numero de valvulas = 1 fvalvulas=2.0

Rendimentos de bomba

Perdas de Energia - A quantidade de energia eltrica a ser

fornecida para que o conjunto motor-bomba execute o

recalque, no totalmente aproveitada para elevao do

lquido, tendo em vista que no possvel a existncia de

mquinas que transformem energia sem consumo nesta

transformao.

Rendimentos da bomba - Rendimento de uma bomba

a relao entre a potncia fornecida pela bomba ao lquido

(potncia til) e a cedida a bomba pelo eixo girante do

motor (potncia motriz).

-A relao entre a energia cedida pelo eixo do motor ao

da bomba (que resulta na potncia motriz) e a fornecida

inicialmente ao motor denominada de rendimento

mecnico do motor ()

-A relao entre a energia cedida pelo rotor ao lquido

(que resulta na potncia de elevao) e a fornecida

inicialmente ao motor chamada de rendimento total.

=

Potncia solicitada pela bomba - Pb

Denomina-se de potncia motriz (tambm

chamada de potncia do conjunto motor-bomba)

a potncia fornecida pelo motor para que a

bomba eleve uma vazo Q a uma altura H.

Nestes termos temos:

=

Pb = potncia em Kgm/s,

Q = vazo em m3/s

H = altura manomtrica,

.= rendimento total

= peso especifico do liquido

Curvas caractersticas da bomba

Exercicio: 1

Uma bomba centrifuga tem curvas caracteristicas dadas na tabela abaixo. A bomba usada para transportar agua de um

reservatrio inferior para um superior por uma conduta de 800m de comprimento 15cm de dimetro, a diferena de

niveis nos reservatrios de 8m. Desprezando as perdas localizadas determine o caudal volumtrico e a potncia

consumida pela bomba. (f=0.016)

Q (m3/h) 0 23 46 69 92 115

H (m) 17 16 13.5 10.5 6.6 2

%

0 49.5 61 63.5 53 10

Velocidade especfica e lei de afinidades

A velocidade especfica serve para

caracterizar a rapidez de rotao de um impulsor.

Cada forma particular de rotor tem uma

velocidade especfica tpica.

Pela anlise dimensional pode-se mostrar que:

Q caudal volumtrico por fase m3/s

H altura de elevao por fase m

n velocidade de rotao rpm ou rps

valores tpicos de velocidade especfica

Bombas radiais lentas: 10 40 rpm

Bombas radiais rpidas: 40 80 rpm

Bombas diagonais: 80 100 rpm

Bombas axiais: 200 500 rpm

Alteraes nas condies de funcionamento

de bombas

Variando o nmero de rotaes a que uma bomba

funciona altera-se a posio da curva caracterstica

da bomba:

Exercicio

1. Uma bomba centrifuga de 20Hp, 40L/s e 30m

de altura manomtrica est funcionando com

1750rpm. Quais sero as consequncias de uma

alterao de velocidade para 1450rpm.

2. Uma bomba fornece 0.019m3/s contra uma

carga de 16.76m com uma velocidade rotativa

de 1750rpm. Determine a sua velocidade

especifica

3.

Considere uma bomba cujas as curvas caracteristicas a 1000 rpm so dadas na tabela abaixo.

a) Indique o tipo de rotor

b) Pretende-se reduzir o caudal para 0.12m3/s encarrando duas possibilidades:

Reduzir a velocidade de rotao

Introduzir a perda de presso a saida da bomba.

Qual das duas operaes implica maior consumo de energia.

Q(m3/s) 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16

H (m) 20.0 20.4 20.4 20.2 19.6 18.4 17.0 15.0

rendimento 54 65 72 75 74 70 62

Associao de bombas em srie e em paralelo

Instalando-se duas ou mais bombas em srie, deve-se

considerer a soma das Alturas de elevao que caracterizam cada

uma das bombas, admitindo-se a mesma vazo unitria.

Se as bombas trabalharem em paralelo, admite-se a

mesma altura manomtrica, somando-se as vazes das

unidades instaladas, desde que no seja alterada a altura

manomtrica (bombas semelhantes).

Canalizao de suco

Caracteristicas de Canalizao

Deve ser a mais curta possvel, evitando-se ao mximo peas especiais, como curvas, cotovelos, etc.

A tubulao deve ser sempre ascendente at atingir a bomba. Podem-se admitir trechos perfeitamente horizontais.

Sempre que diversas bombas tiverem suas canalizaes de suco ligadas a uma tubulao nica ( de maior dimetro), as

conexes devero ser feitas por meio de Y ( junes), evitando-se o emprego de ts.

A canalizao de suco geralmente tem um dimetro comercial imediatamente superior ao da tubulao de recalque.

Alturas mximas de suco

A disposio e o assentamento das bombas

NPSH: Energia disponvel no lquido na

entrada da bomba

A sigla NPSH do ings Net Positive Suction Head

adotada universalmente para designar a energia

disponvel na suco, ou seja, a carga positiva e efectiva

na suco. H dois valores a considerar:

NPSH requerido, que uma caracteristica hidrulica

da bomba, fornecida pelo fabricante;

NPSH disponvel, que uma caracterstica das

instalaes de suco, que se pode calcular:

= +

Onde:

+H carga ou altura de gua na suco (entrada afogada)

-H altura de aspirao

Pa presso atmosferica no local

Pv presso de vapor

- peso especfico

hf soma de todas perdas de carga na suco

para que uma bomba funcione bem, preciso que o

Cavitao

Quando a presso absoluta em um determinado ponto se reduz a

valores abaixo de um certo ,limite, alcanando o ponto de

ebulio da gua esse liquido comea a ferver e as condutas ou

peas (de bombas, turbinas ou tubulaes) passam a apresentar,

em parte, bolsas de vapor, ou cavidades preenchidas com vapor,

denomina-se cavitao.

Sempre que a presso em algum ponto de uma bomba ou

turbina atinge o limite crtico ( presso de vapor), as condies

de funcionamento tornam-se precrias e as mquinas comeam

a vibrar, em consequncia da cavitao

Os efeitos da cavitao transmitem-se para estruturas

prximas , reduzindo o rendimento e podendo causar

srios danos materiais s instalaes.

Critrio adotado para o exame das condies

de funcionamento de uma instalao

=

Onde

H altura efectiva da bomba

Ha altura correspondente a presso atmosferica

Hv altura devido a presso atmosfrica local

Hs altura de suco das bombas

Grfico nmero de thoma vs velocidade especfica

Canalizao de recalque. Dimensionamento

econmico. Formula de Bresse

Teoricamente, o dimetro de uma linha recalque pode ser qualquer, mas de ponto de vista