Rugosidade

As superfícies dos componentes mecânicos devem ser adequadas ao tipo de função que

exercem.

Por esse motivo, a importância do estudo do acabamento superficial aumenta à medida que

crescem as exigências do projeto.

As superfícies dos componentes deslizantes, como o eixo de um mancal, devem ser lisas para

que o atrito seja o menor possível. Já as exigências de acabamento das superfícies externas da

tampa e da base do mancal são menores.

A produção das superfícies lisas exige, em geral, custo de fabricação mais elevado.

Os diferentes processos de fabricação de componentes mecânicos determinam acabamentos

diversos nas suas superfícies.

As superfícies, por mais perfeitas que sejam, apresentam irregularidades. E essas

irregularidades compreendem dois grupos de erros: erros macrogeométricos e erros

microgeométricos.

Erros macrogeométricos Erros macrogeométricos são os erros de forma, verificáveis por meio

de instrumentos convencionais de medição, como micrômetros, relógios comparadores,

projetores de perfil etc.

Entre esses erros, incluem-se divergências de ondulações, ovalização, retilineidade,

planicidade, circularidade etc.

Durante a usinagem, as principais causas dos erros macrogeométricos são:

defeitos em guias de máquinas-ferramenta;

desvios da máquina ou da peça;

fixação errada da peça;

distorção devida ao tratamento térmico.

Erros microgeométricos Erros microgeométricos são os erros conhecidos como rugosidade.

Rugosidade é o conjunto de irregularidades, isto é, pequenas saliências e reentrâncias que

caracterizam uma superfície. Essas irregularidades podem ser avaliadas com aparelhos

eletrônicos, a exemplo do rugosímetro. A rugosidade desempenha um papel importante no

comportamento dos componentes mecânicos. Ela influi na:

qualidade de deslizamento;

resistência ao desgaste;

possibilidade de ajuste do acoplamento forçado;

resistência oferecida pela superfície ao escoamento de fluidos e lubrificantes;

qualidade de aderência que a estrutura oferece às camadas protetoras;

resistência à corrosão e à fadiga;

vedação;

aparência.

A grandeza, a orientação e o grau de irregularidade da rugosidade podem indicar suas causas

que, entre outras, são:

imperfeições nos mecanismos das máquinas-ferramenta;

vibrações no sistema peça-ferramenta;

desgaste das ferramentas;

o próprio método de conformação da peça.

Para estudar e criar sistemas de avaliação do estado da superfície, é necessário definir

previamente diversos termos e conceitos que possam criar uma linguagem apropriada. Com

essa finalidade utilizaremos as definições da norma NBR 6405/1988.

Superfície geométrica

Superfície ideal prescrita no projeto, na qual não existem erros de forma e acabamento. Por

exemplo: superfícies plana, cilíndrica etc., que sejam, por definição, perfeitas. Na realidade,

isso não existe; trata-se apenas de uma referência.

Superfície real

Superfície que limita o corpo e o separa do meio que o envolve. É a superfície que resulta do

método empregado na sua produção. Por exemplo: torneamento, retífica, ataque químico etc.

Superfície que podemos ver e tocar.

Superfície efetiva

Superfície avaliada pela técnica de medição, com forma aproximada da superfície real de uma

peça. É a superfície apresentada e analisada pelo aparelho de medição. É importante

esclarecer que existem diferentes sistemas e condições de medição que apresentam diferentes

superfícies efetivas.

Perfil geométrico

Interseção da superfície geométrica com um plano perpendicular. Por exemplo: uma

superfície plana perfeita, cortada por um plano perpendicular, originará um perfil geométrico

que será uma linha reta.

Perfil real

Intersecção da superfície real com um plano perpendicular. Neste caso, o plano perpendicular

(imaginário) cortará a superfície que resultou do método de usinagem e originará uma linha

irregular.

Perfil efetivo

Imagem aproximada do perfil real, obtido por um meio de avaliação ou medição. Por

exemplo: o perfil apresentado por um registro gráfico, sem qualquer filtragem e com as

limitações atuais da eletrônica.

Perfil de rugosidade

Obtido a partir do perfil efetivo, por um instrumento de avaliação, após filtragem. É o perfil

apresentado por um registro gráfico, depois de uma filtragem para eliminar a ondulação à qual

se sobrepõe geralmente a rugosidade.

Perda de Carga

O líquido ao escoar em um conduto é submetido a forças resistentes exercidas pelas paredes

da tubulação e por uma região do próprio líquido. Nesta região denominada camada limite há

um elevado gradiente de velocidade e o efeito da velocidade é significante. A conseqüência

disso é o surgimento de forças cisalhantes que reduzem a capacidade de fluidez do líquido. O

conceito de camada limite foi desenvolvido em 1904 por Ludwig Prandtl.

O líquido ao escoar transforma (dissipa) parte de sua energia em calor. Essa energia não é

mais recuperada na forma de energia cinética e/ou potencial e, por isso, denomina-se perda de

carga. Trata-se de perda de energia devido ao atrito contra as paredes e à dissipação devido à

viscosidade do líquido em escoamento.

Para efeitos de estudo e de cálculos para dimensionamentos em engenharia, a perda de carga,

denotada por □h ou hp, é classificada em perda de carga contínua, ou linear, denotada por

□h’,hf ou hL e perda de carga singular, □h” ou hS.

As perdas de carga lineares são aquelas devido ao fluxo em trechos retilíneos de tubulação,

enquanto que as singulares, são devidas à trechos curvos, à peças e dispositivos especiais

instalados na linha onde se está verificando ou calculando as perdas de carga, sendo assim

denominadas como perdas de carga singulares.

Conforme visto anteriormente, temos na figura abaixo, e na respectiva equação da

conservação de energia de Bernoulli, o seguinte:

Considerando agora o mesmo esquema ilustrado acima, para uma tubulação sem variação de

diâmetro, sabe-se que a velocidade média nas duas seções será igual, pois a vazão e o

diâmetro do conduto são constantes (equação da continuidade).

Assim, pode-se definir, para a perda de carga entre os pontos 1 e 2, o seguinte:

A perda de carga linear quando expressa por unidade de comprimento do conduto, é chamada

de perda de carga unitária, expressa por J, ou seja:

Fórmula Universal de Perda de Carga (Darcy-Weisbach)

Diversos estudos apontaram para a relação de proporcionalidade que a resistência ao

escoamento em uma tubulação poderia possuir, concluindo-se que a mesma é:

Independente da pressão a que o líquido é submetido em um escoamento;

Diretamente proporcional ao comprimento L;

Inversamente proporcional a uma certa potência do diâmetro D;

Proporcional a uma certa potência da velocidade V; e

Relacionada à rugosidade da tubulação, se o escoamento for turbulento.

Assim, diversas formulações empíricas foram sugeridas baseadas nesta proporcionalidade,

sendo que Henry e Weisbach por volta de 1845 fizeram um estudo avaliando as diferentes

forças presentes em um elemento de fluido em escoamento sobre uma tubulação,

principalmente relacionando a força de cisalhamento existente junto às paredes do conduto.

Estabeleceram então a formulação seguinte:

então chamada de Fórmula Universal da Perda de Carga, ou Fórmula de Darcy-Weisbach,

onde:

L: comprimento da tubulação;

D: o diâmetro do conduto;

v: velocidade do escoamento;

g: aceleração local da gravidade; e

f: fator de perda de carga (ou fator de atrito  friction).

O fator de perda de carga f, na época da proposição da fórmula, era tido como um valor

constante e dependente então de características da tubulação. Com o tempo, porém, esta teoria

demonstrou-se equivocada, descobrindo-se e propondo formulações específicas para o cálculo

deste coeficiente.

Como ficaria uma equação para expressar a perda de carga unitária J utilizando a equação da

perda de carga universal, e ainda expressa em termos de vazão, para um conduto de seção

circular?

Determinação do fator de perda de carga f

A fórmula universal da perda de carga apresentada acima se trata de uma equação

dimensionalmente homogênea, sendo o fator de perda de carga f, um elemento numérico

adimensional. Esta formulação, pela sua generalidade, pode ser utilizada para calcular as

perdas de carga lineares nos condutos tanto em regime laminar, quanto em regime turbulento.

A estrutura da fórmula continua válida nestes dois regimes, entretanto a determinação do fator

de perda de carga f é que deverá ser modificada para considerar a diferença de

comportamento do fluxo nestes dois regimes de escoamentos.

Experimentalmente, demonstra-se que este fator de perda de carga é dependente de variáveis

como a velocidade média do escoamento (v), o diâmetro do tubo (D), a massa específica (□) e

a viscosidade (□) do fluido, bem como de características físicas relacionadas com a

rugosidade das paredes internas do conduto (□) tais como o tamanho, a forma e o arranjo

espacial (distribuição) dessas rugosidades.

Tipos de Perdas

As perdas podem ser classificadas em duas formas: Perdas de carga distribuídas ou Primárias

e Perdas de carga localizadas ou Secundárias. A perda de carga total é aquela considerada

como a soma das perdas.

A perda de carga distribuída se deve aos efeitos do atrito no escoamento completamente

desenvolvido em tubos de seção constante. A perda de carga localizada se deve ao fato dos

vários acessórios que uma tubulação deve conter tais como: válvulas, registros, luvas, curvas,

entre outros.

Cavitação

Pelo conceito de pressão de vapor, vimos que mantendo-se um fluido a uma temperatura

constante e diminuindo-se a pressão, o mesmo ao alcançar a pressão de vapor, começará a

vaporizar.

Este fenômeno ocorre nas bombas centrifugas, pois o fluido perde pressão ao longo do

escoamento na tubulação de sucção.

O esquema abaixo representa duas seções (1) e (2), quaisquer, no sistema de escoamento na

sucção de uma bomba.

Se a pressão absoluta do líquido, em qualquer ponto do sistema de bombeamento, for

reduzida (ou igualada) abaixo da pressão de vapor, na temperatura de bombeamento; parte

deste líquido se vaporizará, formando “cavidades” no interior da massa líquida. Estará aí

iniciado o processo de cavitação.

As bolhas de vapor assim formadas são conduzidas pelo fluxo do líquido até atingirem

pressões mais elevadas que a pressão de vapor ( normalmente na região do rotor), onde então

ocorre a implosão (colapso) destas bolhas, com a condensação do vapor e o retorno à fase

líquida. Tal fenômeno é conhecido como CAVITAÇÃO.

Normalmente a cavitação é acompanhada por ruídos, vibrações e com possível erosão das

superfícies sólidas (pitting).

Deve-se salientar, que a erosão por cavitação não ocorre no local onde as bolhas se formam,

mas sim onde as mesmas implodem.

Os efeitos da cavitação dependem do tempo de sua duração, da sua intensidade, das

propriedades do líquido e da resistência do material à erosão por cavitação.

A cavitação, naturalmente, apresenta um barulho característico, acompanhado de redução na

altura manométrica e no rendimento. Se de grande intensidade, aparecerá vibração, que

comprometerá o comportamento mecânico da bomba.

Em resumo, são os seguintes, os inconvenientes da cavitação:

Barulho e vibração.

Alteração das curvas características.

Erosão - remoção de partículas metálicas - pitting.

Região Principal de Cavitação

Pelo que foi exposto, concluímos que a região que está susceptível à cavitação é a sucção da

bomba, pois é onde o sistema de bombeamento apresenta a menor pressão absoluta.

Portanto o ponto crítico para a cavitação é a entrada do rotor. Nesta região a quantidade de

energia é mínima, pois o líquido ainda não recebeu nenhuma energia por parte do rotor.

Assim, a cavitação, normalmente, inicia-se nesse ponto, em seguida, as cavidades são

conduzidas pela corrente líquida provocada pelo movimento do rotor, alcançando regiões de

pressão superior à de vapor do fluído, onde se processa a implosão das cavidades (bolhas).

Perda de Carga Normal em Tubulação Rugosa e Lisa

Informações Técnicas

Leituras feitas em laboratório:

Cálculo da vazão para cada tubo:

Informações Adicionais:

De acordo com o informações técnicas fornecidas pelo fabricante TIGRE para tubos

rosqueáveistemos espessuras de 3,5mm e 3,7mm para os diâmetros nominais de 25 e 32

respectivamente.Porém os diâmetros externos são 27,8mm e 33,6mm (medidos com o

paquímetro nolaboratório).

Diâmetro interno do tubo liso =26,2mm

Diâmetro interno do tubo rugoso =20,8 mm

álculo da perda de carga normal, em m, e a perda de carga unitária, em m/m:

O Fenômeno da Cavitação:

O Fenômeno da Cavitação decorre, segundo relatos de manutenção, da ebulição da água no

interior dos condutos, quando as condições de pressão caem a valores inferiores a pressão de

vaporização estimada.

Assim em decorrência, no interior das bombas, no deslocamento das pás, ocorrem

inevitavelmente rarefações no líquido, isto é, pressões reduzidas devidas à própria natureza do

escoamento ou ao movimento de impulsão recebido pelo líquido, tornando possível a

ocorrência do fenômeno que vai gerar inevitalvemente:

formação de bolhas de vapor prejudiciais ao seu funcionamento,

ultrapassagem da resistência à tração do metal danificando progressivamente

partículas superficiais do rotor, defasando sua utilidade com o tempo.

Características: Quando ocorre a cavitação são ouvidos ruídos e vibrações característicos e de

percepção imediata do responsável pela manutenção e quanto maior for a bomba, maiores

serão estes efeitos. Nas bombas a cavitação geralmente ocorre por:

altura inadequada da sucção (problema geométrico),

velocidades de escoamento excessivas (problema hidráulico) ou,

escorvamento incorreto (problema operacional).

Consequências: Além de provocar o desgaste progressivo até a deformação irreversível dos

rotores e das paredes internas da bomba, simultaneamente esta apresentará uma progressiva

queda de rendimento, caso o problema não seja corrigido.

Precauções: Em um programa de manutenção corretiva e preventiva, é indispensável que

sejam feitas observações e inspeções diárias, mensais, semestrais e anuais, em todas as

instalações eletromecânicas.

Em sua rotina diária o operador deverá anotar todas as ocorrências ou anomalias,

principalmente as relacionadas á variações de corrente, temperaturas excessivas nos mancais

da caixa de gaxetas, vibrações anormais e ruídos estranhos.

O surgimento de alterações como estas, indicam a necessidade imediata de inspeções

corretivas.

Como procedimentos preventivos, mensalmente deverão ser verificados o alinhamento do

conjunto motor-bomba, a lubrificação das gaxetas, a temperatura dos mancais e os níveis do

óleo e realizar as correções se assim for necessário.

Semestralmente ou conforme determinado pelo plano de manutenção o pessoal da

manutenção deverá substituir o engaxetamento, verificar o estado do eixo e das buchas quanto

a presença de estrias e, através da caixa de gaxetas, examinar o alinhamento e nivelamento

dos conjuntos motor-bombas e verificar se as tubulações de sucção ou de recalque estão

forçando indevidamente alguma das bombas e, finalmente, medir as pressões nas entradas e

saídas das bombas.

Independente de correções eventuais ou das checagens parciais determinadas, anualmente

deve ser programado uma revisão geral no conjunto girante, no rotor e no interior da carcaça,

verificar os intervalos entre os anéis, medir a folga do acoplamento, substituir as gaxetas,

trocar o óleo e relubrificar os mancais.

A realização desse acompanhamento sistemático não dá garantias que não ocorrerá situações

emergenciais, mas a certeza que este tipo de ocorrência será muito mais raro é inquestionável.

Todas as informações ou procedimentos determinados deve ser realizado não somente pela

experiência do técnico ou do responsável pela manutenção mas decorrente do manual de

instruções do equipamento e orientações do fabricante.

No mais a organização deve manter em fácil acesso quer seja em suas intalações ou em

fornedor de pronta entrega peças sobressalentes ou um plano contigencial.

Relatório 1

A cavitação é um fenômeno originado em quedas repentinas de pressão, geralmente

observado em sistemas hidráulicos cuja combinação entre a pressão, temperatura e velocidade

resulta na liberação de ondas de choque e micro-jatos altamente energéticos, causando a

aparição de altas tensões mecânicas e elevação da temperatura, provocando danos na

superfície atingida.

A análise através do Teorema de Bernoulli, enfatiza que num escoamento de um líquido

sempre que a velocidade aumenta a pressão cai, para que a energia mecânica permaneça

constante.

Quando esta pressão cai, para que a energia mecânica permaneça constante, a pressão deve

atingir o valor igual ou menor da pressão de vapor do líquido.

A ocorrência de uma vaporização local do fluído, formando bolhas de vapor é um fenômeno

que recebe o nome de cavitação que em resumo é a formação de cavidades dentro da massa

líquida cuja ocorrência ocorre comumente em bombas de água e de óleo, válvulas, turbinas

hidráulicas,propulsores navais e até em canais de concreto com altas velocidades, e em

vertedores de barragens.

Estas bolhas de vapor que se formaram no escoamento devido à baixa pressão, serão

carregadas e podem chegar a uma região em que a pressão cresça novamente a um valor

superior à P o que irá incorrer na "implosão" dessas bolhas.

Se a região de colapso das bolhas for próxima a uma superfície sólida, as ondas de choque

geradas pelas implosões sucessivas das bolhas podem provocar trincas microscópicas no

material, que com o tempo irão crescer e provocar o descolamento de material da superfície,

originando uma cavidade de erosão localizada.

Este é um fenômeno físico molecular e que se dissemina e tende a aumentar com o tempo

causando a ruína dos rotores.

Para o Engenheiro Mecânico é grande a preocupação com a cavitação, assim como com a

abrasão das areias e demais sedimentos transportados pela água no interior de bombas e

turbinas, sobretudo devido aos prejuízos que podem causar nas estações elevatórias e nas

turbinas e vertedores das usinas hidrelétricas.

Ela deve ser sempre evitada de forma a prevenir a ocorrência dos prejuízos financeiros que

causa devido a erosão associada, seja nas pás de turbinas, de bombas, em pistões ou em

canais.

Não se deve confundir o fenômeno químico da corrosão com os fenômenos físicos da

cavitação e da abrasão,embora os efeitos nas pás de bombas e de turbinas sejam parecidos,

assim como nas superfícies de concreto dos canais dos vertedores.

A importância do estudo do acabamento superficial aumenta na medida em que cresce a

precisão de ajuste entre as peças a serem acopladas, onde somente a precisão dimensional, de

forma e de posição não é suficiente para garantir a funcionabilidade do par acoplado.

O Engenheiro deve prever e trabalhar acerca de uma linha industrial, sempre que possível,

com o menornúmero de singularidades, e com a velocidade mais baixa possível, desde queisto

seja economicamente viável, pois estes dois fatores influem diretamente noresultado da perda

de carga da instalação.

BOMBAS

1. Máquinas Hidráulicas trabalham fornecendo, retirando ou modificando a

energia do líquido em escoamento;

2. Classificação:

2.1 Máquinas operatrizes introduzem no líquido a energia externa; transformam

energia mecânica fornecida por uma fonte em energia hidráulicasob a forma de

pressão e velocidade (exemplo: bombas hidráulicas);

2.2 Máquinas motrizes transformam energia do líquido e a transferem para o

exterior; (exemplos: turbinas, motores hidráulicos, rodas d’água);

2.3 Mistas máquinas que modificam o estado da energia que o líquido possui

(exemplos: os ejetores e carneiros hidráulicos);

3. Bombas

3.1 São máquinas operatrizes hidráulicas que fornecem energia ao líquido com a

finalidade de transportá-lo de um ponto a outro;

3.2 Recebem energia mecânica e a transformam em energia de pressão e cinética

ou em ambas;

3.3 As bombas podem ser classificadas em duas categorias, a saber:

Volumétricas - movimentação causada diretamente por um dispositivo

mecânico da bomba. Exemplo: bombas de êmbolo ou alternativas e as

rotativas

Turbo-Bombas - movimentação é desenvolvida em conseqüência da rotação

de uma ou mais peças internas, chamadas de roto.Exemplo: bombas

centrífugas;

3.4 Bombas Volumétricas Característica de funcionamento transferência direta da energia mecânica

cedida pela fonte motora em energia potencial (energia de pressão);

Transferência obtida pela movimentação de um orgão mecânico da bomba, que

obriga o fluido a executar o mesmo movimento do qual ele está animado;

O líquido, sucessivamente enche e depois é expulso dos espaços com volume

determinado no interior da bomba, dai resultando o nome de bombas

volumétricas;

3.5. Tubo-Bombas (Bombas centrífugas)

Característica de funcionamento: transferência de energia mecânica para o fluido

a ser bombeado em forma de energia cinética através de palhetas e impulsores

que giram no interior de uma carcaça estanque, jogando líquido do centro para a

periferia do conjunto girante.

Energia cinética é transformada em energia potencial (energia de pressão)

sendo esta a sua característica principal;

Um rotor inserido em uma carcaça (corpo da bomba) é o órgão funcional

responsável por tal transformação;

O rotor, que é um conjunto de palhetas que impulsionam o líquido através da

voluta; é fixado no eixo da bomba,

A carcaça é a parte da bomba onde, no seu interior, a energia de velocidade é

transformada em energia de pressão, o que possibilita o líquido alcançar o ponto

final do recalque. Pode ser do tipo voluta ou do tipo difusor. A de voluta é a mais

comum podendo ser simples ou dupla;

Figura - Voluta em caracol

Classificações Importantes

Quanto à trajetória do fluidoa) Bombas radiais ou centrífugas: sua característica básica é trabalhar com

pequenas vazões a grandes alturas, com predominância de força centrífuga;

são as mais utilizadas atualmente.

b) Bombas axiais: trabalha com grandes vazões a pequenas alturas.

c) Bombas diagonais ou de fluxo misto: caracterizam-se pelo recalque de

médias vazões a médias alturas, sendo um tipo combinado das duas anteriores.

Quanto ao posicionamento do eixoa) Bomba de eixo vertical: utilizada em poços subterrâneos profundos.

b) Bomba de eixo horizontal: é o tipo construtivo mais usado.

Quanto à posição do eixo da bomba em relação ao nível daáguaa) Bomba de sucção positiva: quando o eixo da bomba situa-se acima do

nível do reservatório.

b) Bomba de sucção negativa ("afogada"): quando o eixo da bomba situa-se

abaixo do nível do reservatório.

(a) (b)

FIGURA- Classificação das bombas com relação à posição do eixo em

relação ao nível d'água.

Válvula de pé com crivo p/ bomba acima do nível do reservatório, ela impede

o retorno do líquido quando a bomba é desligada. Tubulação e bomba sempre

cheios (escorvados);

Crivo impede entrada de partículas sólidas;

Redução excêntrica > que a entrada da bomba; evita acúmulo de bolhas de

ar na entrada da bomba;

Motor fornece energia mecânica à bomba (elétrica ou combustão);

Bomba Adiciona energia ao escoamento da água;

Válvula de retenção protege a bomba contra o retorno da água; mantém a

coluna líquida na parada do motor;

Registro visa à manutenção da válvula de retenção e controle de vazão

(gaveta);

Para bomba auto-escorvada (sucção negativa) dispensa-se a válvula com pé,

pois a tubulação se mantém cheia; necessário registro na tubulação para

manutenção;

4. Parâmetros Hidráuilicos

4.1 – Altura Manométrica (Hm) energia absorvida por unidade de peso de líquido

ao atravessar a bomba; energia de saída menos a energia de entrada;

Pressão Atmosférica = 0

Energia Cinética = desprezível V=0

Z2-Z1= Desnível Geométrico – Hg ;Hm= Hg + h1,2

4.2 – Potência

Para o Brasil – unidade cv

Potência Requerida: a bomba deve receber uma potência superior a potência

hidráulica, pois há perdas no seu interior;

A relação entre Potência Hidráulica (PH) e a Potência absorvida pela bomba (PB)

é denominado rendimento ou eficiência da bomba- b;

Rendimento varia segundo a Q, Hm, e o tipo de bomba, estando entre 30 e 90%.

PB= γ xQxHm75ηb

Para avaliação da potência do conjunto elevatório (motor e bomba) – em cv

PB= γ xQxHm75η

, sendo que η=ηbxηm

4.3 – Dimensionamento econômico da bomba

Considerações

o pequenos perda de carga maior Hm e Potência do conjunto mais

elevadas conjunto mais caro e com maior despesa com energia,

embora a tubulação seja menor;

o maiores alto custo para implantação menor perda de carga

Potencia reduzida custo menor para aquisição e manutenção;

Diâmetro Econômico é o mais conveniente economicamente;

Funcionamento Contínuo sistema em funcionamento por 24h

K depende : fatores econômicos de implantação e manutenção, varia de 0,6 a

1,6 adota-se em geral K=1,2;

Funcionamento Descontínuo reservatórios residenciais ou edifícios

Onde X nº de horas de funcionamento por dia;

Exercicio 5.1

Dimensionar um sistema elevatório para um edifício residencial, cujo consumo diário

é 128.000litros. As características do sistema estão relacionadas a seguir:

- Característica da Sucção:

Altura geométrica de sucção: 3,0m;

Comprimento da tubulação: 6,0m;

Singularidades:

1 válvula de pé com crivo;

4 joelhos de 90º

- Características do Recalque

Altura geométrica de recalque: 40,0m;

Comprimento da tubulação: 48,0m;

Singularidades:

1 registro de gaveta;

1tê de passagem direta;

8 joelhos de 90º;

1 válvula de retenção tipo leve

Material das tubulações: ferro galvanizado com costura (e=0,15mm)

Viscosidade da água: 1,01x10-6 m²/s;

Tempo previsto para funcionamento das bombas: 5 horas por dia;

Rendimento estimado para o conjunto motor-bomba: 60%

Curvas Características das Bombas Bombas são projetadas para atender: vazões e Hmanométricas previamente

definidas;

No entanto, elas podem atingir outros valores de vazões e de Hm, além dos

pontos projetados;

O conjunto dos pontos em que a bomba é capaz de atingir (operar) constitui a

faixa de operação das bombas. Além da vazão e da Hm, busca-se obter nos

ensaios das bombas as seguintes informações:

Desenvolvimento da potência necessária ao acionamento da bomba (PB)

com a vazão recalcada Q PBxQ;

Variação do rendimento x Q;

Variação do NPHS x Q cavitação;

Gráficos de avaliação;

Curvas características de HmxQ traduzem a seguinte fórmula (equação do 2º

grau)

Onde a,b e c são obtidos de forma experimental com 03 pares.

Análise gráfica – PB x Q >PB >Q

As informações trazidas pelas curvas são essenciais para a escolha da bomba e

para o modo de operação da elevatória;

Influência da rotação na curva característica da Bomba Bombas são acionadas por motores, cujas rotações variam segundo o tipo de

motor acoplado.

A1 e A2 têm a mesma eficiência; B1 e B2 também são considerados homólogos;

Um modelo de bomba pode ser acionado por dois tipos de motores, com

rendimentos n1 en2; É possível obter para cada ponto da curva à rotação n1,

outro ponto equivalente para a curva n2 teoria da semelhança mecânica;

Quando não se conhece a curva experimental de rendimento, utiliza-se a

seguinte fórmula

Influência do diâmetro do rotor na curva característica

Tal equação não tem apresentado muita precisão recomenda-se consultar o

fabricante da bomba para maiores detalhes;

Curva da Bomba x curva do sistema de tubulação Ponto de operação da bomba interseção da curva característica da bomba

com a curva do sistema de tubulação;

Curva do Sistema de tubulação Equação do sistema de tubulação para situação em que os pontos 1 e 2 estão

sujeitos à mesma pressão atmosférica (Método dos comprimentos equivalentes);

Operação de Múltiplas Centrífugas Operação: série e em paralelo;

Ponto de operação é obtido pela interseção da Curva Característica do sistema

(Cs) com a curva resultante da associação das bombas;

Bombas em paralelo: quando uma bomba somente não atende a elevatória em

termos de vazãoou quando se deseja aumentar a capacidade do sistema por

partes AD=AB+AC a curva resultante é obtida adicionando-se as abcissas (Q)

das curvas características de cada bomba para uma mesma Hm;

Bombas em série: quando se tem uma altura manométrica muito elevada;Curva

resultante: AD=AB+AC – Soma-se as ordenadas Hm das curva características de

cada bomba,para uma mesma vazão;

5 –CAVITAÇÃO

Fenômeno de formação de cavas num líquido devido a diminuição da pressão,

segundo a pressão de vapor, a uma temperatura constante;

Quando Pabsoluta¿

Pvapor do líquido, parte deste se vaporiza, formando bolhas;

Têm-se as seguintes conseqüências:

As bolhas se expandem e ocupam toda a seção interrompem o fluxo do

líquido;

As bolhas danificam a bomba;

Provocam barulhos e vibrações (colapso de bolhas);

Alteração das curvas características (bolhas e turbulências);

Não ocorre cavitação Pressão reinante> pressão de vapor (tab. 2.3);

Figura: P0 exposto a Pa e P1 menor pressão instalada de recalque;

Aplicando-se Bernoulli :

Z0+ P0γ

+V 0²2 g

=Z1+ P1γ

+V 1²2g

+Δh 0,1,

Z1-Z0= hs;V0=0

P0= Pressão Atmosférica (Patm) , P1 = Pressão de Vapor (Pv)

h 0,1 = hs+h* (fim da tubulação de sucção e a entrada do rotor);

Condição para cavitação P1=Pvapor;

Nota-se que somente a Patm é positiva o facilita o fenômeno da sucção; os

demais dificultam;

Para que não haja cavitação posicionar o eixo da bomba numa altura inferior à

altura hs;

Outra condição de se verificar a cavitação: separação da equação em termos

ligados à instalação ou ao líquido bombeado dos termos que dependem da

bomba

Líquido = NPSHdbomba = NPSHr

NPSHd (disponível) representa a carga existente na tubulação para permitir a

sucção do fluido;

NPSHr (requerida) representa a carga energética que a bomba necessita para

succionar o líquido sem cavitar;

Depende da velocidade e varia conforme a vazão;

São dados fornecidos pelo fabricante da bomba por meio de um gráfico

(NPSHr x Q);

A equação pode ser reescrita:

Encontra-se NPSHd e compara-se com NPSHr (do fabricante), para a mesma

vazão da bomba;

Quando o fabricante não fornece o gráfico, pode-se calcular um valor aproximado

pela expressão:

Margem de segurança: líquidos apresentam impurezas (gases) que ocasionam

cavitação importante margem de segurança ( 0,6m no líquido bombeado ou

20% no valor teórico)

6 – Estações Elevatórias

Bombas devem ser abrigadas em edificações;

Devem ter iluminação, ventilação e serem espaçosas;

Deve-se prever 02 bombas, sendo uma reserva;

Se utilizado 03 bombas, cada uma deverá ter uma capacidade para elevar de

50% do valor nominal do sistema;

Deve-se ter cuidados com:

Poço de sucção;

Peças especiais;

Canalização de sucção;

Canalização de recalque;

6.1 – Poço de sucção:

Retangulares, quadrados ou círculos;

Dimensões folgadas para o assentamento das peças;

Velocidade de entrada no tubo < 0,90m/s;

Profundidade útil do poço de sucção;

Paredes devem se estender pelo menos 10x o diâmetro da boca de aspiração;

6.2 – Peças especiais: crivo, registros, válvulas de pé;

6.3 – Assentamento de bomba: assentadas em nível, em perfeito alinhamento com

os motores; necessário execução de base de assentamento que absorva as

vibrações;

6.4 – Canalização da Sucção:

A mais curta possível, evitando-se peças especiais;

Tubulação ascendente até atingir a bomba;

Diâmetro de sucção > diâmetro de recalque;

7 – Velocidade máxima nas tubulações

Velocidade da água na boca de entrada das bombas – 1,50 à 5,0 m/s; toma-se

3,0m/s como temo médio;

Boca de saída: velocidades são mais elevadas, podendo atingir o dobro dos

valores de entrada;

Tubulações e recalque de grandes extensões dimensionadas pelo critério

econômico, utilizando-se o diâmetro comercial mais vantajoso; velocidades são

mais baixas – de 0,65 à 1,50 m/s;

8 – Golpe de Aríete

Fd

Yt

yty

Manutenção

Os problemas operacionais podem surgir das mais diversas origens como imperfeições no

alinhamento motor-bomba, falta de lubrificação ou lubrificação insuficiente ou qualidade

inadequada do lubrificante, etc, colocação e aperto das gaxetas, localização do equipamento,

dimensiona-mento das instalações de sucção e recalque, bem como suas próprias instalações,

fundações e apoios na casa de bombas, qualidade da energia fornecida, entre outros. Para

tanto e para minimizar os custos deve ser realizada a manutenção preventiva e a manutenção

corretiva.

Operação

De um modo geral operar uma bomba com vazão reduzida implica em aumento do empuxo

radial e da temperatura do líquido bombeado, além de gerar um retorno de fluxo,

extremamente prejudicial a estrutura do rotor.

Por outro lado vazões excessivas provocam aumento do NPSHr e redução do NPSHd e,

consequentemente, aumentando a possibilidade de surgimento de cavitação. Também o

excesso de vazão aumentará a potência requerida podendo, com isso, causar danos

significativos ao sistema de fornecimento de energia mecânica (motor).

Os principais defeitos que ocorrem em bombas centrífugas são descarga insuficiente ou nula,

pressão deficiente, perca da escorva após partida, consumo excessivo de energia, rápidos

desgastes dos rolamentos e gaxetas, aquecimentos, vibrações e ruídos.

E as principais causas são presença de ar ou vapor d’água dentro do sistema, válvulas

pequenas ou inadequadamente abertas, submergência insuficiente, corpos estranhos no rotor,

problemas mecânicos, refrigeração inadequada, lubrificação má executada, desgaste dos

componentes, desvios de projeto e erros de montagem.

BOMBAS VOLUMÉTRICAS BOMBAS CENTRÍFUGAS

Pequenas Vazões. Maiores Vazões.

Grandes Alturas. Pequenas Alturas.

Vazão depende muito pouco da variação do

sistema.

Intervalo de Variação de Vazão bastante amplo,

Vazão depende muito da resistência oferecida

pelo sistema.

Característica de funcionamento:

transferência direta da energia mecânica

cedida pela fonte motora em energia potencial

(energia de pressão).

Característica de funcionamento: transferência de

energia mecânica para o fluido a ser bombeado

em forma de energia cinética através de palhetas e

impulsores que giram no interior de uma carcaça

estanque, jogando líquido do centro para a

periferia do conjunto girante.

Transferência obtida pela movimentação de

um orgão mecânico da bomba, que obriga o

Energia cinética é transformada em energia

potencial (energia de pressão) sendo esta a sua

fluído a executar o mesmo movimento do

qual ele está animado.

característica principal.

O líquido, sucessivamente enche e depois é

expulso dos espaços com volume determinado

no interior da bomba, dai resultando o nome

de bombas volumétricas.

A carcaça é a parte da bomba onde, no seu

interior, a energia de velocidade é transformada

em energia de pressão, o que possibilita o líquido

alcançar o ponto final do recalque.

Instalar conforme parâmetros do fabricante. Instalar conforme parâmetros do fabricante.

Realizar manutenção preventiva e corretiva. Realizar manutenção preventiva e corretiva.

Manter plano de contigência e peças

sobressalentes.

Manter plano de contigência e peças

sobressalentes.

Relatório 2

Podemos definir bombas como máquinas geratrizes, cuja finalidade édeslocar líquidos por

escoamento.

Uma maquina geratriz, transformatrabalho mecânico que recebe de um motor em energia

hidráulica sob asformas que o líquido pode absorver, isto é, energia potencial de pressão

eenergia cinética.

Uma bomba hidráulica é um dispositivo que adiciona energia aos líquidos, tomando energia

mecânica de um eixo, de uma haste ou de um outro fluido: ar comprimido e vapor são os mais

usuais.

As formas de transmissão de energia podem ser: aumento de pressão, aumento de velocidade

ou aumento de elevação – ou qualquer combinação destas formas de energia. Como

consequência, facilita-se o movimento do líquido. É geralmente aceito que o líquido possa ser

uma mistura de líquidos e sólidos, nas quais a fase líquida prepondera.

Nas indústrias de processamento de alimentos e de produtosquímicos, nos sistemas de

irrigação para fins agrícolas, nas redes deabastecimento público, assim como nos sistemas de

tratamento de resíduos,os sistemas de transporte de fluidos são fundamentais.

Desta forma faz-se necessária a avaliação energética do sistema paraefetuar a escolha do

dispositivo motriz para satisfazer as condições doprocesso, uma vez que as características dos

equipamentos disponíveis sesuperpõem parcialmente.

Bombas centrífugas são particularmente vulneráveis, enquanto bombas de deslocamento

positivo são menos afetadas por cavitação, como são mais hábeis a bombear fluxos de duas

fases (a mistura de gás e líquido), entretanto, a taxa fluxo resultante da bomba irá ser

diminuída por causa do gás deslocando volumetricamente uma desproporção de líquido.

Quando a bomba está recebendo líquido na entrada e os rotores estão empurrando o líquido no

caudal, eles estão efetivamente tentando esvaziar os outros, porque para além da bomba está

mudando o movimento do líquido por um aumento de pressão nas pás do rotor, (instalações

de bombas gerais).

No quesito manutenção, deve-se atentar para a disponibilidade no mercado nacional, de peças

de reposição, suporte/assistência técnica e representantes do fabricante, e/ou empresas

especializadas.

Do contrário, a ausência destes poderão trazer transtornos futuramente.

No aspecto custo, pagar menos por uma solução inadequada, deficiente ou incompleta poderá

trazer prejuízos incalculáveis, mas, sempre estará presente a relação “custo e benefício”, um

em cada lado da balança.

Referências

FALCO, Reinaldo de. Bombas Industriais. 2ª. ed. Rio de Janeiro: Interciência, 1998.

BRUNETTI, Franco. Mecânica dos Fluidos. 1ª ed. São Paulo: Pearson - Prentice Hall,

2005.

SIQUEIRA, K.P. et. al. Principais metodologias de medição de estado de superfícies. Revista

Ciências Exatas e Naturais, v.5, n.2, 2003.

TIGRE, Catálogo predial de água fria. Disponível

em:<http://www.tigre.com.br/pt/produtos_unico.php?

rcr_id=4&cpr_id=7&cpr_id_pai=4&lnh_id=2&prd_id=689 >. Acesso em: 20 setembro de

2013.