Bombas e Compressores

1 - Bombas / bombeamento

Líquido perfeito:No estudo de bombas e instalações de bombeamento, considera-se

quase sempre o líquido sendo perfeito, isto é, um fluido ideal, incompressível, perfeitamente móvel, em cujas moléculas não se verificam forças tangenciais de atrito, sem viscosidade.

Admite-se que o líquido possua isotropia perfeita: suas propriedades características ocorrem do mesmo modo, independente da direção segundo a qual foram consideradas.

Escoamento permanente. Um líquido escoa em regime permanente ou com movimento

permanente quando, para qualquer ponto fixo do espaço, tomado no seu interior, as grandezas características das partículas que por ele passam (peso específico, temperatura) e suas condições de escoamento (velocidade, aceleração e pressão) são constantes no tempo.

Assim as grandezas citadas dependemda posição ocupada em um determinado instante.

2 - Bombas / bombeamentoExemplos:

Escoamento de água num canal de paredes lisas e de seção e declividade constantes: escoamento em tubulações sob altura de queda constante:

Quando estas condições não são satisfeitas, o regime é chamado não permanente.

Exemplo: Esvaziamento de um reservatório pelo fundo, portanto com

pressão variável em um ponto qualquer da tubulação a ele ligada.

O escoamento permanente pode ser uniforme e não uniforme.

Uniforme: quando as velocidades são iguais em todos os pontos de uma

mesma trajetória. As trajetórias serão retilíneas e paralelas. O escoamento uniforme não obriga que as velocidades sejam constantes transversalmente.


Não uniforme: É aquele em que as velocidades variam em cada seção

transversal ao longo do escoamento, pode ser acelerado ou retardado.

Escoamento irrotacional ou não turbulento (potencial). Não há movimento de rotação das partículas em torno de seus próprios centros de massa. Esse escoamento de translação ideal é chamado irrotacional e pode ser representado por uma rede fluida constituída por trajetórias e linhas normais as trajetórias, chamadas linhas de nível ou equipotenciais.


Escoamento em regime permanente e uniforme

Escoamento variado e acelerado


Trajetória (linha de corrente, filete).O lugar geométrico das posições sucessivas ocupadas, no

escoamento, por uma partícula líquida é denominada trajetória líquida. Quando o escoamento é permanente, a trajetória é imutável, o que significa serem iguais as trajetórias de todas as partículas que passam sucessivamente um mesmo ponto qualquer do espaço onde escoa o líquido.

6 – Bombas / bombeamento

Teoria de escoamento dos líquidos.

O estudo do escoamento dos fluidos pode ser realizado por um dos segintes métodos clássicos:

a) Método de Euler: considera-se um ponto fixo do espaço e se exprimem, a cada, instante, as grandezas características da partícula que passa por esse ponto.

b) Método de Lagrange. Acompanha-se a partícula ao longo de sua trajetória e se representam por equações a velocidade e demais características da partícula no instante considerado sobre sua trajetória.

7 – Bombas / bombeamentoTeoria de escoamento dos líquidos.


Máquinas motrizes:

São as que transformam a energia hidráulica em trabalho mecânico, fornecido, geralmente sob a forma de conjugado que determina um movimento praticamente uniforme. Se destinam a acionar outras máquinas, (geradores de energia elétrica). Dois tipos importantes:

Turbinas hidráulicas, nas quais o escoamento da água se dá em canais formados por pás curvas, dispostas simetricamente em torno de um eixo móvel, e que constituem o rotor.

Rodas d’água (hidráulicas), escoando em canais especiais ou despejadas em cubas, desenvolve forças que produzem o movimento do motor. Nestas máquinas, a água atua por peso e por velocidade.


Máquinas geratrizes:

São aquelas que recebem trabalho mecânico, geralmente fornecido por uma máquina motriz, e o transforma em energia hidráulica, comunicando ao líquido um acréscimo de energia sob a forma de energia potencial de pressão e cinética. Pertencem a esta categoria de máquina as bombas hidráulicas.

Bombas:

São máquinas geratrizes cuja finalidade é realizar o deslocamento de um líquido por escoamento. Sendo uma máquina geratriz, ela transforma o trabalho mecânico que recebe para seu funcionamento em energia, que é comunicada ao líquido sob as formas de energia de pressão e cinética.


Máquinas de Fluxo

Fluido de trabalhoDesignação

líquido turbina hidráulica e bomba centrífuga

gás (neutro) ventilador, turbocompressor

vapor (água, freon, etc) turbina a vapor, turbocompressor frigorífico

gás de combustão turbina a gás, motor de reação

Máquinas de Deslocamento

Fluido de trabalhoDesignação

líquido bomba de engrenagens, de cavidade progressiva, de parafuso

gás (neutro) compressor alternativo, compressor rotativo

vapor (freon, amônia, etc) compressor alternativo, compressor rotativo

gás de combustão motor alternativo de pistão

11 – Bombas / bombeamentoCaracterísticas Principais

Máquinas de fluxoMáquinas de deslocamento

alta rotação baixas e médias rotações

potência específica elevada (potência/peso)

potência específica média p/ baixa (potência/peso)

não há dispositivos com movimento alternativo

várias têm dispositivos com movimento alternativo

médias e baixas pressões de trabalho altas e muito altas pressões de trabalho

não operam eficientemente com fluidos de viscosidade elevada

adequadas para operar com fluidos de viscosidade elevada

vazão contínua na maior parte dos casos, vazão intermitente

energia cinética surge no processo de transformação de energia

energia cinética não tem papel significativo no processo de

transformação de energia

na maioria dos casos, projeto hidrodinâmico e características

construtivas mais complexas que as máquinas de deslocamento

na maioria dos casos, projeto hidrodinâmico e características

construtivas mais simples que as máquinas de fluxo


Bombas Hidráulicas

Bombas são máquinas destinadas a promover o transporte de líquidos. De acordo com nossas classificações iniciais, são máquinas de fluxo, semelhantes, em termos dos princípios operacionais, aos ventiladores e, de certa forma, às turbinas hidráulicas. As bombas promovem o deslocamento de líquidos, os ventiladores propiciam a movimentação de gases, ambos transferindo energia a estes fluidos de trabalho. As turbinas hidráulicas retiram energia do fluido de trabalho. Neste sentido, os ventiladores não deixam de ser bombas de gases. Entretanto, a designação corrente no meio profissional discrimina bombas de ventiladores, de acordo com o fluido de trabalho de cada um.


O modo pelo qual é feita a transformação do trabalho em energia hidráulica e o recurso para cede-la ao líquido aumentando sua pressão e ou velocidade permitem classificar as bombas em:

Bombas de deslocamento positivo

Turbobombas

Bombas especiais.

14 - Bombas / bombeamentoBombas de deslocamento positivo

Possuem uma ou mais câmaras, em cujo interior o movimento de um órgão propulsor comunica energia de pressão ao líquido, provocando o seu escoamento. Proporciona entyão as condições para que se realize o escoamento na tubulação da aspiração até a bomba e desta para a tubulação de recalque (saída).


Campo de emprego das bombas


Bomba de engrenagemBomba de rolos Bomba helicoidal Bomba de

excêntrico

Bomba de palhetas

Bomba de pistão giratório


Rotores fechados de turbobombas Rotor aberto de

turbobomba

As turbobombas, também chamadas bombas rotodinâmicas, são caracterizadas por possuírem um dispositivo rotatório dotado de pás, chamado de rotor, que exerce sobre o líquido forças que resultam da aceleração que lhe imprime. A finalidade do rotor, ou impelidor,, é comunicar à massa líquida aceleração, para que adquira energia cinética e pressão. O rotor pode ser:-Fechado, quando, além do disco onde se fixam as pás, existe uma coroa circular presa ás pás. Pela abertura desta coroa, o líquido entra no rotor. Usa-se para líquidos sem substâncias em suspensão. -Aberto , quando não existe essa cora circular . Usa-se para líquidos contendo pastas, lamas, areia, esgotos...


As turbobombas necessitam de um outro dispositivo, o difusor, onde é feita a transformação da maior parte da elevada energia cinética com que o líquido sai do rotor, em energia de pressão. Desse modo, ao atingir a boca de saída da bomba, o líquido é capaz de escoar com velocidade razoável, equilibrando a pressão que se opõe ao seu escoamento. Esta transformação é operada de acordo com o teorema de Bernoulli, pois o difusor sendo de seção gradativamente crescente, realiza uma contínua e progressiva diminuição da velocidade do líquido que por ele escoa, aumentando a pressão.

Bomba centrífuga em caracol

Bomba centrífuga com pás guias


Dependendo do tipo de bomba, o difusor pode ser:

-De tubo reto troncônico nas bombas axiais-De caixa com forma de caracol (voluta), para os demais tipos de bombas.

Entre a saída do rotor e o caracol, colocam-se palhetas devidamente orientadas, as “pás guias” para que o líquido que sai do rotor seja conduzido ao coletor com velocidade, direção e sentido tais que a transformação da energia cinética em energia potencial de pressão se processe com um mínimo de perdas por atrito ou turbulência.


Classificação das bombas

1) Segundo a trajetória do líquido no rotor.

a) Bomba centrífuga (ou radial): o líquido penetra paralelamente ao eixo, sendo dirigido pelas pás para a periferia, segundo trajetórias contidas em planos normais ao eixo. As trajetórias são, portanto, curvas praticamente planas contidas em planos radiais. Estas bombas, pela sua simplicidade, se prestam a fabricação em série, com construção generalizada, e utilização estendida à grande maioria das instalações comuns. Quando se trata de descargas grandes e pequenas alturas de elevação, o rendimento das bombas centrífugas é baixo.

Bomba centrífuga de rotor fechado e aberto


b) Bomba de fluxo misto ou diagonal. b1) bomba hélico-centrífuga. O líquido entra no rotor axialmente. Atinge as

pás cujo bordo de entrada é curvo e inclinada em relação ao eixo. Segue uma trajetória que é uma curva reversa, pois as pás são de dupla curvatura, e atinge a borda da saída que é paralela ao eixo ou ligeiramente inclinada em relação a ele.

b2) bomba helicoidal ou semi-axial. O líquido atinge a borda das pás que é curvo e bastante inclinado em relação ao eixo. A trajetória é uma hélice cônica, e as pás são superfícies de dupla curvatura. As bombas deste tipo prestam-se a grandes descargas e alturas de elevação pequenas e médias.


c) Bomba axial ou propulsora. Nestas bombas, as trajetórias das partículas líquidas começam paralelamente ao eixo e se transformam em hélices cilíndricas. Forma uma hélice de vórtice forçado. São empregadas para grandes descargas e elevação de até 40 m.

Rotor de bomba axial


2) Classificação segundo o número de rotores empregados.

• Bombas de simples estágio. Com apenas um rotor, e, portanto, o fornecimento da energia ao líquido é feito em um único estágio. Um rotor e um difusor. Devido as dimensões excessivas e alto custo, não se faz bombas centrífugas de simples estágio quando se deseja elevações grandes.

• Bombas de múltiplos estágios. Quando a altura de elevação é grande, faz-se o líquido passar sucessivamente por dois ou mais rotores fixados ao mesmo eixo e colocados em uma caixa cuja forma permite esse escoamento. A passagem por cada rotor é um estágio. O difusor é colocado entre dois rotores.

São próprias para alta pressão. A altura final é, teoricamente, igual a soma das alturas parciais de cada rotor.


3) Classificação segundo o número de entradas para a sucção.

• Bombas de sucção simples (unilateral). Neste tipo, a entrada do líquido se faz de um lado e pela abertura circular na coroa do rotor.

• Bombas de sucção dupla (bilateral). O rotor é de forma tal que permite receber o líquido por dois sentidos opostos, paralelamente ao eixo de rotação.


4) Classificação segundo o modo pela qual é obtida a transformação da energia cinética em energia de pressão.Essa transformação se realiza no difusor, de modo que esse critério corresponde à indicação dos tipos de difusor.

• Bombas de difusor com pás guias. Neste tipo, a entrada do líquido se faz de um lado e pela abertura circular na coroa do rotor.

• Bombas de sucção dupla (bilateral). O rotor é de forma tal que permite receber o líquido por dois sentidos opostos, paralelamente ao eixo de rotação.

5) Classificações diversas.

• Velocidade específica. • Pela finalidade• Posição do eixo• Tipo de líquido a ser bombeado• Etc..


Funcionamento de uma bomba centrífuga.

A bomba centrífuga precisa ser previamente enchida com o líquido a ser bombeado, isto é, deve ser escorvada. Devido a folga entre o rotor e o coletor e o restante da carcaça, não pode haver a expulsão do ar do corpo da bomba e do tubo de aspiração, de modo, a ser criada a rarefação com a qual a pressão, atuando no líquido no reservatório de aspiração, venha a ocupar o vazio deixado pelo ar expelido e a bomba possa bombear.

Logo que inicia o movimento do rotor e do líquido contido nos canais das pás, a força centrífuga cria uma zona de maior pressão na periferia do rotor e, consequentemente, uma de baixa pressão na sua entrada, produzindo o deslocamento do líquido em direção a saída dos canais do rotor e à boca de recalque da bomba. Gradiente hidráulico.

Pressão na entrada do rotor é menor do que o recipiente de aspiração.A energia na boca do recalque torna-se superior a pressão estática na

base da coluna de recalque da bomba, obrigando o líquido escoar para uma parte superior.


Funcionamento de uma bomba centrífuga.

É na passagem pelo rotor que se processa a transformação da energia mecânica em energia cinética e de pressão, que são aquelas que o líquido pode possuir. Saindo do rotor, o líquido penetra no difusor, onde parte apreciável de sua energia cinética é transformada em energia de pressão, e segue para a tubulação de recalque.

O nome de bomba centrífuga se deve ao fato de ser a força centrífuga a responsável pela maior parte da energia que o líquido recebe ao atravessar a bomba.

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