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1 CONTEÚDO

1. CAVITAÇÃO3
1.1 Pressão de Vapor3
1.2 Conceito de Cavitação4
1.3 Região Principal de Cavitação5
1.4 NPSH – Net Positive Suction Head,……………………..……………......…………..5
1.5 Análise da Faixa de Operação de uma Bomba em um Ssistema9
2. BOMBAS CENTRIFUGAS10
2.1 Conceito de Bomba10
2.2 – Conceito de Bomba Centrífuga10
2.3 – Principio e Funcionamento10
2.4 Principais Componentes1
2.5 - Vantagens Das Bombas Centrífugas12
2.6 - Classificação das Bombas Centrifugas13
2.7 Seleção de Bombas Centrífugas14
2.8 Curvas Características de Bombas Centrífugas15
3 - CURVA CARACTERÍSTICA DA INSTALAÇÃO (CCI)26
3.1 Obtenção da CCI28
3.2 Ponto de Trabalho de uma Bomba Centrífuga numa Instalação (PT)28
4 - ASSOCIAÇÃO DE BOMBAS CENTRÍFUGAS29
4.1- Associação de Bombas em Paralelo30
4.2 - Associação de Bombas em Série com Características Diferentes3

4.3 – Definição do Número Adequado de Bombas na Associação em Paralelo...............34

1. CAVITAÇÃO Cavitação é um fenômeno de ocorrência limitada a líquidos, com conseqüências danosas para o escoamento e para as regiões sólidas onde a mesma ocorre. O estudo da cavitação pode ser dividido em duas partes: o fenomenológico, que corresponde à identificação e combate à cavitação e seus efeitos; e o teórico, onde interessa o equacionamento do fenômeno, visando a sua quantificação no que se refere às condições de equilíbrio, desenvolvimento e colapso das bolhas. Para o perfeito entendimento da cavitação, torna-se necessário abordar o conceito de pressão de vapor.

1.1 Pressão de Vapor Pressão de vapor de um líquido a uma determinada temperatura é aquela na qual o fluido coexiste em suas fases líquido e vapor.

Nessa mesma temperatura, quando tivermos uma pressão maior que a pressão de vapor, haverá somente a fase líquida e quando tivermos uma pressão menor, haverá somente a fase vapor. Observa-se, que a pressão de vapor de um líquido cresce com o aumento da temperatura. Analisando a curva de pressão de vapor, verificamos que podemos passar de uma fase para outra, de varias maneiras, por exemplo: mantendo a pressão constante e variando a temperatura. mantendo a temperatura constante e variando a pressão. variando pressão e temperatura.

Assim, mantendo-se a pressão de um líquido constante, (por ex. pressão atmosférica) e aumentando-se a temperatura, chegaremos até um ponto em que a temperatura corresponde à pressão de vapor e passamos a ter a ebulição.

3 1.2 Conceito de 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.

21,21HHPH

2gVγ P

mas: V1 = V2e Z1 = Z2
Então:γ
P21,21
E portanto:1,2

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: a) Barulho e vibração. b) Alteração das curvas características. c) Erosão - remoção de partículas metálicas - pitting.

1.3 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).

1.4 NPSH – Net Positive Suction Head

O NPSH é um conceito oriundo da escola americana, que predominou entre os fabricantes instalados no país e na norma da ABNT que trata de ensaios de cavitação em bombas.

A condição Peabs Pv é necessária mas não suficiente, pois pôr detalhes construtivos poderá ocorrer cavitação no interior da própria máquina.

Em termos práticos, o procedimento usual para analisarmos a operação de determinada bomba num sistema, é através do conceito de NPSHREQ. e NPSHDISP. O NPSH representa a “Energia Absoluta” no flange de sucção, acima da pressão de vapor do fluído naquela temperatura.

γP abs

V abs

1.4.1 NPSH Requerido (NPSHREQ)

Cada bomba, em função de seu tamanho, características construtivas, etc..., necessita de uma determinada energia absoluta (acima da pressão de vapor) em seu flange de sucção, de tal modo que a perda de carga que ocorrerá até à entrada do rotor não seja suficiente para acarretar cavitação, quando operada naquelas condições de vazão. A esta energia denominamos NPSH REQUERIDO. Os fabricantes de bombas fornecem o NPSH requerido, através de uma curva NPSHreq x VAZÃO, para cada bomba de sua linha de fabricação, conforme padrão abaixo:

Esta curva é uma característica própria da bomba, sendo obtida experimentalmente, através de testes de cavitação em bancadas do fabricante, com água fria a 20o C. Assim, em resumo, o NPSH requerido, representa a energia absoluta do líquido, acima de sua pressão de vapor, necessária no flange de sucção da bomba, de tal forma que garante a não ocorrência de cavitação na mesma.

Para definição do NPSHREQ de uma bomba, é utilizado como critério, a ocorrência de uma queda de 3% na altura manométrica para uma determinada vazão. Este critério é adotado pelo

Hydraulic Institute Standards e American Petroleum Institute (API-610).

1.4.2 NPSH Disponível (NPSHDISP) O NPSH disponível é uma característica do sistema e representa, ou define, a quantidade de energia absoluta disponível no flange de sucção da bomba, acima da pressão de vapor do fluído naquela temperatura. O NPSH disponível pode ser calculado de duas formas: fase de projeto fase de operação

1.4.2.1 NPSHDISP - Fase de Projeto

O esquema abaixo representa duas situações de instalações hidráulicas, a primeira com a bomba succionando de um reservatório cujo nível está acima da linha de centro da bomba (bomba afogada) e a segunda com a bomba succionando de um reservatório com cota inferior à linha de centro da bomba.

Pela definição: γ

Temos que:ABSSUCABSHeHPHo

0ATMO HeHPZ 2gVγ

Então:

2gVγ

E tem-se:SUCSUC

7 VATMODISP HPZ

updated( Vo = 0 )

Po - pressão manométrica no reservatório de sucção. PATM - pressão atmosférica local. PV - pressão de vapor do fluído à temperatura de bombeamento. HPSUC - perda de carga total na sucção. ZSUC - cota da superfície do nível do reservatório de sucção.

Analisando-se esta expressão do NPSHDISP, verificamos que para obtermos valores elevados, devemos tomar as seguintes providencias:

a) diminuir a altura geométrica de sucção negativa (-ZSUC), ou aumentar a altura geométrica de sucção positiva (+ZSUC), b) diminuir a perda de carga na sucção. Para tal recomenda-se:

baixar a velocidade do fluído na sucção, aumentando-se o seu

utilizar tubulações curtas. diâmetro. reduzido número de acessórios (curvas, válvulas, etc...). c) diminuir a temperatura do fluído bombeado, para diminuir a pressão de vapor do mesmo.

1.4.2.2 NPSHDISP – Fase de Operação Como vimos:

2gVγ

PPNPSH V e updated

E portanto:

updated e eVATMeDISP Z 2gVγ

Pe- pressão na entrada da bomba, isto é, no flange de sucção (manométrica).
Pv- pressão de vapor do líquido à temperatura de bombeamento.
Ve- velocidade do fluxo na sucção da bomba (local da tomada de pressão).

ONDE: PATM - pressão atmosférica local. Ze - distancia entre a linha de centro da bomba e do manômetro.

1.5 Análise da Faixa de Operação de uma Bomba em um Sistema

Esta análise pode ser feita colocando-se num mesmo gráfico as curvas do NPSHREQ e a do

NPSHDISP . À direita do ponto de encontro das duas curvas observa-se a zona de cavitação.

Para não ocorrer cavitação, devemos ter: NPSHDISP ≥ NPSHREQ

Na prática utilizamos: NPSHDISP ≥ 1,20 NPSHREQ No mínimo: NPSHDISP ≥ (NPSHREQ + 1,0) m

9 1.6 Pressão Atmosférica em Função da Altitude

A pressão atmosférica pode ser obtida através da expressão dada a seguir, que apresenta precisão para a maioria das aplicações:

PATM = Pressão atmosférica local em [mmHg]; h = a altitude do local em metros.

10 1.7 Pressão de Vapor e Peso Específico da Água

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