(Parte 1 de 2)

TAL 475 -Operações Unitárias

Deslocamento de Fluidos Deslocamento de Fluidos Deslocamento de Fluidos Deslocamento de Fluidos ––Bombas Bombas --

Bo mbas

Máquinas querealiza mtrabalho so bre u mfluido co m a finalidade de deslocá-lo. Quando o fluido está no estado gasoso estas máquinas rece be m no me co mo ve ntiladores, so pradores e co mpresso res.

Classificação das BombasClassificação das Bombas

Dividem-se em 2 grandes grupos de acordo a forma como a energia é fornecida ao fluido.

Bombas cinéticas (centrífugas)Bombas cinéticas (centrífugas)

Bombas de deslocamento positivo

Bombas Centrífugas

Conve rte m a energia mecâ nicafornecida co ntinua mente por u mrotor, e m energia cinética ce dida aolíquido a se r bo mbeado. Esta energia é posterior mente transfor mada e m energia de pressã o(potencial).

Aplicações

Usa das para instalaçõ es residenciais, alimentaçã o de ca ldeiras, química , petroquímica , efluentes, etc.

Na Indústria de Alimentos é usa da para transp orte de ca ldo de ca na, su co s, óleos, purês, etc.

As transformações de energia acontecem em virtude de duas partes principais da bomba: o impulsore a voluta, ou difusor.

O impulsor é a parte giratória principal que converte a energia do motor em energia cinética. Fornece a

Componentes da Bomba Centrífuga energia do motor em energia cinética. Fornece a aceleração centrífuga para o fluido.

A voluta ou difusor, é a parte estacionária que converte a energia cinética em energia de pressão.

Obs: Todas asfor mas de energia envolvidas e m u m siste ma defluxo delíquido, são expressas e m ter mos de altura de coluna do líquido,isto é, carga.

Componentes Gerais de uma Bomba Centrífuga Componentes Gerais de uma Bomba Centrífuga

Feita geralmente e mferrofundido abriga orotor e m seuinterior. Alimentos, fár macos, cos méticos: açoinox ou materialsanitário.

As carcaças das bo mbas de escoa mento radial pode m se apresentar co mo CARACOL(voluta ou espiral)outurbina(circular)e para as bo mbas de escoa mento axial e misto, o for mato é geralmente cilíndrico. Transfor ma energia cinética e m energia de pressão co m

CARCAÇA OU CORPO DA BOMBA Componentes da Bomba Centrífuga cilíndrico. Transfor ma energia cinética e m energia de pressão co m pequena perda porturbulência.

Componentes da Bomba Centrífuga Componentes da Bomba Centrífuga

Bombas Centrífugas

Princípio de funcionamento

Descarga

Carcaça O fluido entra axialmente e circula radialmente. O impulsor gira rapida mente dentro da carcaça e seu movimento produz u ma zona de vácuo

SucçãoSucção Voluta

Pás Rotor movimento produz u ma zona de vácuo (no centro)e outra de alta pressão(na periferia). Ofluido élançado pelas pás do rotor e pela ação da força centrífuga para a periferia da bo mba e, daí, para otubo de elevação.

A voluta étipo u m funil encurvado que au menta a área no ponto de descarga. Co mo a área da seçãotransversalau menta, a volutareduz a vel. dolíquido, convertendo a Ec e m outrasfor mas de E(Eg, Ep,...).

Ofluido entra no centro da carcaça devido ao vácuo e éacelerado pelas pás dorotor que gira a alta velocidade. Pela ação daforça centrífuga, ofluido édescarregado na voluta ou no difusor, onde é desacelerado devido à expansão da seção de escoa mento. A Ecinética éconvertida e m, outrasfor mas de E, co mo Epressão.

Bombas Centrífugas

Tipos de escoamento:

Axial:Descarrega o fluido na periferia axialmente (adequado para altas vazões, mas desenvolve baixas pressões)

Radial:Descarrega o fluido na periferia radialmente (desenvolve altas

Bombas Centrífugas pressões, mas só é adequado para baixas vazões)

Bomba centrífuga de fluxo radial

ROTOR ou IMPULSOR: Pode ser de ferro fundido, bronze ou inox, dependendo das condições de emprego.

As bo mbas pode m ter rotores do tipo aberto, se mi- aberto e fechado.

Tipos de rotores:

Paralíquidos que nãocontémsubstâncias e msuspensão.

O rotor fechado te m as pás co mpreendidas entre dois discos paralelos, podendo ter entrada de u m sólado (sucção simples)ou de a mbos oslados.

Tipos de Rotores ROTOR FECHADO simples)ou de a mbos oslados.

É mais eficiente que os outrostipos, porém éreco mendado para águalimpa.

Rotor aberto e semi-aberto

Norotor se mi- aberto, as pás sãofixadas de u mlado nu m mes mo disco, ficando o outroladolivre.

Estes doistipos derotores destina m- se a bo mbearlíquidos viscosos ou sujos (co m partículas sólidas e m suspensão), pois dificilmente são

Tipos de Rotores sujos (co m partículas sólidas e m suspensão), pois dificilmente são obstruídos. Ex: pastas, produtos arenosos,la mas, esgotossanitários, etc. Desvantage m: sofrer maior desgaste.

A bomba centrífuga deve ser escorvadaantes de funcionar (a linha de sucção

Bombas Centrífugas funcionar (a linha de sucção deve estar cheia de líquido). Quando a bomba tem ar, a pressão desenvolvida é muito pequena devido à baixa densidade do ar.

Bo mba auto- escorvante

Vantagens :

a)Construçãosimples b) Baixocusto c)Fluido édescarregado a u ma pressão unifor me, se m pulsações

Bombas Centrífugas d) Per mite bo mbearlíquidosco msólidos f) Podeser acoplada direta mente a motores g) Não háválvulas envolvidas na operação de bo mbea mento h) Menorescustos de manutenção que outrostipos de bo mbas i) Operaçãosilenciosa(depende darotação)

Obs: NaIAé usada para alimentos co m baixoteor de sólidos co mo caldo decana, sucos de uva, óleos, azeites, leite, etc.

Desvantagens : a)Não se rve m para altas pressõ es

Bombas Centrífugas b)Sujeitas àinco rporaçã o de ar, precisa m se r esco rva das c) A máxima eficiência da bo mba oco rre dentro de u m cu rtointerva lo de co ndiçõ es d)Não bo mbeia eficiente mentelíquidos muito visco so s

A energia é fornecida periodica mente, mediante su perfícies sólidas móve is, que desloca m porçõ es de fluído desde a su cçã o atéalinha de desc arga. Apressã o de sa ída é regulada por válvu las de desca rga unidirecionais.

Bombas de Deslocamento Positivo unidirecionais. Princípio de funcionamento

As bo mbas de desloca mento positivo libera m u m deter minado vo lu me defluido de aco rdo co m a velocidade do siste ma. Impele m u ma quantidade definida defluido e m ca da golpe ou vo lta do positivo .

Bo mbas alternativas de pistão e êmbolo são usadas para desloca mento defluidos clarificados elimpos, não são usadas para líquidos abrasivos. São utilizadas para altas pressões. A maior aplicação das bo mbas alternativas é a dosificação de produtos químicos, mediante ascha madas“ bo mbas dosificadoras”.

Bombas de Deslocamento Positivo Aplicações químicos, mediante ascha madas“ bo mbas dosificadoras”.

Bo mbas alternativas de diafragma são usadas para líquidos viscosos, soluções alcalinas, polpas, etc.

Bo mbas rotativas usadas principalmente no bo mbea mento de líquidos pastosos ou muito viscosos, mas não abrasivos e bo mbea mento de óleo co mbustívelpara queima de caldeiras, fornos, etc. IA: Purês defrutas, chocolate, geléias.

Envolve m u m movimento de vai- e- ve m de u m pistão nu m cilindro. Paracada golpe do pistão, u m volu mefixo dolíquido é descarregado na bo mba. Ataxa defornecimento dolíquido é função do volu me varrido pelo pistão no cilindro e o número de golpes do pistão por unidade dote mpo.

Bombas Alternativas de PistãoBombas Alternativas de Pistão golpes do pistão por unidade dote mpo.

imprimem as pressões mais elevadas dentre as bombas; podem ser usadas para vazões moderadas; podem operar com líquidos voláteis e muito viscosos; capaz de produzir pressão muito alta; opera com baixa velocidade; precisa de mais manutenção.

Quando o pistão se desloca para a esquerda, a pressão no cilindro se reduz, a válvula deretenção nalinha de sucção se abre e olíquido entra. Quando o pistão chega ao final do cilindro, o movimento se inverte e o pistão se desloca para a direita. Au menta a pressão no cilindro e a válvula de admissãofecha. Aválvula de descarga se abre e olíquidosaipressurizado.

Bombas Alternativas de PistãoBombas Alternativas de Pistão olíquidosaipressurizado.

Linha de descarga Válvulas de retenção

Linha de sucção

Pistão cilindro

Bombas de DiafragmaBombas de Diafragma

Funciona m co mo bo mbas de pistão. O movi mento éalternativo e provo cado por u m ele mentoflexível de metal, borrach a ou plástico . Éadequada para fluídos tóxico s e co rrosivo s pois se elimina ofluídos tóxico s e co rrosivo s pois se elimina o co ntato dolíquido co m os se los mecâ nico s.

Bombas RotativasBombas Rotativas

O desloca mento mecâ nico do líquido é produzido é produzido pela rotaçã o de u m ou mais ele mentos (lóbulos, palhetas, engrenagens)dentro de u macâ mara.

Dentre as bo mbasrotativas, a delóbulos éa mais a mpla mente usada naindústria de alimentos.naindústria de alimentos.

Bombas RotativasBombas Rotativas

Tipos:-Engrenagens ( para óleos); -Rotores lobulares: bastante usada em alimentos;

-Parafusos helicoidais ( maiores pressões);

-Palhetas: fluidos pouco viscosos e lubrificantes;

-Peristáltica: pequenas vazões, permite transporte asséptico.

Usos:Nas indústrias farmacêuticas, de alimentos e de petróleo.

Engrenagens: ofluído éretido entre os dentes da engrenage m elevado por sua movimentação até a descarga. Fluidos viscosos e não abrasivos, purês, geléias, chocolates.

Bombas Sanitárias

As bo mbas sa nitárias sã o especifica mente projetadas para manuse ar alimentos. Conseqüente mente deve m preencher u ma série de requisitos para se re m adequadas:

Alta menteresistentes àcorrosão;

Facil mente des montáveis parali mpeza;

Não provoca m afor mação de espu ma;

Osiste ma delubrificação não deveconta minar o ali mento;

O atrito entre as partesinternas deve ser míni mo para não haver incorporação de ele mentos metálicos no ali mento.

• Odese nho mecâ nico das su perfícies deve aprese ntar cu rva s su ave s, se m esp aço s mortos, nos quais o alimento possa acu mular- se .

• Osiste ma de gaxe tas ou o se lo mecâ nico deve ve dar perfeita mente a ca rca ça.

Bombas Sanitárias

Condições Ótimas de Utilização das BombasCondições Ótimas de Utilização das Bombas

Todas as bo mbastêm co ndições ótimas de utiliza ção, ou seja, sã o mais adequadas para u m deter minadotipo de fluido, e m u ma faixa de pressã o e a u ma dada va zã o vo lu métrica .

As bo mbas centrífugas sã o co nstruídas de modo a fornece re m u ma a mpla faixa de va zõ es, desd e uns poucos L/min até3. 104 L/min. As pressõ es de desca rga pode m atingir algu mas ce ntenas de atmosferas. Elas trabalha m co mlíquidoslímpidos, líquidos co m baixoteor de sólidos e que não se ja muito visco so (500 ce nti- Stoke s).

As bo mbas alternativas de pistão só pode m se r utiliza das para desloca mento de fluidos clarifica dos e limpos, não podendo manuse ar fluidos abrasivos. São utilizadas para altas pressõ es, que so mente sã o alca nça das para esse s tipos de bo mbas, porémfornece m baixas va zõ es.

Condições Ótimas de Utilização das BombasCondições Ótimas de Utilização das Bombas tipos de bo mbas, porémfornece m baixas va zõ es.

Por outrolado, as bo mbas de diafragma sã o esp ecífica s paralíquidos co rrosivos, so luçõ es alca linas, polpas, líquidos biológico s, etc.

As bo mbas rotativas sã o esp ecifica menteindica das para fluidos visc oso s, porém não abrasivo s. Porisso sã o usadas, esp ecialmente, co m su co s conce ntrados, ch oco late e geléias.

Fatores que influenciam a Escolha da Bomba a) Vazão volumétrica do fluido a ser transferido b) Energia a ser vencida no sistema: cinética + potencial + pressão + atrito c) Propriedades do fluido:

• Te mperatura

•Deformação devido ao cisalhamento • Densidade

•Natureza corrosiva ou erosiva do líquido

•Necessidades higiênicas: limpeza e agentes esterilizantes

As bo mbas cinéticas para operare m satisfatoria mente, requere m líquidoslivres de vapor nalinha de sucção, àentrada dorotor. Se a pressão dentro da bo mba caiabaixo da pressão de vapor dolíquido, haveráafor mação de bolhas devapor nesselocal.

Definições

Estefenômeno écha mado cavitação e podereduzir a eficiência da bo mba causandoruído, vibrações, fratura dorotor, da carcaça, etc.

Para evitar a cavitação as bo mbas necessita m de u ma certa quantidade de energia no siste ma de sucção, conhecido co mo NPSH(altura de sucçãolíquida positiva ou pressão naregião de sucção).

NPSH(Net Positive Sucction Head): pressã oresidualco m que ofluido ch ega na entrada da bo mba que va ifazer co m que a pressã o dofluido nointerior da bo mba não atinja a pressã o de va por dofluido.

NPSH requerido : pressã o requerida pela bo mba para que a

Definições

NPSH requerido : pressã o requerida pela bo mba para que a mesm afuncione.

NPSH disponível : pressã o co m que ofluido ch ega atéa entrada da bo mba (energia que o tipo de instalação fornece ao fluido).

Obs.: para que a bo mbafuncione se m ca vitaçã o énecessá rio que o NPSH disponível seja 10% maior que o NPSH requerido .

Acavitaçãoéu ma situação que pode ocorrer e m qualquertipo de bo mba. As causas co muns da cavitação são: a diminuição da pressão de sucção, NPSHinsuficiente, ou operação a velocidades muito altas.

Olíquido a bo mbear poderáser vaporizadose atingir u maregião onde a pressão é menor que a sua pressão de vapor. Se estaregião existir

Definições a pressão é menor que a sua pressão de vapor. Se estaregião existir nointerior (rotor)da bo mba ocorrerá o consu mo de energia para a vaporização dolíquido e a conseqüenteliberação desta energia será na periferia da bo mba(ou região de elevada pressão). Nestelocal haveráaimplosão das bolhas provocando desgaste(erosão)eruídos (martela mento)nacarcaça. Pode ocorrer a quebra dorotor.

Aca vitaçã o diminuia eficiência, desg asta os metais das pás dorotor, gera vibraçã o mecâ nica eruído.

Altura de Sucção Disponível (NPSH) ONPSHédefinidoco mo:

sucção sucção va disponível z

= sucção

Pa = pressã o naregião de su cçã o,

Pv = pressã o de va por dolíquido,

ΣF= perdas de ca rga na su cçã o,

∆z = diferença entre o níve ldorese rva tório e o níve lde su cçã o da bo mba.

Considerando a bo mba, obse rva- se que abaixo de u m ce rto va lor de NPSH ela co meça a ca vitar. Os fabrica ntesfornece m este valor de NPSHrequerido pela bo mba, e mfunçã o da va zã o. Assi m, a ca vitaçã o oco rre quando:

Altura de Sucção Disponível (NPSH) quando:

NPSH disponível no siste ma ≤ ≤≤

≤ NPSHrequerido pela bo mba

Portanto, deve - se operar o siste ma a u ma altura de su cçã o disp oníve l maior que arequerida pela bo mba.

NPSHdisponívelno siste ma > NPSHrequerido pela bo mba(mínimo 10%).

Exercício

Bo mbeia- se água a 60°Cnu matubulação deferro galvanizado de 1½in de diâmetro, série 40, a u ma vazão de 1, 5L/s. ofabricante infor ma que o NPSH da bo mba é de 3 m, para essa vazão. A pressão dolocal de bo mbea mento é 710 m mHg. A pressão de

. As perdasfriccionais natubulação na secção desucçãosão de 1, 56J/kg. Ocorrerácavitação?

Conceitos: Altura de ProjetoConceitos: Altura de Projeto

Para se dimensionar u ma bo mba aplica- se o balanço de energia mecânica entre dois pontos dosiste ma de escoa mento.

Balanço de energia mecânica:

Balanço de energia mecânica:

Ou ainda:

Conceitos: Altura de ProjetoConceitos: Altura de Projeto

Dividindo por g, temos:

gWgF g2 v z gP v z

Na equaçãofinal, cada u m doster moste m dimensão de altura(co mprimento). Éusualenco ntrar o balanço de energia expresso dessa for ma naliteratura so bre bo mbas.

(Parte 1 de 2)

Comentários