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1 2. BOMBAS CENTRIFUGAS

2.1 Conceito de Bomba

Bomba é um equipamento que transfere energia de uma determinada fonte para um liquido, em conseqüência do que, este liquido pode deslocar-se de um ponto para outro, inclusive vencer desnível. As bombas de uma maneira geral devem apresentar as seguintes características principais: a) Resistência: estruturalmente adequadas para resistir aos esforços provenientes da operação(pressão, erosão , mecânicos). b) Facilidade de operação: adaptáveis as mais usuais fontes de energia e que apresentem manutenção simplificada. c) Alto rendimento: transforme a energia com o mínimo de perdas. d) Economia: custos de aquisição e operação compatíveis com as condições de mercado.

2.2 – Conceito de Bomba Centrífuga

É aquela que desenvolve a transformação de energia através do emprego de forças centrifugas. As bombas centrífugas possuem pás cilíndricas, com geratrizes paralelas ao eixo de rotação, sendo essas pás fixadas a um disco e auma coroa circular, compondo o rotor da bomba.

2.3 – Principio e Funcionamento

O funcionamento da bomba centrífuga baseia-se, praticamente, na criação de uma zona de baixa pressão e de uma zona de alta pressão. Para o funcionamento, é necessário que a carcaça esteja completamente cheia de liquido e portanto, que o rotor esteja mergulhado no liquido. Devido à rotação do rotor, comunicada por uma fonte externa de energia(geralmente um motor elétrico), o liquido que se encontra entre as palhetas no interior do rotor é arrastado do centro para a periferia pelo efeito da força centrífuga. Produz-se assim uma depressão interna ao rotor, o que acarreta um fluxo vindo através da conexão de sucção. O liquido impulsionado sai do rotor pela sua periferia, em alta velocidade e é lançado na carcaça que contorna o rotor. Na carcaça grande parte da energia cinética do liquido (energia de velocidade) é transformada em energia de pressão durante a sua trajetória para a boca de recalque. Faz-se necessária essa transformação de energia porque as velocidades do liquido na saída do rotor, seriam prejudiciais às tubulações de recalque e também porque a energia de velocidade pode ser facilmente dissipada por choques nas conexões e peças das canalizações de recalque.

2.4 Principais Componentes

A bomba centrifuga e constituída essencialmente de duas partes: a) uma parte móvel: rotor solidário a um eixo (denominado conjunto girante) b) uma parte estacionaria carcaça(com os elementos complementares: caixa de gaxetas, mancais, suportes estruturais, adaptações para montagens etc,.).

características de funcionamento da bomba

É a peça fundamental de uma bomba centrífuga, a qual tem a incumbência de receber o líquido e fornecer-lhe energia. Do seu formato e dimensões relativas vão depender as 2.4.2 Carcaça

É o componente fixo que envolve o rotor. Apresenta aberturas para entrada do liquido até ao centro do rotor e saída do mesmo para a tubulação de descarga. Fundido juntamente, ou a ela preso mecanicamente, tem a câmara (ou câmaras) de vedação e a caixa (ou caixas) de mancal. Possui na sua parte superior, uma abertura (suspiro) para ventagem e escorva; e na parte inferior, uma outra para drenagem. Nas bombas de maior porte, tem ainda as conexões para as tubulações de “líquido de selagem” e “liquido de refrigeração”. O bocal (flange) de entrada do fluido na carcaça recebe o nome de “sucção da bomba” e o de saída de “descarga da bomba”. Os materiais geralmente utilizados na fabricação da carcaça são: ferro fundido, aço fundido, bronze e aços liga.

2.5 - Vantagens Das Bombas Centrífugas a) Maior flexibilidade de operação Uma única bomba pode abranger uma grande faixa de trabalho (variando a rotação e o diâmetro do rotor).

b) Pressão máxima Não existe perigo de se ultrapassar, em uma instalação qualquer , a pressão máxima(Shuttoff) da bomba quando em operação .

c) Pressão Uniforme Se não houver alteração de vazão a pressão se mantém praticamente constante.

d) Baixo custo São bombas que apresentam bom rendimento e construção relativamente simples.

14 2.6 - Classificação das Bombas Centrifugas.

Existem várias formas de classificação das bombas centrífugas, simplificadamente, utilizaremos somente a classificação segundo o angulo que a direção do líquido ao sair do rotor forma com a direção do eixo, as bombas se classificam em:

a) de fluxo radial: centrifuga propriamente dita. O liquido sai do rotor radialmente a direção do eixo. São as mais difundidas. A potência consumida cresce com o aumento da vazão.

b) de fluxo axial: propulsora. A água sai do rotor com a direção aproximadamente axial com relação ao eixo. Neste tipo de bomba o rotor é também chamado de hélice. A potência consumida, ao contrário da centrífuga é maior quando a sua saída se acha bloqueada. É indicada para grandes vazões e baixas alturas manométricas.

c) de fluxo misto: centrifugo-propulsora. O liquido sai do rotor com direção inclinada com relação ao eixo. Atende a faixa intermediária entre a centrifuga e a axial A direita do ponto de melhor rendimento a vazão aumenta com decréscimo da altura manometrica, mas a potência consumida diminui ligeiramente. Para a esquerda a altura manometrica cresce com a diminuição da vazão, enquanto que a potência consumida cresce ligeiramente de inicio e em seguida decresce.

Tipos de Rotores

De acordo com o projeto do rotor em, os mesmos são considerados: a) rotor fechado para água limpa e fluido com pequena viscosidade. b) rotor semi-aberto para líquidos viscosos ou sujos; c) rotor aberto para líquidos sujos e muito viscosos.

2.7 Seleção de Bombas Centrífugas

Não abordaremos em nosso estudo, o processo de seleção do tipo de bomba, isto é, se volumétrica ou turbobomba. Como a maioria das bombas utilizadas em instalações hidráulicas e prediais são do tipo centrifuga; nosso estudo abordará o processo de seleção do modelo de bomba centrifuga.

2.7.1 Processo de Seleção a) Definir ou calcular a vazão necessária (Q), b) Determinar a altura manométrica da bomba - HB, c) Entrar com a altura manométrica (HB) e a vazão (Q) em um diagrama de blocos de um catálogo de fornecedor de bombas, selecionando modelos adequados à aplicação em questão (verificar as diversas rotações),

A figura anterior apresenta um gráfico de pré-seleção de bombas de um determinado fabricante, a partir do qual o usuário tem uma idéia de quais catálogos consultar a respeito da seleção propriamente dita, locando o ponto de trabalho neste gráfico e determinando qual a "família" ideal de bombas.

d) Com os modelos selecionados, obter as curvas características da bomba, geralmente no próprio catálogo, e) Construir a curva característica da instalação – CCI, f) Determinar as grandezas relativas ao ponto de trabalho para os diversos modelos selecionados (Q, HB, B, NPSHREQ, NB) g) Verificar o rendimento da bomba para cada modelo selecionado, h) Analisar as condições de cavitação para cada modelo selecionado, i) Determinar a potência necessária no eixo de cada modelo selecionado, j) Em função da avaliação do rendimento, NPSHREQ, potência e custo, selecionar a bomba adequada à instalação.

2.8 Curvas Características de Bombas Centrífugas

viscosidades e peso específico, devem-se efetuar as devidas correções nas mesmas

As curvas características de bombas centrífugas traduzem através de gráficos o seu funcionamento, bem como, a interdependência entre as diversas grandezas operacionais. As curvas características são função, principalmente, do tipo de bomba, do tipo de rotor, das dimensões da bomba, da rotação do acionador e da rugosidade interna da carcaça e do rotor. As curvas características são fornecidas pelos fabricantes das bombas, através de gráficos cartesianos, os quais podem representar o funcionamento médio de um modelo fabricado em série, bem como, o funcionamento de uma bomba específica, cujas curvas foram levantadas em laboratório. Estas curvas podem ser apresentadas em um, ou mais de um gráfico e representam a performance das bombas operando com água fria, a 20o C. Para fluidos com outras Apresentamos a seguir os diversos tipos de curvas características das bombas centrífugas.

2.8.1 Altura Manométrica X Vazão ( HB X Q )

A carga de uma bomba, ou altura manométrica (HB) é definida como a “Energia por Unidade de Peso” que a bomba fornece ao fluido em escoamento através da mesma; sendo função do tipo de pás do rotor, gerando vários tipos de curvas, as quais recebem diferentes designações, de acordo com a forma que apresentam.

Estas curvas, fornecidas pelos fabricantes, são obtidas através de testes em laboratórios; com água fria a 20 ºC; entretanto as mesmas podem ser reproduzidas em uma instalação hidráulica existente, de acordo com o fluido em operação. Seja a instalação esquematizada abaixo:

Aplicando a Equação da Energia entre a entrada e saída da bomba (local de instalação dos manômetros), tem-se:

sBeHHHupdated 

updatedupdated s s Be e Z 2gVγ

2gVγ

Reserv. de

Distrib.

Pe Ps H

Portanto:es

sesB Z

2g Vγ

Operando a bomba com diversas vazões (por volta de 7), desde vazão zero até à vazão máxima operacional, é possível obter-se para cada uma dessas vazões, a correspondente altura manométrica e então a partir destes pontos, traçar a curva H X Q.

Pe Ps Ve Vs COTAS HB

1 ZeroHB1
2 Q2HB2
3 Q3HB3
4 Q4HB4
5 Q5HB5
6 Q6HB6
7 Q7

Ze Zs

HB7

2.8.2 Curva de Potência X Vazão ( NB X Q )

Esta curva representa a potência total necessária no eixo da bomba nas condições de operação.

Esta potência é a soma da potência útil com a potência dissipada em perdas, inerente a todo processo de transferência de energia. As perdas nas bombas incluem perdas hidráulicas, mecânicas, pelo atrito hidráulico, e por vazamentos. Diante disto, nem toda a potência é utilizada para gerar pressão e fluxo. Uma parte da energia é transformada em calor (devido ao atrito) dentro da bomba. A energia pode também ser perdida em virtude da recirculação de fluido entre o rotor e a voluta. O esquema abaixo ilustra o processo de transferência de energia para o fluido de trabalho, em uma bomba:

Bomba potência dissipada em perdas viscosas no interior da bomba: perdas hidráulicas ordinárias, perdas por choque, etc.

potência dissipada em perdas mecânicas: atrito em mancais, gaxetas, selos de vedação, etc.

potência disponibilizada pelo motor (elétrico, comb. interna, etc) potência dissipada em perdas volumétricas potência útil (efetivamente transferida ao fluido de trabalho)

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