Classficação e descrição de turbo bombas

Classficação e descrição de turbo bombas

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Máquinas Termohidráulicas de Fluxo 01 de fevereiro de 2010Alex N. Brasil

62 3.BOMBAS -CLASSIFICAÇÃO E DESCRIÇÃO

Instalação de Bombeamento Típica

As instalações de bombeamento podem apresentar em sua forma, dependendo de seu objetivo e importância, variações as mais diversas.

Contudo e visando, principalmente, um estudo sistematizado das mesmas, apresentamos, com a respectiva nomenclatura, o esquema de uma simples e típica instalação de bombeamento (Fig. 3.1).

Figura 3.1 –Esquema de uma instalação de bombeamento típica.

(1)Casa das Bombas

(M) –Motor de acionamento; (B) –Bomba.

(2)Poço, manancial ou reservatório de sucção

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(3)Linha de sucção (VPC) –Válvula de pé com crivo;

(CL) –Curva longa de 90 ; (RE) –Redução excêntrica.

(4)Linha de recalque (VR) –Válvula de retenção; (R) –Registro; (C) –Curvas ou joelhos (ou cotovelos).

(5)Reservatório de recalque

Superficialmente, visando uma boa concepção preliminar do todo e mesmo porque estes assuntos voltarão a ser abordados, com maiores detalhes, nos capítulos seguintes:

Casa das bombas(1): edificações próprias destinadas a abrigar o conjunto motorbomba.

Motor de acionamento(M): órgão encarregado do acionamento da bomba, podendo ser:

-Um motor elétrico; -Um motor de combustão interna (a gasolina ou diesel);

-Uma turbina hidráulica ou a gás;

-Uma tomada de força qualquer (de tratores, por exemplo).

A escolha do órgãode acionamento depende de vários fatores, conforme veremos, em maiores detalhes, oportunamente. A guisa de informação, entre outros, podemos citar:

-A disponibilidade e o custo da energia; -O grau de mobilidade desejado;

-Segurança e comodidade operacional.

Em linhas gerais, contudo, a conjugação ou soma dos principais fatores provocam, na maioria dos casos, uma tendência para o uso dos motores elétricos. São causas desta tendência, entre outras:

-A vida mais longa dos motores elétricos; -A maior segurança e comodidade operacional (os motores elétricos não provocam poluição local); -Custo de manutenção mais baixo.

Bomba(B): Órgão encarregado de succionar o fluido, retirando-o do reservatório de sucção e energizando-o através de seu rotor o que impulsiona-o para o reservatório de recalque.

Válvula de pé com crivo(VPC): Instalada junto ao pé da tubulação de sucção, é uma válvula unidirecional que só permite a passagem do fluido no sentido ascendente e que, com o desligamento do motor de acionamento, mantém a carcaça da bomba e a tubulação de sucção cheia do fluido recalcado, impedindo o seu retorno ao reservatório de sucção. Diz-se, nestas circunstâncias, que a válvula de pé com crivo mantém abomba escorvada (carcaça da bomba e tubulação de sucção cheia de fluido).

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O posicionamento desta válvula no reservatório inferior deverá impedir tanto a sucção de partículas sólidas depositadas no fundo do poço, bem como evitar que, com o funcionamento, seja a mesma descoberta, passando a bomba a aspirar ar.

Figura 3.2–Válvula de pé com crivo (a) e redução excêntrica (b).

Redução excêntrica (RE): Redução que liga o final da tubulação de sucção à boca de entrada da bomba,de diâmetro,normalmente, menor. Com a excentricidade visase evitar a formação de bolsas de ar, à entrada da bomba, o que estrangula a secção de entrada e dificulta o funcionamento normal da bomba. São dispensáveis em instalações com linhas de sucção de pequeno diâmetro, acontecendo, normalmente, em instalações com diâmetro de sucção superiores a 4”(4 polegadas).

Válvula de retenção(VR): Válvula também unidirecional instalada à saída da bomba e antes do registro de recalque. Tem as seguintes funções:

-Impedir que o peso da coluna de recalque seja sustentado pelo corpo da bomba, pressionando-o e provocando vazamento no mesmo.

-Impedir que, com um defeito na válvula de pé e entrando a tubulação de recalque por baixo do reservatório superior, haja o refluxo do fluido, fazendo a bomba funcionar como turbina e assim, com o disparo do rotor, atingir velocidades perigosas, provocando danos na bomba.

-Possibilitar, através de um dispositivo chamado “by-pass”, a escorva automática da bomba, evidentemente, após se ter sanado o defeito da válvula de pé que provocou a perda da escorva.

Registro de recalque (R): Acessório destinado a controlar a vazão recalcada, através do seu fechamento e abertura. Deve vir logo após a válvula de retenção e tem tipos diferentes sendo, entretanto, o registro de gaveta o mais comum.

Além dos acessórios descritos, outros, dependendo do tipo e importância da instalação, serão necessários. Entre estes podemos mencionar as ventosas (para retirada do ar das tubulações) e as válvulas anti-golpe de aríete.

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Classificação das Máquinas Geratrizes ou Bombas

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 as formas de energia potencial e cinética. Pertencem a esta categoria de máquinas todas as bombas hidráulicas.

DefiniçãoBombas são máquinas geratrizes cuja finalidade é realizar o deslocamento de um líquido por escoamento. Sendo uma máquina geratriz, elatransforma o trabalho mecânico que recebe para seu funcionamento em energia, que é comunicado ao líquido sob as formas de energia de pressão e cinética. Alguns autores chamam-nas de máquinas operatrizes hidráulicas, porque realizam um trabalho útil específico ao deslocarem um líquido. O modo pelo qual é feita a transformação do trabalho em energia hidráulica e o recurso para cedê-la ao líquido aumentando sua pressão e/ou sua velocidade permitem classificar as bombas emdois grandes grupos apresentados pelo “Hydraulic Institute”(Fig. 3.3):

Bombas de deslocamento positivo, hidrostáticasou volumógenas (volumétricas);

Turbobombas chamadas também hidrodinâmicas ou rotodinâmicas ou simplesmente dinâmicas.

As bombas são utilizadas nos circuitos hidráulicos,paraconverter energia mecânica em energiahidráulica.A ação mecânica cria um vácuo parcial na entrada dabomba, o que permite que a pressão atmosférica forceo fluido do tanque, através da linha de sucção, a penetrar na bomba.

A bomba passará o fluido para aabertura de descarga,forçando-o através do sistema hidráulico.

Figura 3.3 –Classificação dos tipos de bombas.

As bombas hidráulicas são classificadas comopositivas (fluxo pulsante) e não-positivas fluxo contínuo).

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Especificaçãode Bombas: As bombas são, geralmente, especificadas pelacapacidade de pressão máxima de operação e peloseu deslocamento, em litros por minuto, em uma determinada rotação por minuto.

Relações de Pressão: A faixa de pressão de uma bomba é determinada pelofabricante, baseada na vida útil da bomba.

Obs.:Se uma bomba for operada com pressões superioresàs estipuladas pelo fabricante, sua vida útil seráreduzida.

Bombas Volumétricas(Hidrostáticas), ou de Deslocamento Positivo

Fornecemdeterminada quantidade de fluido a cada rotação ouciclo.Amovimentação do fluído é causada diretamente pela ação do órgão de impulsão da bomba que obriga o fluído a executar o mesmo movimento a que está sujeito este impulsor (êmbolo, engrenagens, lóbulos, palhetas). Dá-se o nome de volumétrica porque o fluído, de forma sucessiva, ocupa e desocupa espaços no interior da bomba, com volumes conhecidos, sendo que o movimento geral deste fluído dá-se na mesma direção das forças a ele transmitidas, por isso a chamamos de deslocamento positivo. As Bombas Volumétricas dividem-se em:

Bombas Hidrodinâmicas (Turbobombas)

São bombas de deslocamento não-positivo, usadaspara transferir fluidos e cuja única resistência é a criadapelo peso do fluido e pelo atrito(Fig. 3.4).

Figura 3.4 –Características construtivas das turbobombas.

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Nas turbobombas amovimentação do fluído ocorre pelaação de forças que se desenvolvem na massa do mesmo, em conseqüência da rotação de umeixo no qual é acoplado um disco (rotor, impulsor) dotado de pás (palhetas, hélice), o qualrecebe o fluído pelo seu centro e o expulsa pela periferia, pela ação da força centrífuga, daí oseu nome mais usual(Bomba Centrífuga).

Import.:Essas bombas raramente são usadas em sistemashidráulicos, porque seu poder de deslocamento defluido se reduz quando aumenta a resistência etambém porque é possível bloquear-se completamenteseu pórtico de saída em pleno regime de funcionamento da bomba.

3.2.1.Bombas 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(fornecem determinada quantidade de fluido a cada rotação ouciclo. Proporciona então as condições para que se realize o escoamento na tubulação de aspiração até a bomba e na tubulação de recalque até o ponto de utilização.

Como nas bombas hidrostáticas a saída do fluidoindepende da pressão, com exceção de perdas evazamentos, praticamente todas as bombasnecessárias para transmitir força hidráulica emequipamento industrial, em maquinaria de construçãoe em aviação são do tipo hidrostático.As bombas hidrostáticas produzem fluxos de formapulsativa, porém sem variação de pressão no sistema.

Import.:As bombas de deslocamento positivo são indicadas em casos onde se requer vazão constante independente de variação da carga sobre a bomba e também onde o volume deve ser medido com precisão. A descarga é proporcional à velocidade do propulsor da bomba.

A característica principal desta classe de bombas é que uma partícula líquida em contato como órgão que comunica a energia tem aproximadamente a mesma trajetória que ado ponto do órgão com o qual está em contato.

Figura 3.5–Esquema de bomba de êmbolo.

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Assim, por exemplo, na bomba de êmbolo aspirante-premente, representada pela Fig. (3.5),a partícula líquida atem a mesma trajetória retilínea do ponto bdo pistão, exceto nostrechosde concordância inicial e final 0-ce c-1. Na bomba de engrenagem (Fig. 3.6),a partícula líquida atem aproximadamente a mesma trajetória circular que a do ponto bdo dente da engrenagem, exceto nos trechos de concordância na entrada e na saídado corpo da bomba.

Figura 3.6–Esquema de bomba rotativa de engrenagem. As bombas de deslocamento positivopodem ser:

Nas bombas volumógenas existe uma relação constante entre a descarga e a velocidade do órgão propulsor da bomba.

Nas bombas alternativas, olíquido recebe a ação das forças diretamente de um pistão ou êmbolo (pistão alongado) ou de uma membrana flexível (diafragma).

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Podem ser de:

Simples efeito –quando apenas uma face do êmbolo atua sobre o líquido(Fig. 3.7). Duplo efeito –quando as duas faces atuam.

Chamam-se ainda:

Simplex –quando existe apenas uma câmara com pistão ou êmbolo. Duplex–quando são dois os pistões ou êmbolos. Triplex–quando são três os pistões ou êmbolos. Multiplex –quando são quatro ou mais pistões ou êmbolos.

Figura 3.7–Bomba de êmbolo de simples efeito.

Nas bombas rotativas, o líquido recebe a ação de forças provenientes de uma ou mais peças dotadas de movimento de rotação que, comunicando energia de pressão, provocam seu escoamento. A ação das forças se faz segundo a direção que é praticamente a do próprio movimento de escoamento do líquido. A descarga e a pressão do líquido bombeado sofrem pequenas variações quando a rotação é constante. Podem ser de um ou mais rotores.

As bombas alternativas e rotativas são usadas para pressões elevadas e descargas relativamente pequenas, conforme se pode observar naFig. (3.8).

Figura 3.8–Campo de emprego das bombas.

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Existe uma grande variedade de tipos de bombas volumógenas, entre asquais as indicadas na Fig. (3.9).

Figura 3.9–exemplos de bombas de deslocamento positivo.(a) Bomba de êmbolo; (b) Bomba de engrenagens; (c) Bomba helicoidal; (d) Bomba de palhetas; (e) Bomba de lóbulostriplos; (f) Bomba de pistão duplo circunferencial; (g) Bomba de tubo flexível ou de rolete.

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Bomba de Engrenagem

A bomba de engrenagem consiste basicamente deuma carcaça com orifícios de entrada e de saída, e deum mecanismo de bombeamento composto de duasengrenagens.

Uma das engrenagens, a engrenagem motora, é ligadaa um eixo queé conectado a um elemento acionadorprincipal. A outra engrenagem é a engrenagem movida.

No lado da entrada, os dentes das engrenagensdesengrenam, o fluido entra na bomba, sendoconduzido pelo espaço existente entre os dentes e acarcaça, para o lado da saída onde os dentes dasengrenagens engrenam e forçam o fluido para fora dosistema.

Uma vedação positiva neste tipo de bomba é realizadaentre os dentes e a carcaça, e entre os próprios dentesde engrenamento. As bombas de engrenagem têmgeralmente um projeto não compensado.

A bomba de engrenagem que foi descrita acima éuma bomba de engrenagem externa, isto é, ambasas engrenagens têm dentes em suas circunferênciasexternas, conforme apresentado na Fig. (3.10).

Figura 3.10–Exemplo de uma bomba de engrenagem externa.

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Bomba de Palheta

As bombas de palheta produzem uma ação debombeamento fazendo com que as palhetasacompanhem o contorno de um anel ou carcaça. Omecanismo de bombeamento de uma bomba depalheta consiste de: rotor, palhetas, anel e uma placade orifício com aberturas de entrada e saída.

O rotor de uma bomba de palheta suporta as palhetase é ligado a um eixo que é conectado a um acionadorprincipal. À medida que o rotor é girado, as palhetassão “expulsas” por inércia e acompanham o contornodo cilindro (o anel não gira).Quando as palhetas fazem contato com o anel, éformada uma vedação positiva entre o topo da palhetae o anel.

O rotor é posicionado fora do centro do anel. Quandoo rotor é girado, um volume crescente e decrescenteé formado dentro do anel. Não havendo abertura noanel, uma placa de entrada é usada para separar ofluido que entra do fluido que sai. A placa de entradase encaixa sobre o anel, o rotor e as palhetas. Aabertura de entrada da placa de orifício está localizadaonde o volume crescente é formado. O orifício de saídada placa de orifício está localizado onde o volumedecrescente é gerado.

Todo o fluído entra e sai do mecanismo debombeamento através da placa de orifício (as aberturas de entrada e de saída na placa de orifíciosão conectadas respectivamente às aberturas deentrada e de saída na carcaça das bombas).

Figura 3.1–Exemplo de uma bomba depalheta.

Vantagens(1) Baixo nível de ruído; (2) Fornece uma vazão mais uniforme de óleo queminimizando as oscilações nas linhas dos sistemashidráulicos; (3)Grande tolerância à contaminação do sistema.

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Bomba de Pistão

As bombas de pistão geram uma ação debombeamento, fazendo com que os pistões se alteremdentro de um tambor cilíndrico.

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