TA 631 – OPERAÇÕES UNITÁRIAS I Transferência de quantidade de movimento Aula 10 Bombas As bombas são equipamentos mecânicos que fornecem energia mecânica a um fluido incompressível No

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TA 631 – OPERAÇÕES UNITÁRIAS I Transferência de quantidade de movimento Aula 10 Bombas As bombas são equipamentos mecânicos que fornecem energia mecânica a um fluido incompressível No Powered By Docstoc
					TA 631 – OPERAÇÕES
UNITÁRIAS I
(Transferência de
quantidade de movimento)


 Aula 10: Bombas
As bombas são equipamentos mecânicos que fornecem
energia mecânica a um fluido incompressível.
No caso de fluidos compressíveis são denominados
compressores e ventiladores.


Classificação das bombas

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

 Bombas cinéticas (centrífugas)
 Bombas de deslocamento positivo
10.1. Bombas centrífugas:
A energia é fornecida continuamente ao fluido por um rotor,
que gira a alta velocidade aumentando a energia cinética que
depois é transformada em energia de pressão.
Princípio de funcionamento
 Carcaça        Descarga    O líquido é succionado pela ação
                            de um impulsor que gira
                Voluta
                            rapidamente dentro da carcaça.
       Sucção
                            O movimento produz uma zona
           Pás
                            de vácuo (no centro) e outra de
       Rotor                alta pressão (na periferia).
Bomba com Difusor: o fluido escoa através de uma
série de palhetas fixas que formam um anel difusor. Isso
aumenta a conversão da energia cinética em energia de
pressão (mais do que na bomba de voluta simples).




   Figura 9.2. Escoamento dentro de uma bomba centrífuga.
      a) Bomba de voluta simples; b) Bomba com difusor.
O fluido é descarregado na voluta ou no difusor, onde é
desacelerado. A energia cinética é convertida em
energia de pressão. Quanto maior é o número de
palhetas menor é a perda por turbulência.
Escoamento Axial: Descarrega o fluido axialmente (é
  adequado para altas vazões e baixas pressões)
Escoamento Radial: Descarrega o fluido na periferia
  radialmente (desenvolve altas pressões, adequado
  para baixas vazões)
Misto
Tipos de rotores:
Fechado: Para líquidos sem partículas em suspensão
Semi-aberto: Incorpora uma parede no rotor para prevenir que
matéria estranha se aloje no rotor e interfira na operação.
Aberto: Palhetas montadas sobre o eixo. Vantagem: líquidos com
sólidos em suspensão. Desvantagem: sofrer maior desgaste.
Tipos de entrada:
Simples: Utilizada em pequenas
unidades
Dupla: Quando há entradas
simétricas em ambos os lados do
impulsor. Nesse caso há melhor
distribuição dos esforços mecânicos,
além de proporcionar uma área de
sucção maior, o que permite
trabalhar com uma menor altura
positiva na sucção (NPSH;
Net Positive Suction Head) e Impulsor de uma bomba
diminui a possibilidade de cavitação. com sucção dupla
Número de rotores:
Um rotor: Simples estágio
Vários rotores: Múltiplos estágios (vários rotores operando em
série) que permitem o desenvolvimento de altas pressões
 A bomba centrífuga deve ser escorvada antes de 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.




                                  Dois tipos de escorva

 Bomba auto-escorvante
As bombas centrífugas podem ser :
- Fluxo axial: simples ou múltiplo estágio rotor aberto/fechado

- Fluxo misto entrada simples auto-escorvante       estágio simples
- Fluxo radial entrada dupla     não-escorvante     múltiplo estágio
Nos dois últimos casos, o rotor pode ser aberto, semi-aberto ou
fechado.
Vantagens das bombas centrífugas:
a) Construção simples e baixo custo
b) Fluido é descarregado a uma pressão uniforme, sem pulsações
c) A linha de descarga pode ser estrangulada (parcialmente
   fechada) ou completamente fechada sem danificar a bomba
d) Permite bombear líquidos com sólidos
e) Pode ser acoplada diretamente a motores
f) Não há válvulas envolvidas na operação de bombeamento
g) Menores custos de manutenção que outros tipos de bombas
h) Operação silenciosa (depende da rotação)
Desvantagens das bombas centrífugas:
a) Não servem para altas pressões
b) Sujeitas à incorporação de ar precisam ser escorvadas
c) A máxima eficiência da bomba ocorre dentro de um curto
   intervalo de condições
d) Não consegue bombear líquidos muito viscosos
   (limite 40 cp)
Bomba de turbina regenerativa



 Também
 chamada de
 bomba cinética,
 ela gera maior
 pressão que as
 bombas
 centrifugas
10.2. Bombas de deslocamento positivo
A energia é fornecida periodicamente, mediante
superfícies sólidas móveis, que deslocam porções de
fluido desde a sucção até a linha de descarga.
A pressão de saída é regulada através de válvulas de
descarga unidireccionais.
Princípio de funcionamento
As bombas de deslocamento positivo liberam um determinado
volume de fluido de acordo com a velocidade do sistema.
Quando a saída se fecha a pressão aumenta e o fluxo da
bomba deve ser dirigido para outro lugar, de maneira que se
evite a sobre-pressurização.
Para proteger a bomba, o fluido deve ser desviado por um
by-pass, ou por meio da recirculação dentro da própria bomba
(enviando o fluido da zona de alta pressão (descarga) para a
de baixas pressões (sucção)).
Válvulas de alívio internas:
Muitos fabricantes fornecem bombas que incorporam válvulas
de alívio internas. Quando uma válvula de alívio interna se
aproxima do valor máximo de pressão permitido, se abre e o
fluido é dirigido internamente para a zona de sucção. Dessa
forma se evita a possibilidade de destruição da bomba e da
tubulação e dos acessórios.
 Alívio externo e válvulas de by-pass:
No projeto do sistema de escoamento, quando se utilizam
bombas de deslocamento positivo e o risco de queda de
vazão existe, é necessário considerar um arranjo de by-pass
externo que devolva o líquido para a sucção.
A válvula do by-pass abrirá a uma pressão pré-determinada,
permitindo que a pressão interna não exceda níveis muito
altos e evitando também que a bomba cavite.




                                   Válvula reguladora
                                   de pressão
                        As válvulas de alívio internas são
                        projetadas para proteger o sistema
                        por períodos curtos de tempo.
                        Quando o fluido recircula dentro da
                        bomba, a potência introduzida pela
                        bomba se dissipa na forma de calor,
                        aumentando a temperatura do produto.
                         Mesmo se o período de tempo é curto,
                         a temperatura do produto pode subir
Cavitação em uma         até o ponto de evaporação na zona de
bomba de deslocamento baixas pressões. Quando há
positivo com dispositivo cavitação na zona de baixas pressões
de segurança             pode ocorrer a destruição da bomba.
temporário.
A cavitação é uma situação que pode ocorrer em qualquer
tipo de bomba.
Acontece quando há falta de fornecimento de líquido e a
bomba trabalha com uma vazão menor daquela para a qual
foi projetada.
As causas comuns da cavitação são a diminuição da
pressão de sucção, NPSH insuficiente, ou operação a
velocidades muito altas.
A cavitação diminui a eficiência, desgasta os metais das pás
do rotor, gera vibração mecânica e ruído.
O NPSH do sistema também depende da velocidade do rotor.
10.3. Bombas alternativas
10.3.1. Bombas tipo pistão, com válvulas de retenção
Quando o pistão se desloca para a esquerda, a pressão no
cilindro se reduz, a válvula de retenção na linha de sucção se
abre e o líquido entra.
Quando o pistão chega ao final do cilindro, o movimento se
inverte e o pistão se desloca para a direita. Aumenta a pressão
no cilindro e a válvula de admissão fecha. A pressão aumenta
e a válvula de descarga se abre e o líquido sai pressurizado.

                                         Linha de descarga
        Pistão
                                        Válvulas de retenção


                      cilindro          Linha de sucção
10.3.2. Bombas de diafragma
Funcionam como bombas de pistão. O movimento é alternativo
e provocado por um elemento flexível de metal, borracha ou
plástico. É adequada para fluídos tóxicos e corrosivos pois se
elimina o contato do líquido com os selos mecânicos.
Bombas de diafragma
 10.3.3. Bombas rotativas
Na figura abaixo pode-se observar o princípio de funcionamento
das bombas rotativas. Dentre as bombas rotativas, a de lóbulos é
a mais amplamente usada na indústria de alimentos.




     a)                 b)                  c)


Posição 0º: O fluido escoa através do lóbulo superior. O selo é
no lóbulo inferior. Posição 90º: O fluido escoa através do lóbulo
inferior. O selo é no lóbulo superior. Movimento reverso
Exemplos de bombas rotativas
10.3.4. Bombas sanitárias
As bombas sanitárias são especificamente projetadas para
manusear alimentos. Conseqüentemente devem preencher
uma série de requisitos para serem adequadas:

 •   Altamente resistentes à corrosão
 •   Facilmente desmontáveis para limpeza
 •   Não provocam a formação de espuma
 •   O sistema de lubrificação não deve contaminar o alimento
 •   O atrito entre as partes internas deve ser mínimo para não
     haver incorporação de elementos metálicos no alimento
• O desenho mecânico das superfícies deve apresentar
  curvas suaves, sem espaços mortos, nos quais o alimento
  possa acumular-se.
• O sistema de gaxetas ou o selo mecânico deve vedar
  perfeitamente a carcaça




            Bomba de lóbulos sanitária.
10.4. Condições ótimas de utilização das bombas
Todas as bombas têm condições ótimas de utilização, ou seja,
são mais adequadas para um determinado tipo de fluido, em
uma faixa de pressão e a uma dada vazão volumétrica.
As bombas centrífugas são construídas de modo a
fornecerem uma ampla faixa de vazões, desde uns poucos
l/min até 3.104 l/min. As pressões de descarga podem atingir
algumas centenas de atmosferas. Elas trabalham com
líquidos límpidos, líquidos com sólidos abrasivos ou ainda,
com alto conteúdo de sólidos, desde que o líquido não seja
muito viscoso (500 centi-Stokes de viscosidade cinemática).
1 Stoke = 100 centistokes = 1 cm2/s = 0.0001 m2/s).
As bombas alternativas de pistão só podem ser utilizadas
para deslocamento de fluidos clarificados e limpos, não
podendo manusear fluidos abrasivos. São utilizadas para
altas pressões, que somente são alcançadas para esses
tipos de bombas, porém fornecem baixas vazões.
Por outro lado, as bombas de diafragma e as peristálticas
são específicas para líquidos corrosivos, soluções
alcalinas, polpas, líquidos biológicos, etc.
As bombas rotativas são especificamente indicadas para
fluidos viscosos, porém não abrasivos. Por isso são
usadas, especialmente, com sucos concentrados,
chocolate e geléias.
Algumas características das bombas:

      Bombas Centrifuga          Centrifuga     Rotatória,  Alternativas
             radial              axial          parafuso,
Características                                 engrenagens

Vazão na          Estacionária   Estacionária   Estacionária   Pulsante
descarga
NPSH: altura      5m             5m             6,5 m          6,5 m
de sucção
máxima
permitida
Líquidos          Claros, limpos Abrasivos,     Viscosos não   Limpos e
                                 sujos          abrasivos      claros

Faixa de          Baixa - alta   Baixa          Baixa- Média Baixa até
pressão                                                      máxima
Faixa de vazão Pequena -         Pequena -      Pequena -      Pequena
               máxima            máxima         média

				
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