2 – bombas industriais

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2 BOMBAS INDUSTRIAIS

2.1 CONTEUDO PROGRAMTICO

1. TRANSFERNCIA DE ENERGIA POR MEIO DAS BOMBAS

2. CURVA DO SISTEMA E HEAD

3. HEAD, VAZO E POTNCIA

4. EFICINCIAS E FOLGAS DE PROJETO, FHP E BHP

5. VELOCIDADES E POTNCIAS DOS MOTORES ELTRICOS

6. TIPOS DE BOMBAS E DAS PRINCIPAIS VLVULAS

7. BOMBAS CENTRFUGAS: CURVAS CARACTERSTICAS E PONTO DE OPERAO

8. CONDIES DE SUCO E CAVITAO: NPSH, VORTEX E ESCORVA

9. NPSH DISPONVEL E REQUERIDO

10. MUDANAS DO PONTO DE OPERAO

11. CORREO DAS CURVAS PARA FLUIDOS VISCOSOS

12. ASSOCIAO DE BOMBAS CENTRFUGAS EM SRIE

13. ASSOCIAO DE BOMBAS CENTRFUGAS EM PARALELO

14. VELOCIDADE ESPECFICA: NPSH E FLUXO MNIMO

15. EFEITOS DO BAIXO FLUXO NAS BOMBAS CENTRFUGAS

16. ESQUEMAS PARA GARANTIA DO FLUXO MNIMO

17. BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO: ALTERNATIVAS E

ROTATIVAS

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18. CURVAS CARACTERSTICAS DAS BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO

19. BOMBAS: SELEO E ESPECIFICAO

Salvador, 12 de abril de 2005

2.2 TRANSFERNCIA DE ENERGIA POR MEIO DAS BOMBAS

As bombas (pumps) aumentam a energia mecnica dos LQUIDOS,

recebendo energia externa de seus acionadores. Normalmente so

motores eltricos, turbinas a vapor e turbinas a gs.

O aumento de energia pode ser utilizado como acrscimo a uma ou mais

das seguintes parcelas de energia mecnica por unidade de peso:

(p)/() + v/2g + z

Ou seja, aumentando a presso, ou aumentando a velocidade ou

aumentando a altura em relao anterior.

O Hydraulic Institute reconhece cerca de 40 tipos de bombas, que so

classificadas de um modo geral em duas categorias, conforme a maneira

como transferem energia ao fluido:

a) As que aplicam a presso diretamente no fluido: BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO

b) As que usam um torque para gerar rotao, que aumentam a velocidade do fluido: BOMBAS ROTODINMICAS, TAMBM CONHECIDAS COMO BOMBAS CENTRFUGAS.

No caso das bombas, as de DESLOCAMENTO POSITIVO impelem uma

quantidade definida do fluido em cada deslocamento ou volta do

dispositivo.

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J as bombas ROTODINMICAS, impelem um volume lquido que depende

da presso de descarga.

As bombas dinmicas podem ser:

CENTRFUGAS: fluxo do fluido a 90 com o eixo da bomba

AXIAIS: fluxo do fluido paralelo ao eixo

MISTAS

A transferncia de energia ao fluido por meio das bombas pode ser

representada pelo seguinte balano de energia:

Energia final Energia inicial = Energia fornecida Perdas na

do fluido do fluido pela bomba transferncia

(p2/2 + v2/2g + z2) (p1/1 + v1/2g + z1) = H Q

H = energia por unidade de peso fornecida ao fluido pela bomba

Q = energia degradada na transferncia sob a forma de calor

A energia mecnica (trabalho) por unidade de peso fornecida ao lquido

pela bomba denominada de HEAD DA BOMBA, que um valor

correspondente a cada taxa de fluxo bombeado ou VAZO.

As bombas DINMICAS (geralmente usadas para altas vazes e presses

menores) podem ser:

CENTRFUGAS (as mais usadas nas indstrias de processo)

AXIAIS (usadas em situaes menos freqentes).

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Essas bombas so mquinas relativamente simples, de menor custo inicial

e de manuteno e com grande flexibilidade de aplicao.

As bombas centrfugas com um s estgio de impelidor, atingem

capacidades entre ou 3,4 m/h a 1.135 m/h (15 gpm a 5.000 gpm),

alcanando HEAD de at 150 m (500 ft).

Do mesmo modo bombas centrfugas multi-estgio, atingem capacidades

entre 5 m/h e 2.500 m/h (20 gpm a 11.000 gpm), alcanando HEAD de

at 1.700 m (5.500 ft)

Nas bombas CENTRFUGAS o lquido entra na bomba nas vizinhanas do

eixo de propulso onde est montado o rotor, e lanado para a periferia,

pela ao centrfuga.

A energia cintica aumenta do centro do rotor para as pontas das palhetas

propulsoras do rotor.

Esta energia cintica convertida em presso quando o lquido sai do

rotor e entra na voluta do difusor.

As carcaas podem variar de forma, mas a funo principal delas a de

converter a energia cintica transmitida ao lquido pelo rotor, em energia

de presso.

Para atingir valores de HEAD mais elevados a escolha deve ser por

rotores de fluxo radial, s vezes com dois ou mais estgios (dois ou mais

rotores em srie no mesmo eixo).

Se o objetivo atender a grandes vazes e pequenos valores de HEAD, o

rotor escolhido deve ser de fluxo axial.

Nos casos de vazo e HEAD moderados so usadas bombas de fluxo

misto.

As bombas de DESLOCAMENTO POSITIVO (geralmente usadas para altas

presses e baixas vazes) podem ser:

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ALTERNATIVAS (bombas de pisto, bombas de diafragma)

ROTATIVAS (bombas de parafuso, de lbulos, de engrenagens)

Nas bombas ALTERNATIVAS a taxa de bombeio do lquido funo de:

Volume varrido pelo pisto ou diafragma no cilindro.

Nmero de vezes que o pisto varre o cilindro ou diafragma por unidade de tempo.

Para cada passagem do pisto ou diafragma, um volume fixo de lquido descarregado (bombeado) pela bomba.

Ento a vazo de bombeio varia com o tempo, em virtude da natureza

peridica do movimento do pisto ou diafragma.

Usualmente inferior a 10 m/h. Existem entre 2 e 2200 m/h (10 e

10.000 gpm). Com head de at 304.800 m (1.000.000 ft).

Nas bombas ROTATIVAS o rotor produz uma reduo de presso na

entrada da carcaa, fazendo a admisso do lquido.

medida que o rotor gira, o lquido fica retido entre os dentes do rotor e

a carcaa. No final, com as engrenagens se juntando, o lquido

pressurizado e ejetado para a descarga da bomba. As vazes so de 200

l/h a 1.100 m/h com head de at 15.200 m.

2.3 CURVA DO SISTEMA E HEAD

A capacidade ou vazo (Q) o fluxo em volume por unidade de tempo que

a bomba transfere de um ponto de menor condio energtica para outro

de maior condio energtica.

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As unidades mais comuns empregadas para esta grandeza so:

m/s m/h litro/s gpm (galo americano por minuto)

O HEAD como a energia por unidade de peso expresso em metros

(m) ou ps (ft).

O HEAD no depende da massa especfica do lquido que estiver sendo

bombeado. O HEAD SER O MESMO PARA QUALQUER LQUIDO QUE A

BOMBA VENHA A BOMBEAR.

O peso especfico do lquido determinar a presso de descarga da bomba

e a potncia que ser consumida pela bomba.

2.3.1 HEAD DO SISTEMA

Considerando agora o sistema em que estar inserida a bomba: ser

formado de:

Tubulao de suco e acessrios

Tubulao de descarga e acessrios

Vaso de onde o lquido ser transferido

Vaso para onde o lquido ser transferido

O HEAD total do sistema de bombeio (Ha) ser a energia por unidade

por unidade de peso que o fluido demandar da bomba para ser

bombeado a uma determinada vazo.

Esse HEAD total do sistema ou HEAD do SISTEMA (Ha) pode ser

formado por quatro parcelas:

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Primeira: ALTURA GEOMTRICA formada pela diferena entre o nvel de

lquido na descarga e o nvel do lquido na suco.

comum usar a linha de centro do tubo de suco como referncia zero.

Segunda: HEAD DE PRESSO formada pela diferena entre as razes

presso/peso especfico no reservatrio de descarga e a mesma razo no

reservatrio da suco. Se ambos os reservatrios estiverem na mesma

presso, por exemplo, ambos abertos para a atmosfera, ou ambos sendo

reservatrios fechados pressurizados mas estando ambos a mesma

presso, esta segunda parcela ser ZERO.

Terceira: HEAD DE PERDA DE CARGA formada pelo somatrio de todas

as perdas de carga perda de energia - nos tubos e acessrios das

tubulaes de suco e descarga.

Quarta: HEAD DE VELOCIDADE formada pela diferena da energia de

velocidade por unidade de peso (v/2g) computada no reservatrio de

descarga e no reservatrio de suco.

Na prtica, o HEAD DE VELOCIDADE pode ser considerado desprezvel

em quase todos os casos.

2.3.2 CURVA DO SISTEMA

Calculando-se o HEAD TOTAL do sistema, ou a soma das perdas de carga

correspondente a cada uma das vrias vazes escolhidas conforme o

interesse da anlise ou do estudo, podemos montar a CURVA DO

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SISTEMA, colocando num grfico os valores do HEAD TOTAL em metros

(ou ps) no eixo vertical e valores das vazes correspondentes aos

respectivos HEAD TOTAIS em m/h (ou gpm) no eixo horizontal.

2.3.3 VELOCIDADES E PERDAS DE CARGA RECOMENDADAS

Na elaborao das curvas dos sistemas existentes ou que esto sendo

dimensionados ou mesmo avaliados para verificar desempenho ou

possibilidade de ser usado em capacidades maiores, importante

conhecer valores tpicos, recomendados pela experincia de autores que

conhecem o lado prtico, tcnico e econmico do tema.

D = dimetro nominal da tubulao em polegadas

Velocidades em (ft/s)

Perda de carga em (psi/100 ft)

Suco de bombas= 1,3 + D/6 Perda de carga= 0,4

Descarga de bombas= 5 +D/3 Perda de carga= 2

Gases e vapor dgua= 20 x D Perda de carga= 0,5

Gases secos e ar= 100 ft/s

Gases midos= 60 ft/s

Vapor dgua:

Linhas em geral= mximo 0,3 Mach Perda de carga= 0,5

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Alta presso= 150 ft/s

Baixa presso= 100 ft/s

No vcuo (Pabs < 50 mm Hg) Perda de carga mxima= 5% da presso

absoluta.

Vlvulas de controle

Pelo menos 0,7 kgf/cm de perda de carga.

No clculo do Cv considerar 1,3 vezes a vazo normal ou 1,1 vezes a vazo

mxima de operao.

Vasos:

1 v/2g para a entrada no vaso e 0,5 v/2g para a sada.

Considerar a velocidade do tubo de sada do vaso.

IMPORTANTE:

Fontes sobre velocidades e perdas de carga recomendadas e prticas:

DURAND, Alejandro Anaya. Heuristics rules for process equipment.

Chemical Engineering. New York, v.113, n. 10, p. 44 a 47, out. 2006.

LUDWIG, Ernest E. Applied process design for chemical and petrochemical

plants. 2. ed. Houston, Texas: Gulf Publishing Company, 1977 p.54 e 55 v.1

BRANAN, Carl R. Rules of thumb for chemical engineers. 3. ed. Houston,

Texas: Gulf Professional Publishing . Elsevier Science 2002, p. 5 a 7.

TELLES, Pedro Carlos da Silva. Tabelas e grficos para projetos de

tubulaes. Rio de Janeiro. Livraria Intercincia, 1976, p. 20.

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GOMIDE, Reynaldo. Fluidos na indstria. So Paulo. Edio do autor, 1993.

p. 286.

2.3.4 CORRELAES DE VISCOSIDADE CINEMTICA

SSU normalmente nas temperaturas de 100F e 210F

SSF normalmente nas temperaturas de 122F e 210F

1 SSU = 10 SSF

1 SSU = Centistokes x 4,6347

1 SSF = Centistokes x 0,4717

IMPORTANTE

Para viscosidades maiores que 3.000 a 5.000 SSU, a depender do tamanho

da bomba, deve-se optar por bombas de deslocamento positivo.

O aumento da viscosidade do lquido aumenta a EFICINCIA das BOMBAS

DE DESLOCAMENTO POSITIVO e reduz a EFICINCIA das BOMBAS

ROTODINMICAS.

Nos casos em que o processo permita elevar a temperatura do lquido,

sem causar qualquer problema, seja fsico ou qumico, uma alternativa

para tornar possvel o uso de bombas centrfugas.

2.4 HEAD, VAZO E POTNCIA

A energia mecnica por unidade de tempo (Potncia) que a bomba recebe

no seu eixo, transferida de um acionador que est acoplado mesma,

dada pela seguinte expresso:

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Potncia (kW) = (.g.H.Q)/1000 onde:

= massa especfica (kg/m)

g = acelerao gravitacional (m/s)

H = head (m)

Q = vazo (m/s)

= frao adimencional (eficincia do conjunto)

Como 1 hp = 746 W, ou 1 hp = 0,746 kW, a potncia fornecida no eixo da

bomba expressa em (hp), conhecida como (bhp) ou brake horse

power.

Desse modo Potncia (bhp) = Potncia (kW)/ 0,746.

A potncia transferida ao lquido efetivamente, dada pela seguinte

expresso:

Potncia (kW) = (.g.H.Q)/1000

Essa potncia expressa em (hp), conhecida como (fhp) ou flow brake

power

Desse modo Potncia (fhp) = Potncia (kW)/0,746.

Em unidades americanas de engenharia (unidades inglesas), teremos:

Potncia (bhp) = [Q(gpm) x p (psi)]/1715

Potncia (bhp) = [Q(gpm) x H (ft) x (densidade)]/ 3960

Potncia (bhp) = [Q(ft/s) x H(ft) x (lbm/ft) x g(ft/s)/ 550

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Os valores de potncia consumida apresentados nas

curvas fornecidas pelos fabricantes de bombas tm, valores corretos, mas

apenas para o valor fixo da massa especfica do lquido em 1.000 kg/m,

pois so CURVAS PARA GUA A TEMPERATURA AMBIENTE.

2.5 EFICINCIAS E FOLGAS DE PROJETO, FHP E BHP:

2.5.1 EFICINCIAS:

A eficincia global o produto das trs eficincias: hidrulica, volumtrica

e mecnica.

EFICINCIA HIDRULICA: definida como a razo entre o HEAD (carga)

real e o HEAD ideal terico (carga de Euler) atravs das diferenas de

velocidades. Essa diferena aparece devido a perdas por atrito do lquido e

a turbulncia.

EFICINCIA VOLUMTRICA: na operao do rotor ocorre recirculao.

Parte do volume que seria bombeado pelo rotor, no atinge a linha de

descarga, retornando para a suco. A razo entre o volume efetivamente

bombeado e o volume que teoricamente seria bombeado definida como

eficincia volumtrica.

EFICINCIA MECNICA: devido ao atrito gerado pela recirculao do

lquido que envolve lateralmente as ps do rotor e a carcaa. A razo

entre a energia mecnica realmente transferida ao lquido e a energia

mecnica fornecida ao rotor, definida como eficincia mecnica.

Nas bombas ROTODINMICAS A EFICINCIA maior na vazo e HEAD

que correspondem ao chamado PONTO DE MAIOR EFICINCIA (Best

efficience point BEP).

Nas bombas de DESLOCAMENTO POSITIVO A EFICINCIA maior quanto

maior for a presso.

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A EFICINCIA DAS GRANDES BOMBAS CENTRFUGAS ultrapassa 85%. Nas

PEQUENAS pode chegar a menos de 40%.

IMPORTANTE:

Para estimativas um valor razovel de EFICINCIAS de 60% em bombas

pequenas e 70% em bombas mdias.

2.5.2 SOBRE-POTNCIA (FOLGA) NOS ACIONADORES DAS BOMBAS

Como na prtica provvel e muitas vezes at frequente, variaes das

condies de operao das bombas, isso acarreta variaes de demanda

de potncia consumida.

Recomendam-se usualmente as seguintes percentagens acima do (bhp)

calculado nos projetos:

(bhp) calculado de: acrscimo de potncia (%)

5 a 25 cerca de 25%

30 a 75 cerca de 15%

100 em diante cerca de 10%

Para as bombas de refluxo de torres de destilao acrescentar 25% na sua

capacidade.

2.6 VELOCIDADES E POTNCIAS DOS MOTORES ELTRICOS

2.6.1 VELOCIDADES

H uma relao entre a frequncia da corrente alternada, o nmero de

plos dos motores sncronos e a rotao no eixo desses motores. Essa

relao a seguinte:

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RPM = 120 x (frequncia em Hertz)/(n de polos do motor)

Para os motores de induo (os mais usados) considerando o

escorregamento e a frequncia padro no Brasil de 60 Hz, temos as

seguintes velocidades (rotaes).

N DE POLOS 2 4 6 8 10 12 14

RPM 3500 1750 1160 875 700 580 500

Quando se deseja velocidades que no so nenhuma destas, a soluo

recorrer a acoplamento por meio de correia usando polias capazes de

promover a rotao desejada. A relao de rotao proporcional aos

raios das polias.

Outra forma de conseguir velocidades especiais pode ser por meio do uso

engrenagens redutoras ou multiplicadoras da velocidade do motor, a

depender do caso.

Tambm podem ser empregados conversores de frequncia eltrica.

2.6.2 POTNCIAS DOS MOTORES ELTRICOS

POTNCIAS (hp) PADRO PARA MOTORES ELTRICOS DE INDUO:

1 1,5 2 3 5 7,5 10 15 20 25 30 40 50 60

75 100 125 150 200

POTNCIAS (hp) PARA MOTORES ELTRICOS SNCRONOS OU DE INDUO:

3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 7000 8000 -9000.

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IMPORTANTE:

Sempre que possvel usar de preferncia motores de 2 polos. So mais

baratos e a rotao maior torna as bombas centrfugas mais eficientes.

Por outro lado, bombas centrfugas com rotao mais alta tem mais

dificuldade de suco, o valor do NPSH requerido maior.

Portanto um estudo para decidir a alternativa mais econmica, sempre se

faz necessrio.

2.6.3 MOTORES TRIFSICOS E MONOFSICOS

Os motores trifsicos tem as seguintes faixas de eficincia:

Cerca de 1 hp 80%

Entre 10 hp e 250 hp 85% a 90%

Acima de 800 hp 93% a 95%

Para motores monofsicos multiplicar esses valores de eficincia por (0,8).

No se recomenda motores monofsicos para potncias acima de 10 hp.

2.6.4 VARIADORES DE VELOCIDADE

Em alguns casos como medida de controle de processo ou por economia

de energia, pode ser necessrio fazer variaes de rotao nas bombas,

durante sua operao:

a) Por meio de variadores de frequncia ajustveis automaticamente ou no.

b) Usando como acionador turbina a vapor ou turbina a gs.

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2.6.5 ACIONAMENTO POR TURBINAS:

Turbinas com potncia inferior a 800 kW so comumente acionadas com

vapor de at 50 kgf/cm (700 psig), mas este limite varia conforme os

fornecedores de turbinas.

H uma correlao emprica que pode ser usada para estimar a eficincia

(desvio da expanso isoentrpica) das turbinas a vapor de uso industrial

para potncias entre 100 hp e 20.000 hp, cujos valores variam entre 30% e

82%. Tal correlao pode ser representada pela seguinte equao:

Eficincia = 0,1346 x ln (potncia em hp) 0,468

baseada na prtica geral de aplicao econmica de turbinas a vapor,

em que as turbinas abaixo de 1.000 hp so de um s estgio (consideradas

pequenas turbinas); acima disso , so de mltiplos estgios, com melhor

eficincia.

2.7 TIPOS DE BOMBAS E DAS PRINCIPAIS VLVULAS

2.7.1 BOMBAS CENTRFUGAS E BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO

BOMBAS CENTRFUGAS:

So as mais amplamente usadas para transferncia de lquido nas

Indstrias de Processo Qumico. Esto disponveis em ampla faixa de

tamanhos e capacidades, so por tanto adequadas para grande range de

aplicaes.

As vantagens dessas bombas incluem:

a) Simplicidade b) Baixo custo inicial c) Fluxo uniforme d) Baixo custo de manuteno e) Baixo nvel de rudo

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BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO:

Embora os engenheiros de incio, estejam mais inclinados pela instalao

de bombas centrfugas, muitas aplicaes de processo, ditam a

necessidade de bombas de deslocamento positivo.

Devido ao seu projeto mecnico e capacidade para originar fluxo a partir

de um input de presso, as bombas de deslocamento positivo

apresentam alta eficincia sob quase todas as condies de trabalho, o

que reduz o uso de energia e custo de operao.

ESCOLHA ENTRE BOMBA CENTRFUGA E BOMBA DE DESLOCAMENTO

POSITIVO:

A resposta desses dois tipos principais de bombas muito diferente para

cada condio de processo. Ento essencial analisar bem o processo e

suas condies e particularidades, antes da escolha da bomba apropriada.

Na folha seguinte temos uma indicao do Hydraulic Institute.

Na tabela abaixo temos o resumo das diferenas entre esses dois tipos de

bombas, considerando aspectos diversos:

Centrfuga Deslocamento Positivo

Funcionamento Transfere uma

velocidade ao lquido

resultando em presso

na sada. Presso

criada resulta em fluxo

Captura quantidades

confinadas do lquido e

as transfere da suco

para a descarga. Fluxo

criado e presso

tambm

Desempenho Vazo varia com

mudanas na presso

Vazo constante

mesmo com variao de

presso

Viscosidade do lquido Eficincia diminui com Eficincia aumenta com

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aumento da

viscosidade

aumento da viscosidade

Eficincia Pico de eficincia no

(BEP). presso maior

ou menor a eficincia

diminui

A eficincia aumenta

com o aumento da

presso

Condies de entrada

do lquido

O lquido deve estar

dentro da bomba para

poder ser criado uma

presso diferencial.

Bomba seca no opera.

criada uma presso

negativa na entrada de

lquido na bomba.

Bomba seca pode

operar.

2.7.2 PRINCIPAIS VLVULAS

As vlvulas so dispositivos destinados a estabelecer, controlar e

interromper o fluxo em uma tubulao.

Em qualquer instalao deve haver sempre o menor nmero possvel de

vlvulas compatvel com o funcionamento e a segurana das pessoas e das

instalaes. Isto porque as vlvulas so peas caras, que introduzem perda

de carga e onde sempre possvel haver vazamentos.

As vlvulas representam em mdia cerca de 8 a 10% do custo total de uma

instalao de processamento.

Os tipos mais importantes de vlvulas so:

VLVULAS DE BLOQUEIO (block valves). S devem funcionar

completamente abertas ou completamente fechadas:

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Vlvulas de gaveta (gate valves)

Vlvulas de macho (plug ou cock valves)

Vlvulas de esfera (ball valves)

Vlvulas de comporta slide ou blast valves)

VLVULAS DE REGULAGEM (throttling valves). Podem trabalhar em

qualquer posio de fechamento parcial. So destinadas especificamente

para controlar fluxo:

Vlvulas de globo (globe valves)

Vlvulas de agulha (needle valves)

Vlvulas de controle (control valves)

Vlvulas de borboleta (butterfly valves)

Vlvulas de diafragma (diaphragm valves)

VLVULAS QUE PERMITEM O FLUXO NUM S SENTIDO

Vlvulas de reteno (check valves)

Vlvulas de reteno e fechamento (stop-check valves)

Vlvulas de p (foot valves)

VLVULAS QUE CONTROLAM A PRESSO A MONTANTE

Vlvulas de segurana e de alvio (safety, relief valves)

Vlvulas de contra-presso back-pressure valves)

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VLVULAS QUE CONTROLAM A PRESSO A JUSANTE

Vlvulas redutoras e reguladoras de presso.

2.8 BOMBAS CENTRFUGAS: CURVAS CARACTERSTICAS E PONTO DE

OPERAO

As bombas centrfugas operando a velocidade constante tem o aumento

de capacidade (vazo) associado ao decrscimo do HEAD.

As bombas centrfugas so capazes de self regulation. A potncia

consumida, a eficincia desenvolvida, o NPSH requerido, tambm variam

com os parmetros Vazo e HEAD.

As curvas caractersticas mostram todas essas variveis com a vazo para

uma bomba centrfuga que opera numa rotao fixada.

Essas curvas so chamadas caractersticas porque podem tem formas

diferenas em funo de caractersticas construtivas diversas das bombas.

Os tipos mais comuns recebem as seguintes denominaes e exprimem os

seguintes comportamentos nas operaes:

CURVA FLAT Para uma pequena diferena de HEAD h grande

diferena de vazo.

CURVA STEEP Para uma grande diferena de HEAD h pequena

diferena de vazo.

Normalmente todas as curvas caractersticas das bombas centrfugas so

fornecidas pelos fabricantes, baseadas em operaes com gua limpa a

20C (68F).

No caso das curvas de NPSHrequerido, o Hydraulic Institute (USA) tem

correlaes para corrigir os valores obtidos para gua pelos fabricantes,

para valores de operaes com hidrocarbonetos.

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2.8.1 CURVAS DAS FAMLIAS DE BOMBAS:

Como as bombas centrfugas esto disponveis em ampla variedade de

tamanhos e capacidades e podero ser aplicadas em grandes faixas de

aplicaes, os fabricantes oferecem agrupamentos de curvas (HEAD x

vazo) para vrias bombas normalmente semelhantes com mesma

rotao de operao que podem orientar os engenheiros sobre qual o tipo

ou modelo pode ser mais adequado para a parte do processo que est

sendo estudada.

Na figura seguinte apresentamos um exemplo de um desses grficos.

2.8.2 PONTO DE OPERAO:

Todas as bombas centrfugas estabelecero um ponto de operao que

definido como a interseco da curva (head vazo) da bomba com a

curva do sistema de tubulao onde a bomba est ou estar inserida.

O ponto de operao, significa que o HEAD (H) e a vazo (capacidade Q)

que com compem esse ponto, indicam as condies de funcionamento

(operao) da bomba.

Esse ponto de operao s pode ser alterado das seguintes maneiras:

ALTERAO DA ROTAO DA BOMBA

MUDANA NO DIMETRO DO ROTOR

MODIFICAO DA CURVA CARACTERSTICA DO SISTEMA

DEFORMAES MECNICAS DEVIDO AO USO, OU DEPSITOS, ETC.

2.9 CONDIES DE SUCO E CAVITAO: NPSH, VORTEX E ESCORVA:

2.9.1 CAVITAO:

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SE A PRESSO ABSOLUTA EM ALGUMA PARTE DE UMA BOMBA

CENTRFUGA EM OPERAO PASSAR POR UM VALOR MENOR QUE A

PRESSO DE VAPOR DO LQUIDO SENDO BOMBEADO, ESSSE LQUIDO IR

SOFRER VAPORIZAO.

EM SEGUIDA, EM ZONAS DE PRESSO MAIS ALTA AS BOLHAS FORMADAS

NA VAPORIZAO ENTRAM EM COLAPSO, PASSANDO PARA A FASE

LQUIDA. ISSO PROVOCA UMA ONDA DE CHOQUE QUE CONHECIDA

COMO CAVITAO.

SIGNIFICA QUE CAVIDADES SO FORMADAS NA MASSA DE LQUIDO,

DENTRO DA BOMBA, POR VAPORIZAO DO LQUIDO OU PORQUE GASES

DISSOLVIDOS SO LIBERADOS, FORMANDO BOLHAS.

VRIOS EFEITOS ADVERSOS SURGEM QUANDO AS CAVIDADES SO

FORMADAS:

= PERDA DE VAZO

= DIMINUIO DO HEAD, LOGO DA PRESSO DE DESCARGA.

= DIMINUIO DA VAZO

= PERDA DE EFICINCIA

= BARULHO

= VIBRAO

= REMOO DE PARTCULAS DO METAL DA BOMBA (PITTING)

E FINALMENTE DANOS A BOMBA, DEVIDO A IMPLOSO DAS BOLHAS,

QUANDO ELAS PASSAM PELA REA DE MAIOR PRESSO DO ROTOR.

O Hydraulic Institute define como evidncia de CAVITAO quando h

perda de HEAD de 3%.

2.9.2 FATORES QUE PODEM LEVAR CAVITAO:

Aumento da temperatura do lquido na suco

Variao na presso do vaso de suco

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Variao na composio do lquido

Excessiva perda de carga no sistema de suco (restrio)

Entrada de ar ou gases na suco

Altitude

De todos esses fatores, o estudo do NPSH s no leva em conta a entrada

de ar na suco. Os gases dissolvidos devem ser limitados a 5%.

AS BOMBAS REQUEREM UM HEAD MNIMO (PRESSO ABSOLUTA) NA

SUCO, PARA EVITAR VAPORIZAO DENTRO DA BOMBA.

O VALOR DESTE HEAD MNIMO REQUERIDO DEPENDE DO TIPO DE BOMBA

CENTRFUGA, PROJETO, SERVIO, ETC. E ESPECIFICADO PELO

FABRICANTE DA BOMBA. o valor lquido (NET) da presso no vaso de

suco descontadas todas as perdas na linha de suco, at o olhal da

bomba.

ESTE O CONCEITO DE NPSH REQUERIDO, QUE BASEADO EM BOMBEIO

DE GUA LIMPA A 20C OU 68F.

O NPSH DISPONVEL O HEAD REALMENTE DISPONVEL NA SUCO DA

BOMBA J SUBTRAIDO O VALOR DA PRESSO DE VAPOR DO LQUIDO NA

TEMPERATURA DE BOMBEIO.

ENTO O NPSHd DEVE SER IGUAL (teoricamente) OU MAIOR QUE O

NPSHr.

A MARGEM MNIMA DE SEGURANA EST DETALHADA NO TEM 2.10.2.

ESTA MARGEM PARA MANTER A CAVITAO DENTRO DE LIMITES

ACEITVEIS, DE ZERO A 3% DE PERDA DE HEAD.

A CAVITAO POR VAPORIZAO PODE OCORRER POR REDUO DE

PRESSO NA LINHA DE SUCO E CONSEQUENTE VAPORIZAO DEVIDO

TEMPERATURA DE BOMBEIO.

PARA EVITAR A CAVITAO PODE-SE

29

= ELEVAR O HEAD DE SUCO, POR MEIO DE ELEVAO DE NVEL,

REDUZINDO A PERDA DE CARGA NA SUCO, REDUZINDO A

TEMPERATURA DE BOMBEIO, MODIFICANDO A COMPOSIO DO LQUIDO

OU REDUZINDO O NPSHr,

= DEVE-SE EVITAR A FORMAO DE VORTEX QUE PODE CAUSAR

ASPIRAO DE AR OU OUTROS INCONDENSVEIS.

UM VOLUME DE 5 A 6% DESSES GASES PODE CAUSAR EFEITOS

DESASTROSOS NAS BOMBAS CENTRFUGAS. ESSAS BOMBAS PODEM

OPERAR COM UM MXIMO DE 0,5% DE GASES EM VOLUME.

RECOMENDAES PARA BOAS CONDIES DE SUCO:

= SELECIONAR BOMBAS COM BAIXO NPSHr. SO BOMBAS DE TAMANHOS

RELATIVAMENTE MENORES E DE MENOR ROTAO. CONTUDO TEM QUE

SER LEMBRADO QUE O CUSTO MENOR PARA BOMBAS MAIORES E DE

MAIOR ROTAO.

= A VELOCIDADE ESPECFICA DE SUCO DEVER SER PREFERENCIALMENTE

ABAIXO DE 9000. NUNCA ACIMA DE 12000. O NMERO LIMITE USADO

NORMALMENTE POR EMPRESAS OPERADORAS E DE PROJETO 11.000.

= PARA INSTALAES MAIORES USAR BOMBAS DE DUPLA SUCO, ISTO

DIVIDE O FLUXO E REDUZ O NPSHr EM 37%. PORM DEVE SER

OBSERVADO QUE COMO A RECIRCULAO INTERNA AUMENTA E PODE

ATINGIR 40% DA VAZO DE MXIMA EFICINCIA. BOM NESSES CASOS,

CONSULTAR OS FABRICANTES.

= PARA EVITAR TURBULNCIA, A DISTNCIA ENTRE CURVA NA

TUBULAO DE SUCO E A ENTRADA NA BOMBA, DEVE SER DE 10 VEZES

O DIMETRO DA LINHA EM TRECHO RETO.

= SE POSSVEL USAR VELOCIDADE DE 1,0m/s NA SUCO, INCLUSIVE PARA

EVITAR VORTEX:

2.9.3 VORTEX

30

Uma das principais fontes de ar ou gases para uma bomba centrfuga

atravs da formao de um VORTEX, na entrada do tubo de suco.

Isto ocorre quando o tubo de sada do reservatrio (vaso) est

relativamente prximo superfcie do lquido e a velocidade de entrada

no tubo alta.

A posio do tubo de entrada do lquido faz pouca diferena um vortex

pode ser formado quando a abertura do tubo vertical ou horizontal.

A formao de vortex pode ser observada facilmente quando esvaziamos,

por exemplo, uma pia (lavatrio). Nesse caso fazemos a gua escoar

atravs de um orifcio ou bocal no fundo do reservatrio, o que ocasiona a

massa do lquido em volta do bocal tende a adquirir um movimento em

espiral.

Na realidade a rotao da Terra tende a estabelecer o sentido de rotao

do vortex, se no houver predomnio de outra interferncia inicial, como a

gua entrar tangencialmente no reservatrio.

Este fenmeno conhecido como EFEITO CORIOLIS.

Esse efeito faz com que o vortex no hemisfrio norte tenha sentido de

rotao anti-horrio (quando observado de cima do reservatrio) e no

hemisfrio sul, a rotao do vortex no sentido horrio.

No incio da formao aparece uma pequena depresso na superfcie do

lquido. Essa depresso afunda gradualmente e forma um ncleo vazio no

seu centro, por onde finalmente o ar ou outros gases penetram dentro do

lquido. Assim o vortex assume a configurao de um funil hiperblico.

O incio da depresso que d origem ao vortex, depende da profundidade

em que est o bocal da tubulao por onde o lquido vai sair do

reservatrio. Portanto se essa profundidade for mantida acima do valor

mnimo, o vortex ser evitado, bem como os efeitos danosos s bombas a

jusante.

2.9.4 PARA PREVENIR OU ELIMINAR O VORTEX:

So as seguintes tcnicas para evitar a formao de vortex:

31

a) Manter o bocal de sada de lquido do reservatrio (vaso), bem submerso. Esse bocal deve estar localizado a uma distncia das paredes do vaso de pelo menos 1,5 a 2,0 vezes o dimetro do tubo de sada do lquido.

b) A rea efetiva, em corte longitudinal, do poo de suco deve ser ao menos 10 vezes a rea do bocal. Tal rea efetiva calculada como o produto da largura do tanque pela altura de lquido sobre o bocal.

c) Se a velocidade atravs do bocal for mantida no mximo em 1,5

m/s, a altura de lquido sobre o bocal pode ser reduzida a 2 vezes o dimetro do bocal.

d) recomendvel que o bocal tenha no fundo do reservatrio a

forma de boca de sino.

e) Se nem sempre possvel manter o bocal bem submerso, porque o vaso est sendo esvaziado, ento chicanas acima do bocal pode evitar a formao do vortex. Na figura da pgina seguinte temos um esquema com as dimenses genricas. o dispositivo apresentado por John H. Doolin da Worthington Corp.

f) Para vasos fechados de processo, usa-se outro dispositivo, colocado

a distncia de 4 a 6 polegadas do bocal de sada do lquido. A distncia mnima deve ser de 2 polegadas. A altura vertical das chapas deve ser 1,25 vezes o dimetro do bocal ou no mnimo 5 polegadas. O comprimento do dispositivo (tamanho dos braos da cruz) deve ser de 3,5 a 5 vezes o dimetro do bocal de sada.

IMPORTANTE:

Mesmo que o vortex se forme em condies muito especiais, ou que no

seja possvel corrigir situaes de formao de vortex, pois requerem

paradas de plantas e/ou obras em concreto armado, etc., existe um meio

prtico que pode ser empregado em grandes reservatrios abertos para a

atmosfera, como por exemplo, bacias de torres de resfriamento, lagoas de

captao e estaes de tratamento de guas para eliminar o vortex:

32

FAZER FLUTUAR UMA PLACA DIRETAMENTE SOBRE O BOCAL (JANGADA

DO SARAIVA)

Essa placa flutuante pode ser de madeira, ou outro material mais leve que

a gua e o princpio o seguinte:

a) O atrito contra a parte inferior da chapa flutuante retarda consideravelmente a velocidade do vortex

b) Mesmo que o vortex seja formado, a presena desta pea evita a entrada de ar no ncleo do vortex e na tubulao de suco (cria perda de carga para o fluxo de gs ou ar)

A chapa deve ter dimenses amplas para impedir a formao de vortex a

alguma distncia do eixo do bocal do fundo do vaso (reservatrio). A

chapa deve ser ancorada para evitar sair do local correto (ponto acima do

bocal).

2.9.5 ESCORVA:

a operao de substituir pelo lquido a ser bombeado todo o ar outros

gases e vapores do sistema de suco, para que as bombas centrfugas

possam entrar em regime normal de bombeio, sem cavitao.

A razo para isso que a existncia de ar ou gases dentro da bomba

impede que seja criada uma depresso na entrada do rotor suficiente para

provocar a movimentao da coluna lquida do sistema de suco.

Esse aspecto crtico na partida de bombas que NO TRABALHAM

AFOGADAS, isto , situadas abaixo do nvel do reservatrio (vaso) de

suco. Nesse caso, preciso que tais bombas possuam dispositivos que

proporcionem a escorva, seja por ao manual ou automtica.

Mesmo durante a operao normal, h casos em que a vaporizao do

lquido ou, o que mais frequente, a entrada de ar na bomba pode tornar

irregular ou at interromper o processo de bombeamento.

33

Os principais modos de escorva so os seguintes:

a) Utilizando vlvula de p b) Utilizando by pass da vlvula de reteno (check valve) c) Utilizando bomba de vcuo ou ejetor, aspirando da linha de suco d) Utilizando as chamadas caixas de vcuo e) Utilizando os chamados vasos de escorva

Qualquer que seja o esquema de escorva deve ser feita uma verificao e

s vezes uma complementao com lquido, antes de dar partida na

bomba.

Tal verificao consiste em abrir o vent (suspiro) da carcaa da bomba

para observar que s sai lquido. No caso de gua pode ser aberto para a

atmosfera.

Na indstria qumica, na grande maioria dos casos o produto bombeado

inflamvel e/ou txico, no podendo por tanto ter o vent da carcaa

aberto para a atmosfera. Devem esses suspiros estar interligados a

sistemas fechados de segurana de drenagem, com ligao rede de

flare, quando for o caso.

Para escorva de bombas de produtos muito txicos ou de alto custo,

seguro e econmico usar os chamados vasos de escorva, acima citados.

2.9.6 DIMENSIONAMENTO DAS CAIXAS DE VCUO:

As caixas de vcuo so dimensionadas de modo que o vcuo feito e

mantido na caixa seja capaz de criar uma diferena de presso que possa

compensar a perda de carga do fluxo de lquido e a altura geomtrica

negativa entre o ponto de suco e caixa de vcuo.

Esse vcuo dever ser traduzido em altura de coluna lquida que dever

baixar dentro da caixa de vcuo.

A altura da caixa ser a necessria para compensar a coluna a elevar, ou

TRS VEZES O VOLUME DA LINHA para compensar a variao de volume.

34

2.10 NPSH DISPONVEL E REQUERIDO

As bombas centrfugas somente tero operaro satisfatoria se no houver

formao de vapores do lquido, ou um gs dissolvido no lquido.

Portanto necessrio que no centro do rotor, ou seja, o ponto de

interseco da linha de centro do eixo da bomba e o plano perpendicular

ao eixo da bomba e passando pelo bocal de entrada no rotor, o HEAD

de presso seja maior que a presso de vapor do lquido. Em outras

palavras: que haja um valor lquido (net) positivo de:

NPSH = NET POSITIVE SUCTION HEAD.

O NPSH REQUERIDO o valor requerido por uma bomba para funcionar.

expresso em unidade de altura (metro ou p) de lquido e est

representado e indicado nas curvas caractersticas das bombas.

IMPORTANTE

Esses valores das curvas normalmente incluem uma margem de segurana

de 0,5 m.

O fabricante de bombas fornece curvas (NPSH requerido vazo),

enquanto que o NPSH DISPONVEL dever ser calculado para cada

instalao, composio do fluido sendo bombeado e mais, condies de

vazo, estado, temperatura, etc. tanto para verificao como para projeto.

O requisito que: NPSH disponvel > NPSH requerido.

O valor do NPSH requerido guarda uma proporcionalidade com a

velocidade (rotao) da bomba, assim:

RPM ( proporcional a ) (NPSHrequerido)0,75

2.10.1 CLCULO DO HPSH DISPONVEL

O ponto de referncia o centro do bocal de suco.

35

Simplificando, podemos dizer que o NPSH disponvel a energia

disponvel no vaso de suco diminuda da perda de carga na suco.

BOMBAS COM SUCO NEGATIVA EM VASO PRESSURIZADO:

NPSHdisp = (p1 + pb pv)/(.g) + v/2g hc Hgeo

p1 = presso manomtrica no vaso de suco

pb = presso baromtrica local

pv = presso de vapor do lquido na temperatura de bombeio

= massa especfica do lquido na temperatura de bombeio

g = acelerao da gravidade no local

v = velocidade do lquido no vaso

hc = perda de carga no sistema de suco at o rotor da bomba

Hgeo = diferena de altura geomtrica entre o nvel do lquido e o eixo da

bomba

De um modo geral a parcela v/2g pode ser considerada desprezvel, pois

devido o valor do dimetro do vaso, a velocidade do fluido se torna

insignificante.

Ento ficar:

NPSHdisp = (p1 + pb pv)/(.g) hc Hgeo

IMPORTANTE:

Esta nomenclatura e a considerao sobre o valor da parcela v/2g, podem

ser consideradas as mesmas em todos os demais casos de clculo do NPSH

disponvel que apresentamos em seguida.

36

BOMBAS COM SUCO NEGATIVA EM VASO ABERTO PARA A

ATMOSFERA:

NPSHdisp = (p1 + pb pv)/(.g) + v/2g hc Hgeo

Como p1 =0 e v/2g tambm, ficar:

NPSHdisp = (pb pv)/(.g) hc Hgeo

IMPORTANTE

por isso que o limite para as bombas succionarem gua,

TEORICAMENTE MXIMO de 10,33 m de altura geomtrica negativa, que

a coluna de gua correspondente presso baromtrica padro.

BOMBAS COM SUCO POSITIVA EM VASO PRESSURIZADO:

NPSHdisp = (p1 + pb pv)/(.g) + v/2g + Hgeo - hc

O que ficar sendo:

NPSHdisp = (p1 + pb pv)/(.g) + Hgeo - hc

IMPORTANTE:

Quando o lquido est em equilbrio (lquido-vapor), p1 + pb = pv

Ento:

NPSHdisp = Hgeo - hc

O que muito comum na indstria de processos qumicos e correlatas.

Da a simplificao a que nos referimos anteriormente.

BOMBAS COM SUCO POSITIVA EM VASO ABERTO PARA A ATMOSFERA:

NPSHdisp = (p1 + pb pv)/(.g) + v/2g + Hgeo hc

37

Como p1 =0 e v/2g tambm, ficar:

NPSHdisp = (pb pv)/(.g) + Hgeo - hc

2.10.2 DIFERENAS RECOMENDADES ENTRE NPSH DISPONVEL E

REQUERIDO

Antigamente se usava 0,60 m ou aproximadamente 2 ft.

A MARGEM MNIMA DE SEGURANA USUALMENTE PRATICADA DE 1m A

1,5m OU A RAZO NPSHd/NPSHr ENTRE 1,1 E 1,3. USA-SE O QUE FOR

MAIOR.

PARA SERVIOS CRTICOS COMO GRANDES BOMBAS DE GUA DE

REFRIGERAO OU BOMBAS DE ALTA PRESSO (MULTI ESTGIOS) PARA

GUA DE CALDEIRA, USA-SE A RAZO NPSHd/NPSHr ENTRE 1,5 E 2,5 OU A

DIFERENA ENTRE NPSHd E NPSHr DE 3,0m, O QUE FOR MAIOR.

SEGUNDO A NORMA ANSI/HI 9.6.1 A DIFERENA ENTRE O DISPONVEL E O

REQUERIDO PODE SER DE 1,1m A 1,3m PARA GUA E 0,6m A 0,9m PARA

HIDROCARBONETOS EM GERAL.

ESSA MARGEM FUNO DE UM PARMETRO CHAMADO ENERGIA DE

SUCO, DEFINIDO ASSIM:

ENERGIA DE SUCO = De x N x Nss x d

De = dimetro do olhal do rotor (polegadas)

N = rotao da bomba (rpm)

Nss = velocidade especfica de suco

d = densidade do lquido (gua fria = 1,0)

Nss = N(rpm) x VAZO NO PONTO DE MAX. EFICINCIA (gpm)0,5

NPSHr (ft)0,75

38

No caso de aplicaes como:

= Alimentao de caldeiras

= Bombeio de produto de fundo em torres a vcuo

= Bombeio de solventes diversos, etc

So recomendadas diferenas acima de 3,0 m (10 ft)

IMPORTANTE:

Na prtica, normalmente no se usa correlaes que corrigem valores de

NPSHrequerido oferecido pelos fabricantes para operaes com gua.

Como os valores determinados para gua so maiores do que para

hidrocarbonetos, funcionam como um coeficiente de segurana, pois os

valores de NPSHrequerido para hidrocarbonetos, aparecem na faixa de

entre 60% e 90% dos valores do NPSHrequerido para o caso de bombeio

de gua.

A causa a grande variao de volume especfico entre gua e vapor

dgua, que muito maior que a variao de volume especfico entre

lquido e vapor no caso dos hidrocarbonetos.

1 m de gua a 100C e 1 atm absoluta produz 1.608 m de vapor

1 m de hidrocarbonetos lquidos de quatro Carbonos produz 68 m de

vapores

1 m de hidrocarbonetos lquidos de trs Carbonos produz 27,5 m de

vapores.

2.10.3 RECOMENDAES PARA ESTUDOS E PROJETOS

a) Calcular o NPSHdisponvel considerando todos os mnimos detalhes do sistema de suco.

39

b) Calcular o NPSHdisponvel para a vazo normal e a vazo mxima prevista.

c) Verificar cuidadosamente a composio do lquido e sua presso de vapor. Inclusive variaes durante o processo.

d) No fazer correes de NPSHrequerido para hidrocarbonetos,

visando elevar a margem de segurana.

e) Utilizar as diferenas recomendadas entre NPSHdisponvel e NPSHrequerido.

2.10.4 REDUO DO NPSHrequerido INCLUSO DE INDUTOR

A incluso de indutor uma soluo adotada em casos onde a baixa

presso de suco e temperatura alta, tornam o NPSH disponvel um

problema crtico.

Essencialmente o INDUTOR um pequeno parafuso de Arquimedes, que

age criando aspirao de uma quantidade extra de lquido para dentro do

rotor, reduzindo significativamente o NPSH requerido pela bomba, em sua

faixa normal de operao.

Em muitos casos, o indutor permite a seleo de bombas menores, que

operam na faixa das 3.500 rpm, para aplicao de baixo NPSH, deixando-

se ento de escolher bombas maiores que operam com rotao de 1.750

rotaes por minuto.

2.11 MUDANAS DO PONTO DE OPERAO

Mudanas no ponto de operao so feitas tambm de forma intencional

pela Engenharia, objetivando adaptao a outras condies de processo,

como ampliaes ou redues de capacidade, mudana de lquido que

ser bombeado e outras.

40

A alterao no ponto de operao deve ser feita sempre observando que

as condies de suco no sejam prejudicadas, ou seja, evitando risco de

cavitao.

2.11.1 ALTERAO DA CURVA CARACTERTICA DO SISTEMA

Consiste em alterar a curva de resistncia ao fluxo nas tubulaes e

acessrios que compem o sistema no qual a bomba opera.

Pode ser conseguida mais facilmente por meio de ajuste de vlvula de

controle de fluxo instalada na tubulao de descarga da bomba, ou por

meio de:

a) Modificao do dimetro da tubulao no todo ou em parte.

b) Presena de incrustaes nas tubulaes.

c) Alteraes na parte esttica: presso no vaso de suco ou no ponto de descarga, ou nas alturas geomtricas.

Outra maneira muito usual alterar o traado de trechos ou de toda a

tubulao da bomba.

2.11.2 ALTERAO SOMENTE DA ROTAO DA BOMBA

Uma bomba centrfuga tem diferentes curvas caractersticas,

correspondentes a cada uma das velocidades (rotao) de operao.

A relao entre cada uma estas curvas est ligada pela Lei da Similaridade

(obtida atravs da anlise de nmeros adimensionais que representam

cada fenmeno de comportamento do fluido e da mquina.

Ento: Essas relaes so vlidas para pontos homlogos de cada curva

caracterstica, ou seja, os PONTOS HOMLOGOS SO PONTOS ONDE AS

EFICINCIAS SO IGUAIS.

41

As relaes so as seguintes:

Vazes diretamente com a rotao (Q1)/(Q2) = (N1)/(N2)

Heads com o quadrado da rotao (H1)/(H2) = [(N1)/(N2)]

Potncias com o cubo da rotao (Pot1)/(Pot2) = [(N1)/(N2)]

IMPORTANTE:

Os pontos definidos como (Q1), (H1), (Pot1) e (Q2), (H2), (Pot2) so

homlogos, os rendimentos so iguais em ambos.

2.11.3 EFEITO DO DIMETRO DO ROTOR

Temos dois casos a considerar:

a) Bombas geometricamente semelhantes

b) Bombas em que a nica variao o dimetro do rotor

BOMBAS GEOMETRICAMENTE SEMELHANTES:

So bombas cujas dimenses fsicas guardam proporcionalidade

constante. Nesse caso o dimetro do rotor (D) pode ser tomado como

dimenso representativa da bomba, conforme foi usado na determinao

dos grupos adimensionais.

Assim, para bombas geometricamente semelhantes teremos as seguintes

relaes:

(Q1)/(Q2) = [(D1)/(D2)]

(H1)/(H2) = [(D1)/(D2)]

(Pot1)/(Pot2) = [(N1)/(N2)]5

42

BOMBAS EM QUE A NICA VARIAO O DIMETRO DO ROTOR:

Nesses casos permanecem as outras grandezas fsicas constantes. Para

pequenas variaes de dimetro, como o caso da troca de rotor de uma

mesma bomba, uma anlise da equao da continuidade, BEM COMO

TESTES EXPERIMENTAIS, mostram que as relaes abaixo so vlidas:

(Q1)/(Q2) = (D1)/(D2)

(H1)/(H2) = [(D1)/(D2)]

(Pot1)/(Pot2) = [(D1)/(D2)]3

2.11.4 REDUO DO DIMETRO DE UM ROTOR

sempre feito em bombas centrfugas RADIAIS

Nas bombas de FLUXO MISTO e principalmente nas AXIAIS, a reduo de

dimetro do rotor pode alterar muito o projeto, devido s variaes nos

ngulos das ps.

2.11.5 ROTORES FORNECIDOS PELOS FABRICANTES

Rotor mximo: dimetro limitado pelo dimetro da voluta.

Rotor mnimo: 80% do dimetro do rotor mximo, pois para dimetros

menores a eficincia cairia muito.

2.12 CORREO DAS CURVAS PARA FLUIDOS VISCOSOS:

Nas bombas centrfugas, bombeando fluidos viscosos, medida que a

viscosidade do fluido aumenta para uma mesma vazo, o HEAD cai e a

potncia requerida aumenta

43

Em outras palavras h perda de eficincia com o crescimento da

viscosidade do lquido.

Na prtica as curvas caractersticas so levantadas para operao com

gua. Para os fluidos com viscosidade maiores que a da gua, o Hydraulic

Institute desenvolveu uma correlao capaz de prever as curvas

caractersticas em funo da viscosidade do lquido que ser bombeado.

IMPORTANTE:

Para viscosidades at cerca de 10 cSt = 60 SSU ou 22 x 10-6 m/s podem ser

usadas as curvas caractersticas para gua.

Segundo a revista Chemical Engineering (fascculo) esse limite pode chegar

at 100 SSU.

Na faixa de 3.000 a 5.000 SSU aconselhvel utilizar bombas de

deslocamento positivo.

2.12.1 CORRELAO DO HYDRAULIC INSTITUTE

Esta correlao um mtodo muito usado e pode ser aplicada com

sucesso, observadas as seguintes consideraes:

a) Lquidos uniformes.

b) Faixa de vazo onde o NPSH disponvel capaz de evitar cavitao.

c) Extrapolaes devem ser evitadas.

d) Velocidades especficas entre 6 e 45 (unidades do SI).

e) Volutas de um s estgio com rotores de fluxo radial.

44

Exemplos numricos de aplicao deste mtodo de correo das curvas caractersticas de uma bomba centrfuga em funo da viscosidade do fluido se encontram com bastante detalhe nas pginas 131 e 132 do Volume I do livro Applied Process Design for Chemical and Petrochemical Plants, segunda edio de Ernest E. Ludwig.

2.13 ASSOCIAO DE BOMBAS CENTRFUGAS EM SRIE:

A curva da associao de duas bombas centrfugas em srie, apresenta

para uma dada vazo, a soma dos HEADs de cada uma das bombas que

compe a associao.

Por isso, a associao de bombas em srie est sempre ligada

necessidade de AUMENTO de HEAD, com consequente aumento de

presso de descarga. Porm como podemos observar num grfico que

abriga a curva da associao em srie e a curva do sistema, vemos que a

associao em srie tem como efeito adicional TAMBM O AUMENTO DA

VAZO, em relao vazo de cada bomba separadamente.

Para obteno da curva da associao, fixam-se valores de vazo e l-se na

curva de cada bomba o HEAD correspondente. O valor da soma desses

valores de HEAD de cada bomba individualmente, ser o HEAD

correspondente para a associao das referidas bombas em srie.

A presso de descarga da segunda bomba ser, portanto, a soma das

presses de descarga normais de cada bomba operando separadamente

com o mesmo lquido.

Uma bomba MULTIESTGIO funciona como uma associao de vrias

bombas em srie.

IMPORTANTE:

Deve ser verificado se a segunda bomba tem resistncia mecnica,

flanges, selos, etc., capazes de suportar a presso resultante da soma. Isto

tambm deve ser verificado em relao a tubulao, instrumentos etc.

45

2.14 ASSOCIAO DE BOMBAS CENTRFUGAS EM PARALELO

A associao de bombas em paralelo est sempre ligada necessidade de

AUMENTO DE VAZO, sem consequente aumento de presso de descarga.

Porm como podemos observar no grfico que abriga a curva da

associao, A CONTRIBUIO PARA A VAZO TOTAL PODE SER DIFERENTE

ENTRE AS BOMBAS E EM MUITOS CASOS A LTIMA TEM CONTRIBUIO

MENOR, S VEZES BEM PEQUENA OU AT NULA, em relao vazo de

cada bomba separadamente. Tudo depender da curva do sistema.

POR ISSO A ASSOCIAO EM PARALELO DEVE SER LIMITADA A NO

MXIMO QUATRO BOMBAS.

A associao de bombas em paralelo d mais flexibilidade. Nos casos de

necessidade de operar a vazes reduzidas, basta tirar de operao uma ou

mais bombas.

Para que se tenha uma noo melhor desta situao, um exemplo de

curva de uma associao de bombas em paralelo colocada no mesmo

grfico da curva do sistema, necessrio.

Para obteno da curva da associao, fixam-se valores de head e l-se

na curva de cada bomba a vazo correspondente. O valor da soma desses

valores de vazo de cada bomba individualmente ser a vazo

correspondente ao HEAD escolhido.

IMPORTANTE:

Na associao de bombas em paralelo, o HEAD de SHUTOFF deve ser

15% maior que o HEAD do ponto de operao.

2.14.1 CUIDADOS NA ASSOCIAO DE BOMBAS EM PARALELO

a) Duas bombas iguais operando em paralelo no significa o dobro da vazo. Vai depender da curva do sistema (o sistema vai caber?).

46

b) Bombas selecionadas para operar em paralelo, numa associao que deve ter uma vazo de operao (Q), devem ter preferencialmente, igual a (Q)/(n) a vazo de cada uma das (n) bombas que faro parte dessa associao.

c) Selecionar, sempre que possvel bombas iguais para compor a associao.

d) Ter cuidado para que as variaes da curva do sistema no levem uma das bombas a trabalhar com vazo abaixo da mnima ou mesmo chegar a vazo zero (shutoff).

e) Dar folga de potncia nos acionadores, para que em caso de trip de uma das bombas a outra possa assumir o sistema, pois dever ocorrer sobrecarga.

f) Selecionar bombas de modo que o NPSH disponvel seja suficiente para as condies de sobrecarga (sobre vazo) causada pelo trip de uma das bombas da associao, conforme aludido no item anterior.

2.15 VELOCIDADE ESPECFICA: NPSH E FLUXO MNIMO

2.15.1 VELOCIDADE ESPECFICA

A velocidade especfica de uma bomba centrfuga representa a rotao

(RPM) na qual um rotor geometricamente similar giraria se descarregasse

uma unidade de fluxo contra uma unidade de head. A expresso que

calcula a velocidade especfica obtida por meio de anlise dimensional.

47

Os fabricantes de bombas e o Hydraulic Institute no usam a forma

adimensional e ento a velocidade especfica comumente considerada

como a seguinte expresso:

Ns = (N) ( Q )/H0,75

Em unidades SI:

N = rotao em (RPM)

Q = vazo em (m/s)

H = head em (m)

Em unidades americanas e inglesas:

N = rotao em (RPM)

Q = vazo em (gpm)

H = head em (ft)

Bombas com rotores de dupla suco, o clculo deve ser feito dividindo a

vazo por 2.

As principais aplicaes da Velocidade Especfica so:

a) Nos projetos hidrulicos das bombas. A performance de um rotor de uma srie pode ser prevista, se conhecida a performance de um outro rotor da mesma srie.

b) Permite a previso aproximada do desempenho de uma bomba a partir das caractersticas do rotor.

c) Limitao das condies de suco. o critrio mais aceito.

d) Indicao do tipo de um rotor.

48

VELOCIDADE ESPECFICA DE OPERAO (Ns) a velocidade especfica

num ponto de operao em particular que estiver em considerao.

VELOCIDADE ESPECFICA TIPO (Nt) a velocidade especfica num ponto

de operao onde a EFICINCIA DA BOMBA A MXIMA, USANDO O

ROTOR DE DIMETRO MXIMO. Isto define o tipo da bomba. O nmero

no depende da real velocidade de rotao.

As caractersticas fsicas e as linhas gerais do rotor esto intimamente

ligadas com sua respectiva VELOCIDADE ESPECFICA TIPO.

VELOCIDADE ESPECFICA DE SUCO (Nss) calculada quando

substitumos head pelo NPSHrequerido (NPSHR), ento fica assim a

expresso:

Nss = (N) ( Q )/NPSHR0,75

Nesta equao, tanto a VAZO quanto o NPSH REQUERIDO so os da

condio de 100% do projeto, ou seja, no PONTO DE MAIOR EFICINCIA e

para o MXIMO DIMETRO DE ROTOR disponvel para a bomba em

estudo.

IMPORTANTE:

Menores valores de Nss so desejveis porque nessas bombas menos

provvel acontecer recirculao interna, permitindo operar mesmo

afastada do ponto de melhor eficincia.

Os projetistas de bombas procuravam sempre projetos que tivessem o

menor NPSH requerido e para isso aumentavam o dimetro do olhal do

rotor. Com o olhal com maior dimetro ocasionava maior recirculao na

suco, causando fluxo reverso na linha de suco prxima a bomba.

Recirculao difere de Cavitao (termo que descreve o colapso de bolhas

de vapor). Os danos causados pela Cavitao so frequentemente

causados por baixo NPSH disponvel.

49

OS VALORES SEGUROS de Nss NO DEVEM EXCEDER 9.000 (unidades

americanas). Segundo o autor HEINZ P. BLOCH, se bombas com valores de

velocidade especfica de suco maiores que 9.000 esto sendo operadas

com vazes muito maiores ou menores que as do ponto de maior

eficincia ento sua expectativa de vida e tempo entre reparos dever ser

reduzida.

Em 1982, um minucioso estudo feito com 500 bombas centrfugas na

refinaria da AMOCO em Texas City, no Texas, EUA. Todas essa bombas

foram projetadas no incio dos anos 1960. A concluso foi de que quando

a bomba tinha VELOCIDADE ESPECFICA DE SUCO MAIOR QUE 11.000, A

CONFIABILIDADE SE REDUZIA METADE. Da nasceu este valor como

limite superior, que ainda amplamente aceito por engenheiros, usurios

e outros.

Embora hoje haja softwares muito modernos e normas para construo

de bombas mais robustas como a oitava edio da API 610, no h

necessidade de aumentar o dimetro de olhal para reduzir o NPSH

requerido, esse LIMITE DE VELOCIDADE ESPECFICA DE SUCO ainda tem

peso nas decises inclusive como vimos acima h recomendaes de

limitar a velocidade especfica de suco em 9.000.

2.15.2 EFEITOS DA VELOCIDADE ESPECFICA NAS CURVAS CARACTERTICAS

DAS BOMBAS CENTRFUGAS:

a) BOMBAS COM BAIXAS VELOCIDADES ESPECFICAS: Indicam rotores radiais ou mistos. As curvas (HEAD x VAZO) so bem planas, com eficincia mxima em ampla faixa de capacidades (vazes). Curvas de Potncia consumida caindo medida que a descarga da bomba fechada (vazes sendo reduzidas). Empregam-se bombas com essas caractersticas no caso de rotores projetados para grandes valores de HEAD.

50

b) BOMBAS COM ALTAS VELOCIDADES ESPECFICAS: Indicam rotores axiais. So rotores projetados para baixos valores de HEAD e grandes vazes. As curvas (HEAD x VAZO) bem inclinadas. HEAD cresce rapidamente com reduo da vazo. As curvas de eficincia apresentam um mximo bem pronunciado. As curvas de Potncia se elevam medida que a capacidade (vazo) reduzida.

IMPORTANTE:

Projetam bombas centrfugas de fluxo misto na faixa de Ns = 500 a Ns =

6.500 e bombas axiais na faixa de Ns = 5.000 a Ns = 11.000 (dados em

unidades americanas).

Utilizando unidades SI, as bombas centrfugas variam de Ns = 5 a Ns = 100.

TAMBM IMPORTANTE:

A maioria das bombas centrfugas de processo tem velocidade especfica

abaixo de 2.000.

As bombas maiores, como as bombas de gua de refrigerao podem ter

valores de Ns na ordem de 5.000.

2.15.3 FLUXO MNIMO

Um nmero muito grande de bombas no opera no seu ponto de maior

eficincia. Isto ocorre por vrios motivos que se repetem. Alguns deles

podemos mencionar:

a) Uma bomba maior selecionada prevendo aumento de capacidade da Planta no futuro, para acomodar uma margem assumida de erro de clculo.

b) Quase sempre a capacidade escolhida 10% ou mais acima da real capacidade.

51

c) Situaes em que as bombas operam com frequentes e amplas variaes de fluxo (vazo).

Isto acarreta que a operao de muitas bombas ocorra de forma

ineficiente. UM CONHECIDO CAMINHO PARA PERDAS DE ENERGIA E

PROBLEMAS MECNICOS.

Quando o ponto de operao se desloca se afastando do ponto de maior

eficincia para a esquerda, a regio de menor capacidade da bomba

(vazo), a eficincia da bomba vai se reduzindo e a demanda relativa de

energia vai aumentando, se tornando maior que a necessria.

A diferena entre a energia fornecida no eixo da bomba (bhp) e a energia

hidrulica transferida ao lquido, consumida sob a forma de calor dentro

da prpria bomba.

O caso extremo a operao da bomba com a vlvula de descarga

fechada, em que toda a energia recebida convertida em calor. Mesmo

havendo perda de calor pela carcaa para o meio ambiente, energia fica

no lquido e pode atingir o ponto de ebulio.

A elevao de temperatura devido operao no shutoff pode ser

aproximadamente a seguinte:

T = 42,4 x (bhp no shutoff)/(Wp x Cp + Ww x Cw), onde:

T = Elevao da temperatura em F/minuto

Wp = peso da bomba

Ww = peso do lquido contido na carcaa

Cp = Calor especfico do material da bomba

Cw = Calor especfico do lquido

Se a velocidade da elevao da temperatura muito grande, pode no

haver tempo de ocorrer a transmisso do calor do lquido para a carcaa.

Nesse caso a equao passa a ser:

52

T = 42,4 x (bhp no shutoff)/(Ww x Cw)

No bombeio normal, quanto maior for a vazo da bomba menor a

velocidade de elevao de temperatura. Por outro lado, quando o fluxo

tende a zero ou atinge ZERO (condio de shutoff) a temperatura sobe

rapidamente.

Vejamos o seguinte exemplo: Duas bombas ambas com o mesma potncia

de shutoff, igual a 100 hp, sendo que a massa contida na carcaa da

primeira de 45,35 kg de gua e na segunda seja de 907 kg de gua.

Na primeira teremos a elevao de temperatura de 42,4F/minuto e na

segunda 2,12F/minuto.

Ento bombas de grande HEAD, (grande velocidade) como tem menor

volume contido tem MAIOR VELOCIDADE DE ELEVAO DE

TEMPERATURA.

E bombas de baixo HEAD e grande vazo, como tem maior volume

contido tem MENOR VELOCIDADE DE ELEVAO DE TEMPERATURA.

IMPORTANTE:

Usando uma elevao de temperatura de 15F como permitida, os

fabricantes de bombas s vezes acabam permitindo baixos fluxos.

Ento dispositivos de garantia de fluxo mnimo devem ser usadas nos

casos onde a baixa vazo no cause elevaes de temperatura maiores

que 15F.

Estes dispositivos podem ser linhas de bypass que devem ser ligadas ao

vaso de suco onde o excesso de calor possa ser absorvido e nunca como

um retorno linha de suco. Caso no seja possvel o fluxo de bypass

deve ser resfriado num trocador de calor.

A linha de bypass deve conter um orifcio de restrio (RO) para reduzir

a presso e restringir o fluxo ao valor desejado. Arranjos com mltiplos

53

orifcios so usados quando a diferena de presso desejada muito alta,

como no caso de bombas de gua de alimentao de caldeiras de alta

presso.

Existem no comrcio vlvulas automticas para controle de fluxo mnimo

de bombas. So instaladas nas linhas de bypass.

Para o consultor Dr. Tony Sofronas (EUA), a elevao de temperatura do

lquido numa bomba centrfuga no shutoff, aproximadamente:

T = 81 x (bhp) x t /(D x x Cp), onde:

T = elevao da temperatura do lquido na carcaa (F)

(bhp) = bhp no shutoff

t = tempo em que a bomba opera no shutoff (minutos)

D = dimetro do rotor (ft)

= massa especfiva do lquido (lbm/ft)

Cp = capacidade calorfica do lquido (Btu/lbm.F)

Como exemplo consideremos uma bomba centrfuga bombeando gua

numa vazo tal que a potncia consumida de 100 hp. O dimetro do

rotor de 1 ft e a potncia no shutoff 50% da potncia normal de

bombeio. Se for bloqueada por 2 minutos, qual a elevao da temperatura

da gua presa na carcaa?

T = 81 x 50 x 2 /(1 x 62,4 x 1) = 130F

Esta elevao de temperatura pode ou no causar problemas bomba,

conforme j vimos.

IMPORTANTE:

No caso de hidrocarbonetos haveria uma maior elevao da temperatura,

porque tem menor capacidade calorfica e menor massa especfica.

54

Poderia ocorrer at vaporizao do lquido da carcaa e a bomba rodar a

seco.

Esta equao se aplica apenas a curto tempo de bloqueio da descarga e

bombas centrfugas de fluxo radial. No se aplica aos casos de fluxo misto,

axial outro tipo.

2.15.4 DETERMINAO DO FLUXO MNIMO

Para proteger a bomba e o processo, uma vazo acima do fluxo mnimo

deve ser garantida atravs do sistema de bypass, seja ele qual for. Para

isso necessria escolher ou calcular a vazo mnima de bombeio.

A indicao mais fcil a indicao do fabricante da bomba. No passado

se baseava o fluxo mnimo no valor de aquecimento de 20F, o que levava

a valores entre 10% e 15% da vazo de projeto.

Depois foi fixado o valor de 15F, como vimos acima.

Para garantir maior confiabilidade com fluxo estvel e sem cavitao, a

industria concluiu que o range de fluxo mnimo pode variar de 10% a

70% da vazo no ponto de maior eficincia, mas tudo dependendo da

VELOCIDADE ESPECFICA DE SUCO.

Por exemplo: o mnimo fluxo para uma bomba axial pode ser 70%,

enquanto que o fluxo mnimo para uma bomba radial de baixa velocidade

especfica de suco pode estar entre 30% da vazo no ponto de maior

eficincia.

Ento:

Nss > 11.000 - vazo mnima de 80% da vazo no BEP

8.000 < Nss > 11.000 vazo mnima de 65% da vazo no BEP

Nss < 8.000 vazo mnima de 50% da vazo no BEP.

55

Contudo, o fluxo mnimo pode ser calculado pelo mtodo que

apresentamos a seguir. Embora a validade desse mtodo no ter sido

totalmente estabelecida, um mtodo muito usado.

Para bombas muiti-estgio usar somente o HEAD (H) por estgio, na

temperatura limite.

Vejamos o mtodo de clculo:

a) Calcular o NPSH disponvel para a vazo normal.

b) Somar a esse valor encontrado do NPSH disponvel, a presso de vapor do lquido nas condies de suco. Isto representa a presso de vapor correspondente temperatura do lquido no flash point.

c) Calcular ou buscar em tabelas, etc., a temperatura (T)

correspondente presso de vapor (resultante da soma mencionada no item (b)).

d) A elevao de temperatura (T) permitida ser a diferena entre a

temperatura (T) e a temperatura real de bombeio. No caso de gua de alimentao de caldeiras, usa-se o valor prtico de 15F, de elevao para condies mdias.

e) Calcular a eficincia mnima de segurana ():

() = H/(778xTxCp + H)

H = head em (ft) nas condies de shutoff

Cp = capacidade calorfica do lquido (Btu/lb. F)

f) Com o valor da eficincia mnima de segurana (), pode-se encontrar nas curvas caractersticas da bomba a vazo correspondente, que ser a VAZO MNIMA OU FLUXO MNIMO DE OPERAO. IMPORTANTE:

Segundo Austin R. Bush da Worthington, a recirculao para manter o

fluxo mnimo de operao no deve ser NUNCA ABAIXO DE 5 gpm,

DEVE SER EM TORNO DE 10 gpm.

56

2.16 EFEITOS DO BAIXO FLUXO NAS BOMBAS CENTRFUGAS

No ponto de maior eficincia, (Best Efficiency Point BEP), a velocidade

relativa de entrada do lquido suposta ser paralela s palhetas e seus

ngulos. O projeto pretende evitar choques na entrada.

A bomba operando em vazo maior ou menor que a do ponto de maior

eficincia resulta em aumento das perdas por atrito.

Tambm um fenmeno de fluxo chamado RECIRCULAO ocorrer em

vazes afastadas do (BEP). Esta recirculao pode existir tanto na suco

como na descarga do rotor.

A vazo de bombeio em que a recirculao se manifesta na bomba,

depende da VELOCIDADE ESPECFICA DE SUCO. Assim:

Para bombas com maior Nss, a recirculao interna de fluxo comear a

talvez 85% da vazo do (BEP), e talvez a 55% da vazo do (BEP) em

bombas com menores valores de Nss. Novamente isto tornar mais

diferente o nmero de forma do rotor ou VELOCIDADE ESPECFICA (Ns).

BOMBAS COM ALTO Ns TERO MENOR MARGEM ENTRE A VAZO NO

(BEP) E O FLUXO ONDE A RECIRCULAO COMEA, COMPARADA COM

BOMBAS DE BAIXO VALOR DE Ns.

Barulho caracterstico, quebra de selo mecnico, vibrao indesejvel,

trancamento e outras SO MANIFESTAES FSICAS DE QUE NO

POSSIVEL ACEITAR OPERAO DE BOMBAS COM FLUXO MUITO BAIXO,

OU SEM FLUXO.

H uma mistura de recirculao com fluido que entra, causando

turbulncia que consome energia desnecessria.

IMPORTANTE:

Em bombas com baixo valor de Ns o consumo de energia no shutoff

aproximadamente 30% do que consome no (BEP).

57

Em bombas com rotor de fluxo axial esse consumo no shutoff pode ser

to alto quanto 90% da vazo no (BEP).

Alm disso, foras radiais agindo no rotor so mnimas na vazo no (BEP),

e aumentam em vazes menores e maiores que a vazo no (BEP).

O bhp de shutoff aproximadamente igual ao bhp de 40% a 60% do

fluxo total. Essa potncia se dissipa, indo principalmente aquecer o lquido

confinado na carcaa.

2.17 ESQUEMAS PARA GARANTIA DO FLUXO MNIMO

So os seguintes os esquemas mais empregados para garantia do fluxo

mnimo para as bombas centrfugas:

a) Mtodo do controle da vazo. b) Mtodo do controle da presso. c) Mtodo do orifcio de restrio (RO). d) Emprego de vlvula automtica auto-operada. e) Controle do nvel com recirculao.

O mtodo do Controle de Presso mais adequado para sistemas com

grandes variaes de fluxo e que precisam de respostas mais rpidas. S

deve ser usado em bombas com curvas de inclinao bem acentuada,

onde variaes de vazo trazem grandes variaes de HEAD, com

consequente visvel variao de presso de descarga.

O mtodo do Orifcio de Restrio (RO) mais adequado para bombas que

exigem pequena vazo de recirculao (fluxo mnimo).

As Vlvulas Auto-operadas so usadas com frequncia em bombas de

alimentao de caldeiras.

58

IMPORTANTE:

A recirculao para manter o fluxo mnimo de segurana das bombas deve

ser feita com uma linha que deve sair da linha de descarga da bomba no

trecho entre a bomba e a check valve.

2.18 BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO: ALTERNATIVAS E ROTATIVAS

2.18.1 BOMBAS ALTERNATIVAS:

A EFICINCIA VOLUMTRICA PODE SER DE AT 95%

AS BOMBAS ALTERNATIVAS IMPRIMEM AO LQUIDO AS PRESSES MAIS

ELEVADAS ENTRE TODOS OS TIPOS DE BOMBAS. AS VAZES, PORM SO

RELATIVAMENTE PEQUENAS, A MANUTENO FREQUENTE, CARA E EM

MUITOS CASOS O FLUXO PULSANTE.

USA-SE NORMALMENTE PARA VAZES AT 1000 gpm E PRESSO DE

10.000 psi OU MAIS.

PODEM SER USADOS VASOS ACUMULADORES PARA REDUZIR O EFEITO DA

PULSAO.

O NPSH REQUERIDO APROXIMADAMENTE 3 A 5 psig ACIMA DA PRESSO

DE VAPOR DO LQUIDO.

A VELOCIDADE NA LINHA DE SUCO DEVE FICAR ENTRE OS VALORES DE

1 E 3 ft/s.

OBRIGATRIA A INSTALAO DE VLVULA DE SEGURANA NA

TUBULAO DE DESCARGA OU INTERNAMENTE NA BOMBA.

O EFEITO DA VISCOSIDADE DO FLUIDO, NA EFICINCIA DA BOMBA

DESPREZVEL.

59

AS EFICINCIAS VARIAM COM O PORTE APROXIMADAMENTE ASSIM:

EFICINCIA DE 70% NA FAIXA DE 10 hp



2) BOMBAS DE PARAFUSO, LBULOS E ENGRENAGENS

DEPENDEM DE FOLGAS MUITO PEQUENAS PARA OPERAREM BEM.

H POR TANTO PROBLEMAS, QUANDO OPERAM COM FLUIDOS SUJOS OU

ABRASIVOS.

ESTAS BOMBAS NO TEM ESCOAMENTO PULSANTE, TENDO BOAS

CARACTERSTICAS PARA USO NOS PROCESSOS QUMICOS.

CONDIES DE APLICAO DESSA BOMBAS:

VAZES DE 1 A 5.000 gpm.

COM FLUIDOS DE 30 SSU (1 cS) OU MENOS, HEAD AT 200 ft.

COM FLUIDOS DE 50 A 70 SSU, HEAD AT 500 ft.

COM FLUIDOS ACIMA DE 70 SSU, HEAD AT 1200 ft.

PODEM SER USADAS PARA VISCOSIDADES DE AT 500.000 SSU.

NPSH REQUERIDO DE AT 3 ft.

CONSEGUEM BOMBEAR LQUIDOS COM GASES AT 30% EM VOLUME.

CONTUDO A ENTRADA DE GASES REDUZ A VAZO E CAUSA PULSAO.

60

O PROJETO MECNICO TAL QUE AT 10.000 SSU NO H INFLUNCIA

NA EFICINCIA.

PARA VALORES MAIORES FAZ-SE AS SEGUINTES CORREES:

MAIS DE 10.000 AT 30.000 SSU FATOR=0,95



TER DE SER INSTALADA VLVULA DE SEGURANA NA TUBULAO DE

DESCARGA OU INTERNAMENTE NA BOMBA.

EM SUMA, A VAZO PROPORCIONAL ROTAO E QUASE NO

DEPENDE DA PRESSO DIFERENCIAL OU DO HEAD.

2.19 CURVAS CARACTERSTICAS DAS BOMBAS DE DESLOCAMENTO

POSITIVO

Grficos apresentam o desempenho das bombas de deslocamento

positivo por meio de curvas HEAD x Vazo. Ilustram tambm uma

comparao com o desempenho das bombas centrfugas.

2.20 BOMBAS: SELEO E ESPECIFICAO

A seleo de bombas de processo tem de levar em conta a adequao do

equipamento s condies de processo, aliando capacidade com os

requisitos do sistema e as propriedades do lquido que ser bombeado.

61

Geralmente a qualidade do lquido no varia aps passar pela bomba. H

exceo no caso de bombas que so reatores qumicos, como, por

exemplo, na produo de Nitro-benzeno, Nitro-Clorobenzenos, etc.

Etapas relacionadas com a seleo e especificao das bombas:

a) Estabelecer as condies de processo b) Estabelecer o tipo de bomba (grfico adiante).

c) Escolher os materiais de construo

d) Determinar algumas caractersticas construtivas

e) Elaborar a folha de dados e especificaes gerais, como

apresentada em modelos na literatura.

f) Preparar a lista de fornecedores

g) Enviar as consultas a esses fornecedores

h) Analisar as propostas e escolher a melhor considerando principalmente a sistemtica de Ciclo de Vida.

i) Analisar os desenhos e acompanhar a fabricao e os testes.

2.20.1 ESTABELECER AS CONDIES DE PROCESSO

As condies de processo que devem ser consideradas e estabelecidas

so:

a) Caractersticas fsicas e qumicas do lquido a ser bombeado: composio qumica, pH, Massa especfica, viscosidade, presso de vapor, temperatura de bombeamento e condies especiais, como presena de slidos em suspenso, abrasividade e outras.

b) Vazo mxima, mnima e de projeto.

62

c) Presso de suco, presso de descarga, HEAD total.

d) NPSH disponvel.

2.20.2 ESTABELECER O TIPO DE BOMBA

O estabelecimento do tipo de bomba se faz comparando as caractersticas

de funcionamento de cada tipo com os requisitos operacionais do sistema.

Utilizar grfico especfico j mencionado.

Quando mais de um tipo se torna adequado para um determinado servio,

a escolha recair sobre o mais econmico na anlise de Ciclo de Vida.

2.20.3 ESCOLHER OS MATERIAIS DE CONSTRUO

As curvas e tabelas de corroso encontradas na bibliografia nem sempre

refletem a realidade, pois na maior parte das vezes esses dados foram

obtidos em experincias de laboratrio, com substncias puras e em

condies estticas, totalmente diferentes das encontradas na realidade

industrial.

Pelo exposto, os dados sobre resistncia corroso encontrado na

bibliografia e catlogos devem ser considerados apenas como orientao,

cuja finalidade dar uma ideia aproximada sobre o comportamento

esperado de um material.

teis mesmo so as normas do Hydraulic Institute que, baseadas na

experincia de seus associados, listam materiais recomendados para

algumas centenas de fluidos diferentes. Da mesma forma a norma API 610

lista os materiais recomendados para fluidos usuais encontrados em

refinarias de petrleo.

63

2.20.4 DETERMINAR ALGUMAS CARCTERSTICAS CONSTRUTIVAS

O ROTOR pode ser aberto, semiaberto ou fechado. O rotor fechado deve

ser usado sempre que possvel, devido sua maior eficincia quando

comparado com os demais.

Na presena de slidos finos em suspenso, em percentagem maior que

3% a 5% (polpas), usual a utilizao de rotores semiabertos, devido a sua

menor tendncia a entupimento.

O rotor aberto usado no bombeamento de esgotos, efluentes, gua com

areia (as chamadas bombas de dragagem).

A SELAGEM DO EIXO pode ser feita por selo mecnico, caixa de gaxetas ou

selo hidrulico.

Em servios com gua, lquidos pouco corrosivos e no inflamveis ou com

slidos em suspenso, costuma-se especificar selagem por meio de

gaxetas, refrigeradas por lquido externo (geralmente gua) ou o prprio

lquido que estar sendo bombeado.

Quando o fluido bombeado inflamvel ou corrosivo, sem slidos em

suspenso, de uso comum o SELO MECNICO, que tambm pode ser

refrigerado por lquido de fonte externa ou o prprio lquido bombeado.

Para lquidos corrosivos o SELO HIDRULICO por suas vantagens tem sido

muito usado.

2 – bombas industriais

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