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MÁQUINAS HIDRÁULICAS
AT-087
Universidade Federal do Paraná
Curso de Engenharia Industrial Madeireira
Dr. Alan Sulato de Andrade
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS LÍQUIDOS
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
INTRODUÇÃO:
Para se movimentar um fluido é necessário dois
fatores: O primeiro é um local ou caminho por onde o
fluido passará e o segundo é um sistema que forneça
energia suficiente ao líquido para este realize o
trabalho e percorra o caminho pré-estabelecido. O
trabalho a ser realizado será o equivalente ao
deslocamento de seu peso pelo caminho pré-
estabelecido.
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
INTRODUÇÃO:
O caminho a ser percorrido pelo líquido é definido pela
tubulação, constituída dos tubos e dos acessórios a
ela adicionados como válvulas, conexões, cotovelos,
expansões, contrações, etc.
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
INTRODUÇÃO:
Quem fornece a energia para movimentar o fluido pela
tubulação é a bomba.
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
INTRODUÇÃO:
Para o dimensionamento de um sistema para
transporte de fluidos se faz necessário contabilizar os
efeitos de cada componente que estão associados a
tubulação bem como as características da bomba.
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
BOMBAS:
São consideradas bombas hidráulicas todas as
máquinas que recebem trabalho mecânico, fornecido
por outra máquina (normalmente um motor elétrico ou
a combustão interna), e o transfere para o fluido
realizar trabalho. O processo pelo qual ocorre esta
transferência de energia são resultados das
interações dinâmicas entre um elemento orgânico do
dispositivo (rotor) e o fluido, e são geralmente
baseadas no escoamento e nas forças detectadas na
interface do fluido e a superfície deste sólido.
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
BOMBAS:
As bombas são operadas normalmente com líquidos (bombas d’águas), mas existem dispositivos que podem operar com gases (ventiladores), embora os princípios básicos sejam os mesmos em ambos, pode haver diferenças significativas na dinâmica dos escoamentos nestes dois casos. Por exemplo, a cavitação é muito importante no projeto de bombas que operam com líquidos, sendo desprezível nos gases. Os efeitos de compressibilidade são importantes em bombas que operam com gases com número de Mach elevados, o que não acontece com os líquidos.
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
BOMBAS:
As bombas podem ser classificadas de acordo com a forma como transfere a energia para o fluido. Nesta classificação há dois tipos de bombas;
1) Bombas de deslocamento positivo, também chamada de bombas estáticas. Alternativas
Rotativas
2) Turbomáquinas ou bombas dinâmicas. Centrifugas Puras ou Radiais
Helicoidais
Axiais
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
BOMBAS:
No primeiro tipo, o aumento da energia do fluido é obtido por meio do deslocamento de um volume pré determinado. O princípio de funcionamento deste equipamento pode ser observado no coração e nas bombas de encher pneus de bicicletas.
No segundo tipo, há uma série de dispositivos (pás, discos, canecas, canais, etc) que aumentam a energia do fluido e se baseia na transferência de quantidade de movimento por interação viscosa entre superfície sólida do elemento e o fluido. Ventiladores, hélices de barcos e aviões, bombas d’águas centrífugas e turbo - compressores de automóveis são exemplos deste tipo de equipamento.
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO:
As bombas de deslocamento positivo apresentam uma ou mais câmaras que comunicam a energia de pressão ao fluido, provocando o seu escoamento. Desta forma, proporcionam as condições necessárias para que se realize o escoamento na tubulação de aspiração e na de recalque. Este tipo de bomba pode ser classificada em alternativas e rotativas, e para cada classificação há diversos tipos de bombas.
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO:
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO:
ALTERNATIVAS
Impelem uma quantidade definida de fluido em cada golpe ou volta do dispositivo.
O volume do fluido deslocado é proporcional a velocidade.
Operam com baios ciclos ou baixas rotações (≈20 rpm)
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO:
ALTERNATIVAS
Para cada golpe do pistão, um volume fixo do líquido é impelido pela bomba.
Desta forma, resulta num escoamento intermitente. A taxa de fornecimento do líquido é função do volume varrido pelo pistão no cilindro e o número de golpes do pistão por unidade do tempo.
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO:
ALTERNATIVAS Eficiência Volumétrica:
volume real < volume total devido a vazamentos ou enchimento incompleto.
h v > 95% para bombas bem ajustadas.
Eficiência Mecânica:
h m = < 100% , devido a perdas por atrito mecânico e atrito ao fluido.
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO:
ALTERNATIVAS
Podem ser :
duplex, triplex, - O número de cilindro.
simples ou duplo efeito - Quando utiliza um ou dois
lados de seu volume para impelir o fluido.
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO:
ALTERNATIVAS
Aplicações:
- bombeamento de água de alimentação de caldeiras,
óleos e de lamas,
- imprimem as pressões mais elevadas dentre as
bombas,
- pequena capacidade,
- podem ser usadas para vazões moderadas.
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO:
ALTERNATIVAS
Vantagens:
- podem operar com líquidos voláteis e muito viscosos
- capaz de produzir pressão muito alta.
Desvantagens:
- produz fluxo pulsante;
- capacidade;
- opera com baixa velocidade;
- necessita de mais manutenção;
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO:
ROTATIVAS
Resulta em escoamento contínuo,
O rotor da bomba provoca uma pressão reduzida no lado da entrada, o que possibilita a admissão do líquido à bomba, pelo efeito da pressão externa. À medida que o elemento gira, o líquido fica retido entre os componentes do rotor e a carcaça da bomba.
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO:
ROTATIVAS
O líquido bombeado é empurrado pelos dentes das engrenagens.
A vazão é proporcional ao volume entre os dentes e à velocidade das engrenagens. Uma das engrenagens é movimentada por um motor.
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO:
ROTATIVAS
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO:
ROTATIVAS
Características:
- Utilizadas principalmente nas indústrias farmacêuticas, de alimentos e de petróleo.
- Eficientes para fluidos viscosos, graxas e tintas;
- Operam em faixas moderadas de pressão;
- Capacidade pequena e média;
- Utilizadas para medir "volumes líquidos".
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO:
ROTATIVAS
Tipos:
- Engrenagens;
- atuada externamente ( as 2 engrenagens giram em
sentidos opostos);
- atuada internamente ( só um rotor motriz );
- Rotores lobulares: bastante usada em alimentos;
- Parafusos helicoidais ( maiores pressões);
- Palhetas: fluidos pouco viscosos e lubrificantes;
- Peristáltica: pequenas vazões, permite transporte
asséptico.
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
As turbobombas são caracterizadas por possuírem um elemento rotatório (conhecido como rotor) que exerce sobre o fluido uma força causando uma aceleração do mesmo. Essa aceleração não possui a mesma direção e sentido do movimento do líquido em contato com o elemento que gera o movimento, ao contrário das bombas de deslocamento positivo. As forças geradas irão transferir quantidade de movimento ao fluido a ser bombeado.
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
CLASSIFICAÇÃO
As bombas centrífugas podem ser classificadas de
acordo com a trajetória do líquido no rotor e com
número de rotores empregados. Segundo a trajetória
do líquido há as bombas centrífugas puras ou radiais e
as de fluxo misto ou diagonal. As bombas são
classificadas segundo o número de rotores em bombas
de estágio simples e as de múltiplos estágios.
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
CLASSIFICAÇÃO
Quanto a altura manométrica (para recalque de água limpa):
baixa pressão (H ≥ 15 mca=147kPa);
média pressão (15 < H < 50 mca=147kPa - 490kPa);
alta pressão (H ≤ 50 mca=490kPa).
Quanto a vazão de recalque:
pequena (Q ≥ 50 m³/hora);
média ( 50 < Q < 500 m³/hora);
grande (Q ≤ 500 m³/hora).
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
BOMBA CENTRÍFUGA PURA OU RADIAL
Neste tipo de bomba o líquido entra no rotor
paralelamente ao eixo de rotação, sendo dirigido pelas
pás para a periferia do rotor com uma trajetória normal
ao eixo. Desta forma, a trajetória das partículas são
curvas praticamente planas contidas em planos radiais.
As bombas deste tipo são de "simples" construção com
as pás apresentando curvatura em apenas um plano, o
que as qualificam para a produção em série.
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
BOMBA CENTRÍFUGA PURA OU RADIAL
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
BOMBA HELICOIDAL
As pás neste tipo de bomba apresentam dupla
curvatura, com a borda de saída bastante inclinada em
relação ao eixo. Desta forma, a trajetória da partícula é
uma hélice cônica e reversa. O rotor usualmente
possui somente uma base para a fixação das pás em
forma de cone ou ogiva.
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
BOMBA HELICOIDAL
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
BOMBA AXIAL
Neste tipo de bomba não é propriamente uma bomba
centrífuga, sendo seu projeto baseado na teoria de
sustentação das asas e da propulsão das hélices ou
ainda segundo a teoria do vórtice forçado. A trajetória
da partícula de fluido no interior começa de forma
paralela ao eixo e se transforma em uma hélice
cilíndrica, formando uma hélice de vórtice forçado, pois
ao escoamento axial sobrepõe-se um vórtice forçado
pelo movimento das pás.
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
BOMBA AXIAL
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
As principais partes componentes de uma bomba centrífuga são o rotor e o difusor. No rotor, que recebe energia mecânica do motor, o fluido recebe quantidade de movimento e aumenta sua energia cinética. Em essência o rotor é um disco ou uma peça em formato cônico, que pode ou não ser dotados de pás. No caso do rotor não possuir pás a transferência de quantidade de movimento para o fluido ocorre por interação viscosa da superfície do disco com o fluido. No rotor com pá, a interação é inercial.
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
Elementos construtivos de um equipamento
Em destaque os elementos “voluta” e “rotor”
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
Elementos construtivos de um equipamento
Em destaque os elementos “eixo” e “rolamentos”
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
Rotor com indutor
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
Equipamento de efeito simples Equipamento de múltiplo efeito
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
Instalação
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
Instalação: convencional
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
Instalação: injetora
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
Instalação: submersa
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
A operação normal de bombeamento consiste em fornecer energia ao fluido para que possa executar o trabalho representado pelo deslocamento de seu peso entre duas posições, vencendo as resistências que se apresentem em seu percurso. Como estamos falando de trabalho é interessante estabelecer uma convenção que permite indicar a situação de cada parcela da energia cedida ao liquido. Tomando como referência a figura, será definido índices para representar cada região especifica do sistema de bombeamento.
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
Estes Índices são:
0 - Representa o ponto na seção de entrada da bomba. É o ponto onde o escoamento médio da
veia liquida atravessa a seção de entrada da bomba,
1 - Representa os pontos situados na superfície gerada pela rotação do bordo de entrada do rotor.
denominado de entrada do rotor,
2 - Representa os pontos situados na superfície gerada pelo bordo de saída do rotor,
3 - Representa os pontos situados na saída da bomba.
Nível de referência
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
A seleção do equipamento dependerá basicamente de dois fatores:
1) Vazão volumétrica
a ser transportada e
2) Altura manométrica
do sistema de
bombeamento.
Fonte: HIDRAULICA, PROFESSOR: ENG° RICARDO VITOY - MÁQUINAS DE FLUXO E BOMBEAMENTO
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
Vazão volumétrica a ser transportada:
Água como insumo de processos: Vazão = Demanda * quantidade de produto a ser produzido
Ex : Em uma usina de açúcar = 100l água / kg de açúcar produzido
Em uma Cervejaria = 5l água / 1l de cerveja produzido
Em uma indústria de Celulose e Papel = 100l a 600l de água / kg de celulose e papel produzidos
Água como fluído de suporte: Vazão = Demanda * n° operários
Ex : 70l água / dia x operário
Água para atender necessidades pessoais: Vazão = Demanda * (clima,nível social, cultura,etc)
Ex : 150l a 350l água / dia x habitante
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
Vazão volumétrica:
Dados e estimativas podem ser identificados pela NBR 5626 - Instalações Prediais de Água Fria
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
Vazão volumétrica:
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
Vazão volumétrica:
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
Vazão volumétrica:
Reservatórios:
A NBR 5626:1998 estabelece que o volume de água reservado para uso doméstico deve ser, no mínimo, o necessário para atender 24 horas de consumo normal do edifício, sem considerar o volume de água para combate a incêndio.
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
Altura manométrica
No estudo dos sistemas de transporte de fluídos,
levantamos a informação das alturas estáticas e
dinâmicas para a determinação da altura manométrica.
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
ALTURAS ESTÁTICAS
Estas alturas representam os desníveis topográficos de
uma instalação de bombeamento e são divididas em
três tipos distintas, sendo representadas pela letra h
minúscula.
* O Nível de Referencia (NR) pode ser adotado como o
eixo do equipamento ou mesmo o nível do mar
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
A primeira é chamada de altura estática de aspiração (ha) e compreende o desnível topográfico entre a linha de centro da bomba e o nível do reservatório de aspiração, representado pela superfície livre do reservatório. O reservatório pode estar localizado acima ou abaixo da linha de centro da bomba, contudo a altura estática de aspiração continuará sendo representada pelo desnível. No caso do reservatório estar acima da bomba esta altura será positiva e, caso esteja abaixo, será negativa por estar contra o referencial.
+
-
NR
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FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
A segunda é a altura estática de recalque (hr) e corresponde à diferença de cotas entre o nível onde líquido deixa a tubulação de recalque e a linha do centro da bomba, que serve de referencial. Na determinação desta altura deve-se estar atento a como o liquido deixa a tubulação de recalque. Se a saída for livre, o nível será medido na linha de centro da tubulação, sendo válida esta referência para quando o líquido é abandonado acima da linha da superfície livre do reservatório de saída. Se a tubulação descarregar o fluido abaixo desta linha, a referencia passará a ser o nível do reservatório de saída.
NR
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FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
Por último leremos a altura estática de elevação (he) que corresponde á diferença de cotas entre os níveis onde o liquido deixa a tubulação de recalque e o da superfície livre do reservatório de aspiração da bomba. A altura estática de elevação pode ser facilmente como:
he=-ha+hr
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FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
i
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FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
NR
8m
4m
NR
2m
8m
Calcular ha,hr e he
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
ALTURAS DINÂMICAS
As alturas dinâmicas (aspiração e recalque) consistem na diferença de
energia referente ao movimento do escoamento entre o reservatório de
aspiração até a unidade de bombeamento e da unidade de bombeamento
até o reservatório de recalque . Neste cálculo é considerando a parcela
de energia perdida entre os trajetos (Ja e Jr).
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
ALTURA DINÂMICA DE ASPIRAÇÃO Esta altura representa a energia necessária ao fluido para deslocar desde
o reservatório de aspiração até a entrada da bomba, vencendo todos as
resistências da linha e com uma vazão específica.
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
ALTURA DINÂMICA DE ASPIRAÇÃO
Pode ser determinada como:
Onde ha é a altura estática de aspiração, Pa,Va e Ja correspondem a
pressão do reservatório, a velocidade e as perdas na tubulação de
aspiração, respectivamente.
aa
aa
Jg
Vh
PHa
2
2
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FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
ALTURA DINÂMICA DE RECALQUE
Esta altura representa a energia necessária ao fluido para deslocar desde a saída da bomba até o reservatório de recalque, vencendo todos as resistências da linha e com uma vazão específica.
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
ALTURA DINÂMICA DE RECALQUE
Pode ser determinada como:
Onde hr é a altura estática de recalque, Pr,Vr e Jr correspondem a pressão
do reservatório, a velocidade e as perdas na tubulação de recalque,
respectivamente.
rr
r Jg
VhHr
2
P 2r
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FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
ALTURA MANOMÉTRICA
A altura manométrica representa a quantidade de energia que a bomba deve fornecer ao fluido para que se desloque desde o reservatório de aspiração até a saída da tubulação de recalque.
Je
hg
aV
rV
γ
PaH
Jr
ha
hg
aV
rV
γ
PaH
rJ
aJ
rh
ah
g
aV
rV
γ
PaH
rJ
g
rV
rh
γaJ
g
aV
ah
γ
PaH
HrHaH
2
22Pr
2
22Pr
2
22Pr
2
2Pr
2
2
Diversas combinações
e opções de arranjos -
Nível de referencia
exatamente no eixo do
equipamento
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
ALTURA MANOMÉTRICA
Casos especiais.
Jr
ha
hH
Jr
ha
hg
aV
rV
H
Jr
ha
hg
aV
rV
γ
PaH
00
2
22
0
2
22Pr
Reservatórios que
operam abertos
(pressão
atmosférica)
Velocidades de
escoamento iguais
entre as linhas
(tubulações de
mesmo diâmetro)
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
ALTURAS DINÂMICAS
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
NR
6m
3m
NR
1m
4m
Calcular a altura manométrica para ambos os casos.
A - Considerar:
Pa=101KPa
Va=1m/s
Ja=0,2m
Vr=5m/s
Jr=0,3m
Pr=101KPa
B - Considerar:
Pa=101KPa
Va=1m/s
Ja=0,2m
Vr=1m/s
Jr=0,5m
Pr=240KPa
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
A altura manométrica pode ser calculada através da relação entre as pressões da linha de recalque e aspiração. Onde pr e pa correspondem a pressões em determinados pontos das linhas de recalque e aspiração e m a distância entre o manômetro instalado na linha de recalque e o vacuômetro da linha de aspiração. Usualmente, estes dois manômetros são instalados na mesma altura, desta forma m=0.
mpp
H ar
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
Manômetro
m
Vacuômetro
Manômetro Vacuômetro
m=0
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
ALTURA ÚTIL DE ELEVAÇÃO
Consiste na energia que a unidade de líquido adquire em sua passagem pela bomba.
g
VJJh
g
VVHH
g
VP
g
Vi
PH
rrae
aru
aarru
22
22
222
22
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
ALTURA TOTAL DE ELEVAÇÃO
Consiste na energia total que o rotor deve fornecer ao fluído.
Onde: Jbomba está associado ao equipamento (Interface entre rotor e fluido)
bombaue JHH
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
ALTURA MOTRIZ DE ELEVAÇÃO
Consiste na energia a ser fornecida ao rotor, para que vença o trabalho resistente mecânico desenvolvido nos mancais.
Onde: Jmec está associado ao trabalho mecânico resistente passivo.
mecem JHH
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
ALTURA DISPONÍVEL DE ELEVAÇÃO
Consiste na variação final de energia total entre o reservatório de entrada e de saída.
)( bombaraed JJJHH
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
POTÊNCIAS: Como a bomba funciona como um sistema dinâmico, deve-se considerar
a potência associada para realizar o trabalho de bombeamento. Como a
bomba é composta de vários componentes e cada componente possui
um rendimento diferente, haverá uma potência associada para cada
componente e para cada altura de bombeamento. A potência que é
fornecida pelo motor ao eixo da bomba é chamada de potência motriz e
é determinada com um freio dinamométrico. Nem toda essa potência é
aproveitada pelo rotor, parte é perdida nos mancais do eixo e gaxetas, de
forma que a potência que o rotor cede ao liquido corresponde a apenas
uma parcela da potência motriz.
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
POTÊNCIAS: A parcela cedida pelo rotor ao liquido é chamada de potência de
elevação. Por sua vez, não é toda a energia cedida pelo rotor ao liquido
que é aproveitada para fazer com que o fluido se desloque do
reservatório de aspiração ate o saída da tubulação de recalque. Parte é
perdida no interior da bomba em conseqüência de perdas hidráulicas
diversas, que serão estudas posteriormente. A potência associada a
parcela de energia efetivamente recebida pelo fluido para ser bombeado
é a potência útil e pode ser correlacionado com a altura manométrica.
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
POTÊNCIAS:
uu
ee
mm
HQL
HQL
HQL
..
..
..
Potência Motriz
Potência de Elevação
Potência Útil
Expresso em Kgf.m/s
1 kgf.m/s=9,81W
1 CV=735, 5W
1 HP=745,7W
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
RENDIMENTOS:
Normalmente: 0,92-0,95
Normalmente: 0,50-0,90
Normalmente: 0,40-0,90
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
RENDIMENTOS:
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
SEMELHANÇAS:
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
SEMELHANÇAS:
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
SEMELHANÇAS:
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
SEMELHANÇAS:
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
CURVAS CARACTERÍSTICAS
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
CURVAS CARACTERÍSTICAS
A função f(H,Q,n), em condições reais, é uma superfície, chamada de superfície característica, que é um parabolóide hiperbólica, cuja formula geral é :
para uma rotação n constante, a curva (H,Q) será uma parábola;
para H constante, a curva (Q,n) será uma hipérbole na qual o eixo pelo centro do sistema de coordenadas;
para Q constante a curva (H,n) também será uma parábola.
nQBQCnAH 22
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
CURVAS CARACTERÍSTICAS
De acordo com o formato da curva H = f (Q), teremos diferentes denominações. Assim pode-se ter curva inclinada, curva ascendente-descendente, curva altamente descendente e curva plana
Altamente descendente
Plana
ascendente-descendente
Inclinada
H
Q
Bombas com curvas ascendente-
descendente apresentam um
comportamento instável na região
ascendente, e em projetos que
utilizem tais máquinas deve-se ter o
cuidado de evitar o funcionamento
nesta região da curva.
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
CURVAS CARACTERÍSTICAS
Além da curva HxQ, outras duas curvas são de
interesse. A primeira delas é a curva rendimento () x
vazão e a outra é a curva potência (N) x vazão. O
rendimento total pode ser definido como:
absPot
HQ
bombapelaabsorvidapotência
fluidoaocedidaútilpotência
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
CURVAS CARACTERÍSTICAS
Q
max
Q
N
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
CURVAS CARACTERÍSTICAS
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
CURVAS CARACTERÍSTICAS
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
CURVAS CARACTERÍSTICAS
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
CURVAS CARACTERÍSTICAS
SISTEMAS DE TRANSPORTE DE
FLUÍDOS - BOMBAS
TURBOBOMBAS OU BOMBAS DINÂMICAS:
NR
5m
14m
Selecionar o melhor equipamento em função de H e Q
Considerar a carta de operação anterior (n=1750RPM)
Considerar:
Pa=101KPa
Va=1m/s
Ja=0,3m
Pr=101KPa
Vr=5m/s
Jr=0,8m
Dr=0,08m