-1 generalidades (bombas)
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MÁQUINAS HIDRÁULICAS MÁQUINAS HIDRÁULICAS – São mecanismos que trabalham fornecendo,retirando, ou modificando a energia de um líquido em movimento.
CLASSIFICAÇÃO:
1 Máquinas OPERATRIZES OPERATRIZES – – Introduzem no líquido escoando uma energia extra, transformando a energia mecânica fornecida por uma fonte (motor elétrico, por exemplo) em energia hidráulica sob a forma de pressão e/ou velocidade.
2 Máquinas MOTRIZES MOTRIZES – – Transformam a energia hidráulica recebida do líquido e transferem ao exterior numa outra forma de energia (elétrica, por exemplo). Exemplos: turbinas, rodas d’água, etc.
2 Máquinas MISTAS MISTAS – – Modificam o estado da energia que o líquido possui. Exemplos: Ejetores e Carneiro hidráulico (martelo d’água ou bomba de ariete)
BOMBASBOMBAS – – Bombas são máquinas hidráulicas operatrizes que fornecem energia ao líquido com a finalidade de transportá-lo de um ponto a outro, ou elevá-lo a um ponto de maior altitude.
Normalmente recebem energia mecânica, transformando-a em energia de pressão e cinética ou ambas.
As bombas são classificadas em duas categorias:
1. TURBOBOMBAS 1. TURBOBOMBAS (Hidrodinâmicas ou Rotodinâmicas) – são máquinas que imprimem movimento ao líquido através de forças centrífugas que se desenvolvem em consequência do movimento rotativo de um conjunto de pás ou aletas denominado rotor ou impulsor.
2. BOMBAS VOLUMÉTRICAS 2. BOMBAS VOLUMÉTRICAS (ou de Deslocamento Positivo) – são aquelas em que a movimentação do líquido é causada diretamente pela movimentação de um dispositivo mecânico da bomba, induzindo ao líquido um movimento na direção do deslocamento deste dispositivo, em quantidades intermitentes, de acordo com a capacidade de armazenamento da bomba, promovendo enchimentos e esvaziamentos sucessivos, possibilitando, assim, o deslocamento do líquido no sentido previsto.
DeslocamentoPositivo
DeslocamentoPositivo
Roto Dinâmicas
Roto Dinâmicas
RotativasRotativas AlternativasAlternativas
Rotor simplesRotor simples
Múlti rotoresMúlti rotores
EngrenagensLobosPistão circunferentesParafuso
EngrenagensLobosPistão circunferentesParafuso
Bombas
PalhetasPistãoCavidade ProgressivaParafusosPeristáltica
PalhetasPistãoCavidade ProgressivaParafusosPeristáltica
DiafragmaDiafragma Pistão, ImpulsorPistão, Impulsor
Operada por fluido,Operada
mecanicamente
Operada por fluido,Operada
mecanicamente
Simples efeitoMulti-efeito(Simplex ouMultiplex)
Simples efeitoMulti-efeito(Simplex ouMultiplex)
Ação simples,Dupla ação
Ação simples,Dupla ação
Simplex,Duplex,Triplex,
Multiplex
Simplex,Duplex,Triplex,
Multiplex
Simplex,Duplex
Simplex,Duplex
PotênciaPotência VaporDupla ação
VaporDupla ação
1. TIPOS DE BOMBAS.
Bombas de deslocamento positivo: - alternativas (» 20 rpm); - rotativas (» 100-150 rpm).
Bombas centrífugas. 1.1. Bombas de Deslocamento Positivo. Impelem uma quantidade definida de fluido em cada golpe ou volta do cursor. O volume do fluido é proporcional à velocidade. 1.1.a. Bombas Alternativas.
-Envolvem um movimento de vai-e-vem de um pistão numa câmara. Resulta num escoamento intermitente.
-Para cada golpe do pistão, um volume fixo do líquido é descarregado pela bomba.
-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.
Ex: Bombas pistão e êmbolo ( alta pressão ).
Bomba de duplo diafragma operada com ar
Diafragmas de borracha
BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO - ALTERNATVASALTERNATVAS
Lóbulos – muito usada na indústria de alimentos
Engrenagem externa
Engrenagem interna
BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO - ALTERNATVASALTERNATVAS
Duplo rotor
Parafuso de Arquimedes
Pistão e disco
Duplo parafuso
BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO - ROTATIVASROTATIVAS
As bombas alternativas podem ser :
- duplex, Triplex, etc. conforme o número de cilindros.
- simples ou duplo efeito → Quando utiliza um ou dois lados de seu volume para impelir o fluido.
simplex, simples efeito;
simplex, duplo efeito;
duplex, duplo efeito.
Tempo, t
Q
Tempo, t
Bombas Centrífugas
Bombas CentrífugasBombas Centrífugas são bombas hidráulicas que têm como princípio de funcionamento a força centrífuga aplicada ao através de palhetas e impulsores que giram no interior de uma carcaça estanque, jogando o líquido do centro para a periferia do conjunto girante.
1.2. Bombas Centrífugas. Características:
-Opera com vazão constante;
-
- Simplicidade do modelo;
-
- Muito utilizadas na indústria: pequeno custo inicial, manutenção barata e flexibilidade de aplicação;
-
- Permite bombear líquidos com sólidos em suspensão;
-
- Vazão desde 1 gal/min até milhares galões/min, e centenas psi;
-
- Constitui em duas partes : carcaça e rotor;
-
- O fluido entra nas vizinhanças do eixo do rotor e é lançado para a periferia pela ação centrífuga.
Bombas Centrífugas
DescriçãoÉ composta por uma câmara fechada, a carcaçacarcaça, dentro da qual gira uma peça, o rotor rotor, que é um conjunto de palhetas que impulsionam o líquido através da voluta. O rotor é fixado no eixo da bomba, e este ao transmissor de energia mecânica do motor.
Carcaça : Transforma energia cinética em energia de pressão com pequena perda por turbulência
Tipos: Voluta : o rotor descarrega fluido num canal de área de seção reta contínua e crescente. Aumentando a área, a velocidade diminui, reduzindo assim a formação de turbilhões.
Difusor : são aletas estacionárias que oferecem ao fluido um canal de área crescente desde o rotor até a carcaça.
Operação : a bomba centrífuga geralmente opera a velocidade constante e a capacidade da bomba depende somente da pressão total do projeto e das condições de sucção.
Bombas Centrífugas
No interior da carcaça está instalado o conjunto girante (eixo-rotor) que torna possível a impulsão do líquido.
Rotor: É o coração da bomba. É constituído de diversas palhetas ou lâminas conformadas de modo a proporcionarem um escoamento suave do fluido em cada uma delas.
Rotor semiabertoRotor aberto Rotor fechado
• Classificações das Bombas Hidráulicas
3.1. Quanto à trajetória do fluido
a) Bombas radiais (centrífugas): sua característica básica é trabalhar com pequenas vazões e grandes alturas, com predominância de força centrífuga; são as mais utilizadas atualmente.
b) Bombas axiais: trabalham com grandes vazões a pequenas alturas.
c) Bombas diagonais ou de fluxo misto: caracterizam-se pelo recalque de médias vazões a médias alturas, sendo um tipo combinado das duas anteriores.
• Classificações das Bombas Hidráulicas
3.1. Quanto à trajetória do fluidoa) Bombas radiais (centrífugas): sua característica básica é trabalhar com
pequenas vazões e grandes alturas, com predominância de força centrífuga; são as mais utilizadas atualmente.
b) Bombas axiais: trabalham com grandes vazões a pequenas alturas.c) Bombas diagonais ou de fluxo misto: caracterizam-se pelo recalque de médias
vazões a médias alturas, sendo um tipo combinado das duas anteriores.
3.2. Quanto ao posicionamento do eixo• a) Bomba de eixo vertical: utilizada em poços subterrâneos profundos.• b) Bomba de eixo horizontal: é o tipo construtivo mais usado.
3.3. Quanto à posição do eixo em relação ao nível da água• a) Bomba de sucção positiva: quando o eixo da bomba situa-se acima do• nível do reservatório.• b) Bomba de sucção negativa ("afogada"): quando o eixo da bomba situa-
se abaixo do nível do reservatório.
Q
Hm
%
H x Q x Q
P x Q
Para uma dada rotação do impulsor
Aumentando Q, aumenta Potência;
Aumentando Q, aumenta até um ponto máximo, após o qual acontece o escorregamento do fluido
Aumentando Q, diminui a Hm que se consegue alcançar.
2. CURVAS CARACTERÍSTICAS DE BOMBAS. - Servem para descrever as características operacionais de um bomba. -Permitem relacionar:
- - - pressão de descarga ( Hm, altura manométrica)
- capacidade, Q. - eficiência, . - potência, P.
Gráfico de pré-seleção de bombas de uma determinada marca, a partir do qual o usuário tem uma ideia de quais catálogos consultar a respeito da seleção propriamente dita, locando o ponto de trabalho neste gráfico e determinando qual a "família" ideal de bombas.
Grandezas usuais em bombeamento
ALTURA ESTÁTICA – relação entre a diferença de cotas do líquido
ALTURA ESTÁTICA DE SUCÇÃO – diferença entre a altura do nível do líquido na sucção (aspiração) e a linha de centro da bomba
ALTURA ESTÁTICA DE DESCARGA – diferença entre o nível de descarga do líquido e a linha do eixo central da bomba
ALTURA ESTÁTICA TOTAL – É diferença em elevação entre a altura estática de descarga e a altura estática de sucção (ver figura)
ALTURA ESTÁTICA DE SUCÇÃO
ALTURA ESTÁTICA TOTAL
ALTURA ESTÁTICA DE DESCARGA
ALTURA DINÂMICA – Para se determinar a altura dinâmica é necessário considerar qual é o trabalho necessário para colocar o líquido em movimento e vencer qualquer resistência ao seu deslocamento.
ALTURA DE VELOCIDADE (Carga de velocidade) – O fato de um líquido escoar indica que um trabalho está sendo realizado para ele obter velocidade. A CARGA DE VELOCIDADE representa a altura através da qual o líquido deveria escoar afim de atingir essa velocidade
g2
vH
2
V
V = velocidade do líquido, [m/s] e g = aceleração da gravidade = 9,81 [m/s2]ou 32,2 ft/s2
[m]
PERDAS: a energia que o fluido dispende para vencer a resistência ao seu movimento ao longo da tubulação, é conhecida como perda de carga e é da maior
importância no cálculo de uma instalação hidráulica.ALTURA DE SUCÇÃO TOTAL: Altura estática menos altura dinâmica;
ALTURA TOTAL DE DESCARGA: Soma das alturas estática e dinâmica
ALTURA TOTAL: Diferença entre a altura total de descarga e a altura total de sucção da bomba
Perda de Carga•Perda de carga é a energia perdida por atrito pelo líquido no contato com as paredes ao
longo do seu deslocamento numa tubulação. Essa energia é desprendida na forma de calor.
•Se divide em 2 tipos:Perda de carga contínua (distribuída): Referente à perda por atrito ao longo de
uma tubulação; é função do comprimento, do material e do diâmetro do duto.
Perda de carga acidental (localizada): São proporcionadas pelos elementos que compõem a tubulação (curvas, registros, válvulas, luvas de união, reduções/expansões), excluindo a tubulação propriamente dita.
Perda de Carga e Altura Manométrica
Altura Manométrica da Instalação – soma da altura geométrica com as perdas de carga ao longo da trajetória do fluxo.
Hm = HG + hf
Altura geométrica = altura de sucção + altura de recalque. HG = HS + HR
•Fisicamente, é a quantidade de energia hidráulica que a bomba deverá fornecer à água, para que a mesma seja recalcada a uma certa altura, vencendo, inclusive, as perdas de carga.
•A altura manométrica é dada, portanto, por:
HHmm = ( = (HS + HR) + h+ hff
• O cálculo da perda de carga localizada, normalmente utiliza o método dos comprimentos equivalentes, ou seja, convertendo-se a perda acidental em perda de carga equivalente a um determinado comprimento de tubo.
• Matematicamente, define-se perda de carga como sendo:
• hf(1-2) = J . Le (2)
• hf(1-2) = perda de carga entre os pontos 1 e 2 de uma instalação (m)
• J = perda de carga unitária (m/m)
• Le = comprimento equivalente da tubulação (tabelas/gráficos)
• A perda de carga distribuída é devida ao atrito das partículas fluidas entre si, e com a parede interna do tubo
Aplicando a eq. da energia entre (1) e (2)
21 pphf
Linha piezométrica
(2.1)
2
hf
L
2p
11p
• A equação 2.1 permite afirmar que a diferença entre os dois pontos da L.P. representa a perda de carga distribuída no trecho entre eles;
• Se a é o ângulo de inclinação da LP e L o comprimento do tubo entre as seções (1) e (2), podemos escrever que:
• Existem vários métodos para o cálculo de perda de carga unitária, entre esses, destaca-se pela simplicidade e facilidade de uso o MÉTODO DE HAZEN-WILLIAMS:
JL
hftg
852,1
63,2...355,0
.4
DC
QJ
Q = Vazão (m3/s)C = constante adimensional de Hazen-Williams (Tabela a seguir)D = Diâmetro interno da tubulação (m)
• Valores de C para diversos materiais
Tubos CAço corrugado
Aço galvanizado (novos e em uso)
Aços rebitados (novos)
Aços rebitados (em uso)
Aço soldado, novos
Aço soldado, em uso
Aço soldado com revestimento especial
Chumbo
Cimento amianto
Cobre
Concreto – acabamento liso
Concreto – acabamento comum
Ferro fundido, novos
Ferro fundido, em uso
Grês cerâmico vidrado (manilhas)
Latão
Madeira, em aduelas
Tijolos, condutos com revestimento de cimento alisado
Vidro
60
125
110
85
120
90
130
130
135
130
130
120
130
90
110
130
120
100
140
• Curva do Sistema• A curva do sistema, também conhecida como curva da tubulação, é uma curva
traçada no gráfico HmxQ e sua importância está na determinação do ponto de trabalho da bomba, pois esse é obtido no encontro dessa curva com a curva característica da bomba.
• Para traçá-la, é necessário retornar à definição de altura manométrica, fazendo com que a equação 1 tenha a forma Hm=f(Q), através dos passos descritos a seguir. Assim, hf pode também ser definida pela equação:
hf = k ×Q1,852 (4) sendo
• ou seja, basta desmembrar a vazão, na equação de Hazen-Willians, da perda de carga unitária e multiplicar o comprimento equivalente pela outra parte da equação. Desta forma, a equação Hm= f(Q), é a seguinte:
Hm = HG + K ×Q1,852 (6)
• Em um projeto, se conhece a vazão necessária e a altura manométrica (altura geométrica mais perdas de carga); a altura geométrica é a soma da altura de sucção com a altura de recalque. Assim, basta substituir esses pontos conhecidos, na equação acima, para encontrar k, completando a equação.
• Definida a equação, constrói-se a curva do sistema, criando uma tabela de valores de vazão pela altura manométrica. Em seguida, plota-se os valores no gráfico HmxQ e unindo-os, tem-se a curva do sistema.
• Através do ponto de intersecção entre a curva do sistema e a curva da bomba, encontra-se o ponto de trabalho da bomba que, na maioria das vezes, é diferente do ponto proveniente do projeto. A solução para este problema é apresentada em um exemplo de projeto de uma instalação.
• 6. CAVITAÇÃO• Cavitação é um fenômeno semelhante à ebulição, que pode ocorrer na água
durante um processo de bombeamento, provocando estragos, principalmente no rotor e palhetas e é identificado por ruídos e vibrações. Para evitar tal fenômeno, devem-se analisar o NPSH(requerido) e o NPSH(disponível).
Demo da Systek-USA para cálculo de sistemas de bombeamento e seleção de bombas
predrop4.zipCálculo das perdas de carga localizadas e distribuídas.
kypipe3.zipPrograma para cálculos de sistemas de bombeamento desenvolvido naUniversity of Kentucky
pmpcalc.exe
http://www.fem.unicamp.br/~em712/htdemo.zip demo da Hidro Tec Calculator
http://www.abeq.org.br/downloads/Sistema_de_Bombeamento.xls planilha da ABEQ para cálculo de instalações de bombeamento.
Definições :
As máquinas hidráulicas são divididas em dois grupos :
motrizes Máquinas
geratrizes Máquinas
1. Máquinas geratrizes : transformam a energia hidráulica
em energia mecânica, quando o fluído é impelido contra as
suas pás e produz um conjugado no eixo :
2. Máquinas Motrizes : transformam o trabalho mecânico em
energia hidráulica, comunicando ao líquido um acréscimo
de energia na forma de energia potencial, de pressão e
cinética:
2. Máquinas Motrizes : transformam o trabalho mecânico em energia hidráulica,
comunicando ao líquido um acréscimo de energia na forma de energia potencial de
pressão e cinética:
• Classificação das Bombas :
a) Deslocamento positivo
b) Bombas centrífugas
c) Bombas especiais
rotativas
asalternativ