Bombas Centrífugas: Princípios, Tipos e Aplicações, Notas de estudo de Engenharia Química

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AULA 2 DE OPERAÇÕES

UNITÁRIAS I

PROF. GERONIMO

BOMBAS CENTRÍFUGAS

 Bomba é um equipamento que transfere energia de uma determinada fonte para um liquido, em consequência, este liquido pode deslocar-se de um ponto para outro, inclusive vencer desnível.

As bombas de uma maneira geral devem apresentar as seguintes características principais:

 Resistência: estruturalmente adequadas para resistir aos esforços provenientes da operação(pressão, erosão , mecânicos).

 Facilidade de operação: adaptáveis as mais usuais fontes de energia e que apresentem manutenção simplificada.

 Alto rendimento: transforme a energia com o mínimo de perdas.

 Economia: custos de aquisição e operação compatíveis com as condições de mercado.

• Princípio de funcionamento.

 Baseia-se, praticamente, na criação de uma zona de baixa pressão e de uma zona de alta pressão.

 Devido à rotação do rotor, comunicada por uma fonte externa de energia (geralmente um motor elétrico), o liquido que se encontra entre as palhetas no interior do rotor é arrastado do centro para a periferia pelo efeito da força centrífuga. Produz-se assim uma depressão interna ao rotor, o que acarreta um fluxo vindo através da conexão de sucção. O liquido impulsionado sai do rotor pela sua periferia, em alta velocidade e é lançado na carcaça que contorna o rotor (Voluta). Na carcaça grande parte da energia cinética do liquido (energia de velocidade) é transformada em energia de pressão durante a sua trajetória para a boca de recalque.

 Para o funcionamento, é necessário que a carcaça esteja completamente cheia de liquido e portanto, que o rotor esteja mergulhado no liquido.

• Principais Componentes

A bomba centrifuga é constituída essencialmente de duas partes:

• Uma parte móvel: rotor solidário a um eixo (denominado conjunto girante)
• Uma parte estacionaria chamada carcaça (com os elementos complementares: caixa de selo mecânico, mancais, suportes estruturais, adaptações para montagens etc,.

Principais partes:

4 – Impeller (Rotor, indutor). 11 – Eixo. 1b ou 1a - Voluta. 5, 7 - Selo mecânico. 18 – Motor. 14, 9b – Corpo da bomba.

Imagens do manual de bombas da APV – SPX. Bomba W+.

 Classificação das Bombas Centrífugas

 segundo o angulo que a direção do líquido ao sair do rotor forma com a direção do eixo

a. Fluxo radial. O liquido sai do rotor radialmente a direção do eixo.

b. Fluxo misto. O liquido sai do rotor com direção inclinada com relação ao eixo.

c. Fluxo axial. A água sai do rotor com a direção aproximadamente axial com relação ao eixo.

(a) (b) (c)

 Vantagens Das Bombas Centrífugas

• Maior flexibilidade de operação Uma única bomba pode abranger uma grande faixa de trabalho (variando a rotação e o diâmetro do rotor).
• Pressão máxima Não existe perigo de se ultrapassar, em uma instalação qualquer , a pressão máxima (Shutt-off) da bomba quando em operação.
• Pressão Uniforme Se não houver alteração de vazão a pressão se mantém praticamente constante, sem pulsações.
• Baixo custo São bombas que apresentam bom rendimento e construção relativamente simples.

Seleção de bombas centrífugas.

• Definir e calcular a vazão necessária (Q).
• Determinar a altura manométrica da bomba (HB).
• Entrar com a altura manométrica (HB) e a vazão (Q) em um diagrama de blocos de um catálogo de fornecedor de bombas, selecionando modelos adequados à aplicação em questão (verificar as diversas rotações).
• Com os modelos selecionados, obter as curvas características da bomba, geralmente no próprio catálogo,
• Construir a curva característica da instalação – CCI,
• Determinar as grandezas relativas ao ponto de trabalho para os diversos modelos selecionados (Q, HB, B, NPSHREQ, NB)
• Verificar o rendimento da bomba para cada modelo selecionado,
• Analisar as condições de cavitação para cada modelo selecionado,
• Determinar a potência necessária no eixo de cada modelo selecionado,
• Em função da avaliação do rendimento, NPSHREQ, potência e custo, selecionar a bomba adequada à instalação.

Figura adaptada do livro manual de Hidráulica de Azevedo Netto.

Gráfico para seleção de bombas Worthington, o primeiro número indica o diâmetro de saída.

Curvas Características de Bombas Centrífugas

• A carga de uma bomba, ou altura manométrica (HB) é definida como a “Energia por Unidade de Peso” que a bomba fornece ao fluido em escoamento através da mesma; sendo função do tipo de pás do rotor, gerando vários tipos de curvas, as quais recebem diferentes designações, de acordo com a forma que apresentam:

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

0 5 10 15 20 30 40 50 60 70

Hm (m)

Q (m^3 /h)

CB

n = 1750 rpm  = 200 mm

Curva da altura manométrica versus Vazão

Curvas Características de Bombas Centrífugas

• Estas curvas, fornecidas pelos fabricantes, são obtidas através de testes em laboratórios; com água fria a 20 ºC; entretanto as mesmas podem ser reproduzidas em uma instalação hidráulica existente, de acordo com o fluido em operação.
• Seja a instalação esquematizada abaixo:
• Aplicando a Equação da Energia entre a entrada e saída da bomba (local de instalação dos manômetros), tem-se:

Reserv. de H Pe Ps Distrib.

He HB  Hs



 

     

 

   s

2 e B s s

2 e e Z 2g

V γ

Z H^ P 2g

V γ

P

 s e

2 e

2 B s e s Z Z 2g

V V γ

H P^ P   

 

 (^)   

  ^ 

Curvas Características de Bombas Centrífugas

• Curva Potência versus vazão.

Curva de potência para bombas radiais

Curva de potência para bombas axiais

Esta potência é a soma da potência útil com a potência dissipada em perdas, inerente a todo processo de transferência de energia. As perdas nas bombas incluem perdas hidráulicas, mecânicas, pelo atrito hidráulico, e por vazamentos. Diante disto, nem toda a potência é utilizada para gerar pressão e fluxo. Uma parte da energia é transformada em calor (devido ao atrito) dentro da bomba. A energia pode também ser perdida em virtude da recirculação de fluido entre o rotor e a voluta.

Curvas Características de Bombas Centrífugas

• Curva rendimento () versus vazão.
• O rendimento da bomba é definido como a relação entre a potência fornecida ao fluido e aquela fornecida pelo motor elétrico à bomba. É fornecida pelo fabricante.