Desenho e Projeto de Tubulação Industrial

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1 Desenho e Projeto de Tubulação Industrial Módulo IV Aula 01

2 Bombas São máquinas acionadas que recebem energia mecânica de uma fonte motora (máquina acionadora) e a transformam em energia cinética (movimento), ou energia de pressão (força), ou ambas, e as transmitem ao líquido. O uso de bombas hidráulicas ocorre sempre que se necessita aumentar a pressão de trabalho de um líquido, para transportá-lo pela tubulação, de um ponto a outro da planta, obedecendo às condições de vazão e pressão requeridas pelo processo. Existem tipos diferentes de bombas, cada uma adequado a uma determinada necessidade ou exigência do processo. Veja no lembrete abaixo: Vazão do líquido Diferencial de pressão necessária (carga) Características do líquido (viscosidade, Densidade, (contaminantes etc.) Condições de temperatura e pressão Regime de funcionamento Flexibilidade operacional desejada Tipos de bombas Bombas volumétricas ou de deslocamento positivo Nestas, a movimentação de uma peça da bomba força o líquido a executar o mesmo movimento. O líquido sucessivamente preenche e é expulso de um volume no interior da bomba. Logo, existe uma proporcionalidade entre a vazão de líquido e a velocidade da bomba. A característica principal desta classe de bombas é que uma partícula líquida em contato com o órgão que comunica a energia tem aproximadamente a mesma trajetória que a do ponto do órgão com o qual está em contato. As bombas de deslocamento positivo podem ser Alternativas ou Rotativas. 1

3 PISTÃO O impelidor é um pistão que se desloca dentro de um cilindro. No movimento de aspiração diminui a pressão na câmara, abrisse a válvula direcional de entrada e o líquido é admitido. Em seguida, pelo movimento de recalque do pistão, a pressão aumenta, abre-se a válvula direcional de saída e o líquido é expulso do cilindro. ÊMBOLO Ele tem o mesmo princípio de funcionamento da bomba de pistão, sendo que nesta o impelidor é um êmbolo que admite e expulsa o líquido, ocupando e desocupando um determinado volume dentro da câmara. Indicada para pressões mais altas. DIAFRAGMA O líquido é impelido por uma membrana, que por sua vez é acionada por uma haste com movimento alternativo. Quando puxada, a membrana diminui a pressão na câmara, abre-se a válvula direcional de entrada e o líquido é admitido. Quando empurrada, a pressão aumenta, abre-se a válvula direcional de saída e o líquido é expulso da câmara. Muito encontradas com duplo diafragma e acionamento por ar comprimido. Utilizadas como bombas dosadoras. 2

4 Bombas alternativas A peça que impelirá o fluido possui movimento alternativo. Utilizadas para baixas vazões e elevado diferencial de Pressão. Bombas rotativas As peças que impelirão o fluido possuem movimento rotativo. São utilizadas para elevado diferencial de pressão com vazões mais altas que as alternativas. ENGRENAGENS Consiste em duas engrenagens montadas em uma carcaça com pouquíssima folga. Com engrenagens lado a lado, no bocal de admissão, o fluido é forçado a percorrer as laterais da carcaça pela rotação das engrenagens, nos espaços entre os seus dentes. 3

5 Na descarga o fechamento dos dentes força a saída do líquido. Assim, sucessivamente, os dentes se abrem, admitindo o líquido, o carregam e o expulsam ao se fecharem. Com velocidade fixa, a vazão é fixa. Com engrenagem interna e coroa externa excêntricas, o funcionamento é parecido com os de palhetas deslizantes. LÓBULOS É o mesmo princípio das bombas anteriores, só que ao invés de engrenagens são montadas as peças denominadas lóbulos. PARAFUSOS Consistem em dois parafusos de acionamento, montados dentro de uma carcaça com pouquíssima folga e sem contato entre os filetes, sincronizados por engrenagens. O líquido é admitido e os filetes o expulsam pelo bocal de saída. Indicadas para fluidos de viscosidade elevada 4

6 PALHETAS DESLIZANTES Consistem em um cilindro montado excêntrico na câmara da carcaça, possuindo cavidades radiais no seu entorno, onde são montadas palhetas retráteis. O líquido é admitido no lado de maior folga da excentricidade, sendo levado pelas palhetas e expulso à medida que a folga diminui. Bombas dinâmicas ou turbo bombas A energia é transferida para o líquido pela rotação de um eixo onde é montados um disco, com um certo número de palhetas ou pás, chamadas de rotor ou impelidor. O que caracteriza os diferentes tipos de turbo bombas é a geometria do impelidor e suas palhetas, o que vai influenciar a forma como a energia é transferida para o fluido e sua direção na saída do impelidor. A vazão bombeada depende da construção da bomba e das características do sistema em que está operando. Bombas centrífugas O líquido entra na bomba e é acelerado radialmente pelo impelidor, sendo a direção de saída do líquido perpendicular ao eixo. Usadas para diferenciais de pressão elevados com cargas relativamente baixas. São os tipos mais simples e mais empregados das turbobombas. Nelas, a energia fornecida ao líquido é primordialmente do tipo cinética, sendo posteriormente convertida em grande parte em energia de pressão. A energia cinética pode ter origem puramente centrífuga ou de arrasto, ou mesmo uma combinação das duas, dependendo da forma do impelidor. A conversão de grande parte da energia cinética em energia de pressão é realizada fazendo com que o fluido que sai do impelidor passe em um conduto de área crescente Bombas de fluxo axial O líquido entra na bomba e é acelerado por arrasto pelo impelidor, sendo a direção de saída do líquido paralela ao eixo. as trajetórias das partículas líquidas começam paralelamente ao eixo e se transformam em hélices cilíndricas. Forma-se uma hélice de vórtice forçado, pois, ao escoamento axial, superpõem-se um vórtice forçado pelo movimento das pás. São empregadas para grandes descargas e alturas de elevação de até mais de 40 metros. Outra característica é que possuem difusor de pás guias. O eixo, em geral, é vertical, e por isso são conhecidas como bombas verticais de coluna. 5

7 Bombas de fluxo misto Seu impelidor é uma composição dos dois tipos anteriores, sendo a direção de saída do líquido inclinada ao eixo. o líquido atinge o bordo das pás que é curvo e bastante inclinado em relação ao eixo; a trajetória é uma hélice cônica, reversa, e as pás são superfícies de dupla curvatura. Estas bombas prestam-se a grandes descargas e alturas de elevação pequenas e médias. Bombas periféricas O impelidor com palhetas na periferia arrasta o fluido.eles também são chamados de bombas de turbina, vértice regenerativa e, neste tipo ocorrem nos redemoinhos de líquidos através das lâminas em velocidades muito altas dentro do canal anular que gira o impulsor. O líquido vai receber pulsos de energia não devem ser confundidos com bombas tipo difusor poço profundo freqüentemente chamadas bombas de turbina, mas não em algo semelhante a bomba periférica. A turbina bomba utilizada é um tipo de reservatório de hidrelétrica também chamado de Capitalização e de bombeamento, onde o consumo de energia da bomba, em algum momento, também pode atuar como uma turbina para fornecer energia 6

8 Esquema de uma bomba centrifuga 7

9 Rotores Rotor - é tudo que gira em torno de seu próprio eixo produzindo movimentos de rotação. Qualquer máquina rotativa, como turbinas, compressores, bombas, redutores, entre outros, possuem eixos rotativos apoiados em mancais de deslizamento, rolamento ou magnéticos. Esse conjunto é denominado de Rotor. Existem três tipos diferente de rotores. 1- Totalmente fechado: são usados para aplicaçao onde se deseja a alta pressao. 2-Semi- fechado : usado em operações gerais. 3- aberto usado para baixas pressões, para líquidos com sólido em suspensão e pequenas vasões. Observação: geralmente as palhetas do rotor são viradas para trás. Os rotores podem ser feitos de vários materiais, conforme o liquido bombeado. 8

10 Voluta: pode ser constituída de uma variedade de materiais, podendo inclusive ser recoberta do mesmo material do rotor, quando este for recoberto de borracha, vidro ou plástico. Eixo: È a pela responsável pela transmissão da potencia do acionador para o rotor, deve ser feito de material resistente a corrosão. Compressores Definição São máquinas acionadas que aumentam a pressão de gases, fluidos compressíveis. A compressão pode ser entendida como a ação de forçar uma determinada massa de gás confinado, em um volume cada vez menor. Ela produz um aumento de pressão acompanhado por uma elevação de temperatura (aumento da energia interna do gás). Tipos de compressores Compressores para serviços ordinários. Serviços de jateamento, limpeza, pintura, acionamento de pequenas máquinas pneumáticas Compressores para sistemas industriais Centrais encarregadas do suprimento de utilidades Compressores de gás ou de processo Requeridos para diferentes tipos de gases e para as mais variadas condições de operação Compressores de refrigeração Desenvolvidos especificamente para essa aplicação Compressores para serviços de vácuo Bombas de vácuo Finalidades Estabelecimento de pressões necessárias a certas reações químicas Transporte de gases em pressões elevadas Armazenamento sob pressão Controle do ponto de vaporização Conversão de energia mecânica em energia de escoamento. Compressores de deslocamento positivo alternativos O impelidor é um pistão que se desloca dentro de um cilindro com movimento alternativo. No curso de aspiração do pistão, o gás é admitido. No curso de retorno, o gás é comprimido e descarregado. O fluxo é pulsativo. Para baixas vazões e altas pressões. Geralmente o cilindro é de ação dupla e refrigerada. Controle dos compressores alternativos Recirculação descarga/sucção Variação da velocidade do êmbolo pela variação da rotação do acionador Variação do volume admitido, quando a máquina permite a variação do curso do êmbolo Válvula na linha de sucção (para compressores pequenos) 9

11 Principais componentes Garrafa ou vaso de sucção Corpo Comporta o sistema de acionamento, mancais do eixo, carter, bombas para os sistemas de lubrificação, mancais da haste e vedação Haste Liga o sistema de acionamento ao êmbolo com movimento retilíneo alternativo Cilindro Recipiente onde o gás é confinado e comprimido pelo êmbolo. Possui camisas para refrigeração Êmbolo ou pistão Conectado à haste percorre o cilindro em contato pelos anéis de segmento, admitindo e comprimindo o gás. Cabeçote Fecha o cilindro, comportando as válvulas de admissão e descarga e seus bocais. Válvulas Em geral atuam automaticamente pela pressão no cilindro como válvulas de retenção Garrafa ou vaso de descarga Recebe o gás comprimido à pressão de descarga, amortece pulsações e recolhem condensados. Compressores de deslocamento positivo rotativos As partes móveis do compressor possuem movimento rotativo. A vazão destes compressores é praticamente contínua e sem pulsação. Têm pouca aplicação em refinarias Lóbulos Dois lóbulos montados em uma carcaça com pouquíssima folga, que giram em sentidos opostos. Indicados para baixas pressões e vazões moderadas. 10

12 Parafusos Dois parafusos de acionamento montados em uma carcaça com pouquíssima folga, sincronizados. A relação de compressão depende da geometria da máquina e da natureza do gás, indicado para média e altas pressões com pequenas vazões, podendo modificar o estado físico do fluido de gasoso para liquido dependendo do fator de volatilidade do gás. Palhetas deslizantes Um cilindro montado excêntrico na carcaça, com cavidades radiais, onde são montadas palhetas retráteis. O gás é admitido no lado de maior folga, sendo levado pelas palhetas e comprimido à medida que a folga diminui, até a descarga 11

13 Compressores dinâmicos Os compressores dinâmicos possuem dois componentes principais: impelidor ou rotor e difusor. O impelidor é a parte rotativa ligada ao eixo de acionamento, munida de pás que transferem ao gás a energia em forma cinética. O difusor promove a transformação da energia cinética, com conseqüente ganho de pressão. Compressão contínua Compressores centrífugos O gás é empurrado pela alta rotação do impelidor e lançado através de um difusor radial. Um ou mais estágios. São indicados para capacidades variáveis com pressão constante. Liberação Entrada Compressores de fluxo axial Rotor com pás inclinadas como uma turbina. Um estágio do compressor de fluxo axial Consiste em duas fileiras de lâminas. As lâminas rotativas transmitem energias cinéticas (velocidade) ao gás, que é transformada em pressão nas lâminas estacionárias. São indicados para capacidades constantes elevadas, com pressões variáveis. 12

14 Características do compressor centrífugo Limite mínimo de capacidade, abaixo do qual o compressor entra em pulsação e começa a vibrar, apresentando ruído. Devido à compressibilidade do gás, com capacidades abaixo o limite mínimo, o compressor não satisfaz à pressão do sistema no qual está descarregando. to causa uma série de escoamentos alternados. Compressor fornece gás ao sistema e depois recebe o mesmo gás de volta Controle Instalação de válvula de escape para o meio ambiente na linha de descarga para sopradores de ar. Instalação de desvio para reciclo Regulagem da vazão. Sistemas de vedação Gaxetas e selos mecânicos Anéis de carvão Labirintos Selagem por injeção de gás Selagem por contato Lubrificação Necessária para os mancais e em alguns casos ara os elementos de vedação Refrigeração Água de resfriamento que passa pelo encamisamento nas carcaças (em grandes compressores), ou refrigeração a ar (para pequenos compressores). Em múltiplos estágios, resfriadores no interestágio. Resulta em melhores condições de operação, aumentando sua vida útil. Melhora o rendimento da compressão, resultando em economia de energia e baixa temperatura de descarga 13