UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ENGENHARIA QUÍMICA LOQ4085 OPERAÇÕES UNITÁRIAS I

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1 UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ENGENHARIA QUÍMICA LOQ4085 OPERAÇÕES UNITÁRIAS I Profa. Lívia Chaguri lchaguri@usp.br

2 Conteúdo Bombas Parte 1 - Introdução - Classificação - Bombas sanitárias - Condições ótimas de utilização Profa. Lívia Chaguri lchaguri@usp.br

3 Introdução Comportamento de fluidos em movimentos: Importante para engenharia de processos. Constitui um dos fundamentos para estudo das operações unitárias. Fluidodinâmica estudo dos fluidos em movimento. Fenômenos importantes relacionados ao escoamento de fluidos em tubulações (FTI). 4

4 Introdução Bombeamento trata do movimento do fluido como um todo. Bombas máquinas que realizam trabalho sobre um fluido para deslocá-lo. Bombeamento utilizada para bombear líquidos, sólidos em suspensão, borras e outros. 5

5 Introdução Bombeamento trata do movimento do fluido como um todo. Ventiladores, sopradores ou compressores máquinas que se destinam ao transporte de gases. 6

6 Introdução Formas de energia que o fluido pode receber 7

7 Classificação de bombas Cinéticas: força centrífuga de um elemento rotativo, conhecido como rotor, fornece energia cinética ao fluido, deslocando-o desde a sucção até a descarga da bomba. Deslocamento positivo: uso de um ou mais pistões, ação de compressão, desloca o fluido de uma área a outra (deslocam porções de fluidos desde sucção até descarga). Pressão da saída é controlada por válvulas de descarga. 8

8 Classificação de bombas 9

9 Classificação de bombas Bomba centrífuga A energia é fornecida continuamente ao fluido por um rotor, que gira a alta velocidade fornecendo a energia cinética ao fluido que depois é transformada em energia de pressão. Carcaça em voluta Sucção Rotor Descarga Palhetas O movimento do rotor produz uma zona de vácuo (no centro) e outra de alta pressão (na periferia). O líquido é aspirado pela ação do rotor que gira rapidamente dentro da carcaça. 10

10 Classificação de bombas Bomba centrífuga: classificação Classificadas segundo a direção principal do escoamento no impulsor com respeito ao eixo de rotação: i) Radial: é a centrífuga propriamente dita, líquido sai do rotor radialmente à direção do eixo. São as mais difundidas, indicadas para baixas vazões e altas pressões Potência consumida aumenta com a vazão. 11

11 Classificação de bombas Bomba centrífuga: classificação Classificadas segundo a direção principal do escoamento no impulsor com respeito ao eixo de rotação: ii) Axial: é a propulsora, na qual o líquido sai do rotor com direção axial em relação ao eixo. Rotor é chamado de hélice. Potência consumida é maior quando sua saída está bloqueada. Indicada para grandes vazões e alturas manométricas. 12

12 Classificação de bombas Bomba centrífuga: classificação Classificadas segundo a direção principal do escoamento no impulsor com respeito ao eixo de rotação: ii) Misto: é a centrífuga-propulsora, na qual o líquido sai do rotor com direção inclinada em relação ao eixo. 13

13 Ação radial Ação axial 14

14 Classificação de bombas Bomba centrífuga: tipo de entrada no líquido Sucção simples: uma entrada do líquido no rotor; Sucção dupla: duas entradas do líquido no rotor (entradas simétricas em ambos os lados). Nesse caso há melhor distribuição dos esforços mecânicos, além de proporcionar uma área de sucção maior, o que permite trabalhar com uma menor altura positiva na sucção (NPSH;Net Positive Suction Head) e diminui a possibilidade de cavitação. Impulsor de uma bomba 15 com sucção dupla

15 Tipos de rotores Fechado: Para líquidos sem partículas em suspensão. Coroa circular presa ás pás. Semi-aberto: Incorpora uma parede no rotor para prevenir que matéria estranha se aloje no rotor e interfira na operação. Sem coroa circular. Aberto: Vantagem: bombear líquidos com sólidos em suspensão. Desvantagem: desgaste. Sem coroa circular. Líquidos de baixa viscosidade Líquidos com sólidos em suspensão: lamas, pastas, esgotos 16 sanitários.

16 Número de rotores: Um rotor: Simples estágio Vários rotores: Múltiplos estágios (vários rotores operando em série) que permitem o desenvolvimento de altas pressões. 17

17 Condição de funcionamento A bomba centrífuga deve ser escorvada antes de funcionar. Ou seja, deve estar cheia de líquido antes de funcionar. Caso contrário não consegue eliminar as bolhas de ar retidas na carcaça e consequentemente, succionar o líquido. Bomba auto-escorvante 18

18 As bombas centrífugas podem ser : - Fluxo axial: simples ou múltiplo estágio rotor aberto/fechado - Fluxo misto entrada simples auto-escorvante estágio simples - Fluxo radial entrada dupla não-escorvante múltiplo estágio Nos dois últimos casos, o rotor pode ser: aberto, semi-aberto ou fechado. 19

19 Bombas centrífugas: modelos especiais Regenerativas (turbina) ou Periféricas: - Desenvolvem altas pressões; - Pequeno porte; - Equivalem a bomba convencional de vários estágios; - Rotor é um disco com grande número de palhetas radiais (40 a 80). 20

20 Vantagens das bombas centrífugas: a) Construção simples e baixo custo b) Fluido é descarregado a uma pressão uniforme, sem pulsações c) A linha de descarga pode ser estrangulada (parcialmente fechada) ou completamente fechada sem danificar a bomba d) Permite bombear líquidos com sólidos e) Pode ser acoplada diretamente a motores f) Não há válvulas envolvidas na operação de bombeamento g) Menor custo de manutenção que outros tipos de bombas h) Operação silenciosa (depende da taxa de rotação, de não ter sólidos em suspensão e de não cavitar) 21

21 Desvantagens das bombas centrífugas: a) Não servem para pressões muito altas b) Sujeitas à incorporação de ar precisam ser escorvadas c) A máxima eficiência da bomba ocorre dentro de um curto intervalo de vazões d) Não consegue bombear líquidos viscosos (limite 40 cp) 22

22 Bombas de efeitos especiais Ejetores: - Não possuem partes móveis; - Não demandam manutenção frequente (como centrífugas); - Força motriz é fornecida por uma corrente de fluido a alta pressão que passa por um bocal convergente, criando uma zona de baixa pressão que succiona o líquido a ser impulsionado; - De uma câmara de sucção o fluido passa a um bocal convergente-divergente (tubo Venturi). 23

23 Ejetores Bocal de alimentação Garganta Difusor Fluido motriz Câmara sucção Descarga 24

24 Classificação de bombas Bomba de deslocamento positivo Dividem-se em 2 tipos: alternativas e rotativas Bombas de pistão e de diafragma são classificadas como de deslocamento positivo alternativas. Funcionamento: dentro de uma câmara existe um pistão ou êmbolo que faz um movimento de vai e vem. Câmara: equipada com válvulas de retenção na entrada e saída. 25

25 Bomba alternativa de pistão simplex de ação simples Pistão desloca-se em cilindro que contém o líquido; Pistão se movimenta para a esquerda: pressão no cilindro diminui; Válvula de admissão abre e o fluido flui para dentro do cilindro; Válvula de retenção na descarga mantém-se fechada; Pistão chega ao final do cilindro: movimento é invertido. Pistão se desloca para a direita: aumenta a pressão no cilindro; Válvula de admissão fecha. A pressão aumenta e a válvula de descarga se abre e o líquido sai pressurizado. 1 admissão e 1 descarga em cada ciclo: bomba de ação simples. Linha de descarga Pistão Válvulas de retenção cilindro Linha de sucção 26

26 Bomba alternativa de pistão simplex de ação dupla Pistão se movimenta para direita: líquido é expulso da câmara anterior e admitido na câmara posterior; Movimento invertido: líquido é succionado na câmara anterior e expulso da câmara posterior. 2 fases do pistão atuam no líquido e com 2 válvulas de admissão e 2 de descarga: bomba é de ação dupla. Linha de descarga Linha de sucção 27

27 Bomba alternativa de pistão Uma mesma pode apresentar vários cilindros em paralelo, com descargas alternadas. Segundo o número de cilindros e pistões essas bombas alternativas se classificam como: i) Simplex: um pistão e um cilindro ii) Duplex: dois pistões e dois cilindros iii) Triplex: três pistões e três cilindros iv) Multiplex: quatro ou mais pistões e quatro ou mais cilindros 28

28 Bomba rotativa Deslocamento mecânico do líquido é produzido pela rotação de um ou mais elementos (lóbulos, palhetas, engrenagens) dentro de uma câmara. Os volumes de fluido são transportados da sucção até a descarga pelos elementos rotativos. 29

29 Bombas sanitárias Utilizadas para produtos que devem ficar livres de contaminações; Usadas para bombear alimentos; Requisitos: i) Alta resistência a corrosão; ii) Fácil desmontagem: limpeza; iii) Não formar espuma; iv) Sistema de lubrificação não deve contaminar; v) Fricção entre as partes internas deve ser mínima para não incorporar elementos metálicos; vi) Desenho da superfície com curvas suaves. 30

30 Bombas sanitárias Centrífugas são utilizadas para deslocamento de alimentos de baixo conteúdo de sólidos: - Caldo de cana - Sucos de uva e tomate - Óleos - Leite, sopas e purês de frutas. Rotativas são utilizadas fluidos viscosos: - Chocolates - Geleias - Alimentos infantis 31

31 Algumas características das bombas: Bombas Características Vazão na descarga Centrifuga radial Centrifuga axial Rotatória, parafuso, engrenagens Alternativas Estacionária Estacionária Estacionária Pulsante NPSH: altura de sucção máxima permitida Líquidos Faixa de pressão 5 m 5 m 6,5 m 6,5 m Claros, limpos Abrasivos, partículas solidas Baixa, média e pouco alta Faixa de vazão Pequena - máxima Viscosos não abrasivos Limpos e claros Baixa Baixa- Média Baixa até máxima Pequena - máxima Pequena - média Pequena 32