Suction pipe. Suction. check valve

Transcrição

1 Bombas 1 Introdução Máquinas hidráulicas que adicionam energia ao fluido (líquido). Têm alta densidade de potência, poucas partes móveis e razoável eficiência. Podem ser divididas em bombas de deslocamento positivo (estáticas) e turbobombas (dinâmicas). Deslocamento positivo: fluido é forçado para dentro ou para fora de uma câmera por uma mudança de volume da mesma. Turbobombas: presença de um rotor que quando gira adiciona energia ao fluido.

2 11.1 Introduction and Classification 753 Motion Suction pipe Plunger Packing Discharge pipe Suction Discharge Deslocamento positivo: Suction check valve Discharge check valve Liquid cylinder (a) Pistão recíproco (b) Engrenagens (c) Parafuso duplo (d) Pás deslizantes (e) Lóbulos (f ) Pistão duplo circunferencial (g) Tubo flexível Fig Schematic design of positive-displacement pumps: (a) reciprocating piston or plunger, (b) external gear pump, (c) doublescrew pump, (d) sliding vane, (e) three-lobe pump, (f ) double circumferential piston, (g) flexibletube squeegee. (a) (b) (c) (d) (e) ( f ) (g) Dynamic pumps generally provide a higher flow rate than PDPs and a much steadier discharge but are ineffective in handling high-viscosity liquids. Dynamic pumps

3 machinery Comparação entre bombas estáticas e dinâmicas: Pressure relief valve Low µ performynamic and mps at Pressure rise or head increase 0 High µ Dynamic pump Discharge Low µ High µ Positive displacement pump

4 b) Conforme direção do escoamento ( fig. 2 ) b1) RADIAIS: o escoamento é predominantemente radial b1) Ex.: RADIAIS: bombas o centrífugas escoamento é predominantemente radial b) Conforme direção do escoamento ( fig. 2 ) 1.1 Classificação Ex.: bombas centrífugas das turbobombas quanto à direção principal do b2) b1) RADIAIS: MISTAS: o o escoamento é predominantemente é dito diagonal, radial isto é, parte axial e parte escoamento b2) radial. Ex.: MISTAS: bombas centrífugas o escoamento é dito diagonal, isto é, parte axial e parte b2) Ex.: radial. MISTAS: turbina o escoamento Francis. Ex.: turbina Francis. é dito diagonal, isto é, parte axial e parte radial. As turbobombas b3) AXIAIS: Ex.: turbina o podem Francis. escoamento ser de é axial. escoamento axial, misto ou radial. b3) AXIAIS: o escoamento é axial. Ex.: ventiladores axiais, hélices. b3) AXIAIS: Ex.: o ventiladores escoamento é axiais, axial. hélices. Ex.: ventiladores axiais, hélices. b1) b2) b3) Fig. 2- Classificação b1) das Máquinas de Fluxo, segundo b2) a direção do escoamento. b3) b1) b2) b3) Fig. Fig Rotor 2- Classificação PRINCÍPIO Classificação radial das Máquinas DE FUNCIONAMENTO das Máquinas Rotor de Fluxo, DE de UMA Fluxo, misto segundo a direção do BOMBA segundo CENTRÍFUGA direção Rotor escoamento. do escoamento. axial 2 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DE UMA BOMBA CENTRÍFUGA 2 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DE UMA BOMBA CENTRÍFUGA

5 1.2 A bomba centrífuga Bomba radial, com dois componentes principais: um rotor montado num eixo e uma carcaça (voluta) que envolve o rotor. Os rotores podem ser abertos ou fechados e também de simples ou dupla sucção. As bombas podem ter múltiplos estágios.

6 bomba). Nestas condições, 2 Análise energética 2 p p 1 V 2 V h r = + z 2 z 1 + γ 2 g Figura Experimento ( típico para a determinação do aumento de ca vido por uma bomba. p h r = h e h L = γ + α V 2 ) ( p 2g + z γ + α V 2 ) 2g + z 2, 1 Potência: Ẇ f = γqh r Rendimento: η = Ẇf = γqh r Ẇ m ωt

7 apresentado na Fig Nestes casos, nós dizemos que a curva descendente. A carga desenvolvida por uma bomba com vazão nula denominada a carga de "shutoff" e representa o aumento da carga de pre Curva característica: BEP: best efficiency point = ponto de rendimento máximo Figura Comportame uma bomba centrífuga qu rotação constante. Carga máxima e potência mínima no bloqueio; ponto de máxima eficiência (projeto). Apresentar curvas KSB.

8 Figura Curvas características de uma bomba centrífug 720 Fundamentos da Mecânica dos Fluidos Curvas características real:

9 3 NPSH (Net Positive Suction Head) Parâmetro importante para evitar cavitação na entrada da bomba. Sendo o índice s referente à sucção da bomba e p v a pressão de vapor do líquido, NPSH = p s γ + V s 2 2g p v γ NPSH R : NPSH requerido, que deve ser mantido ou excedido para que a cavitação não ocorra. Varia com a vazão e é determinado experimentalmente. NPSH D : NPSH disponível, representa a carga que realmente ocorre no sistema considerado. NPSH D NPSH R

10 Exercício 1 Uma bomba centrífuga Peerless, Tipo 4AE11, é testada a 1750 rpm usando um sistema de escoamento com o layout da figura. O nível de água no reservatório de alimentação está 1 m acima da linha de centro da bomba; a tubulação de sucção consiste em 1,8 m de tubo de ferro fundido reto de 125 mm de diâmetro, um cotovelo-padrão e uma válvula de gaveta totalmente aberta. Calcule o NPSH D na entrada da bomba para uma vazão volumétrica de 230 m 3 /h de água a 30 C. Compare com o NPSH R da bomba para esta vazão. (Use dados de perda singular do Fox & McDonald)

11

12 Figura Sistem hidráulico típico. pontos (1) e (2) indica que = z2 z + hl hb 1 onde h b é carga real transferida ao fluido através da bomba e h L representa todas as escoamento no sistema (perdas de cargas distribuídas e singulares). A partir do nosso escoamentos em condutos, nós sabemos que h L varia aproximadamente com o quadrado isto é, h L Q 2 (veja a Sec. 8.4). Deste modo, a Eq pode ser reescrita como 4 Característica do sistema e seleção da bomba h b = z z1 KQ h b = z 2 z 1 + h LT z 2 z 1 + KQ 2

13 Figura Utilização das curvas da bomba e do sistema para a determin Controle daoperação vazão do pode sistema. ser feito pela rotação ou pela perda de carga. As bombasonde podem K depende ser arranjadas do tamanho eme comprimento série ou emdos paralelo condutos, para dos fornecer fatores de atrito de perdas localizadas. A Eq é denominada equação de sistema e mostra maior carga transferida ou vazão, ao respectivamente. fluido está relacionada com os parâmetros do sistema. Neste ca incluem a variação de altura, z 2 z 1, e as perdas no escoamento (expressas por K tem sua equação de sistema específica. Observe que as perdas por atrito são pro

14 duas bombas em série. Para duas bombas idênticas em paralelo, a curva de bombas é obtida adicionando-se as vazões na mesma carga (veja a Fig. Arranjos em série e paralelo: Figura Arranjo de bombas em (a) série e (b) paralelo.

15 Exercício 2 Uma bomba cuja curva de carga pode ser aproximada por uma parábola dada por h b = h 0 AQ 2, onde h 0 = 17 m e A = 2527,7 m/(m 3 /s) 2, é usada para bombear água através do sistema da figura. Sabendo que os tubos são de ferro fundido, encontre o ponto de operação do sistema.

16 5 Parâmetros adimensionais e leis de semelhança f(ρ, µ, D, N, Q, E, Ẇ m ) = 0 ρ: massa específica do fluido µ: viscosidade dinâmica do fluido D: diâmetro do rotor da bomba N: rotação do rotor Q: vazão em volume E: energia por unidade de massa fornecida ao fluido (E = gh r ) Ẇ m : potência consumida pela bomba ( ghr N 2 D 2, Q ND 3, ) Ẇ m ρn 3 D, ρnd2 = 0 5 µ

17 Π 1 = Π 2 = Π 3 = ghr N 2 D 2 Q ND 3 Ẇm ρn 3 D 5 = C H : coeficiente manométrico = C Q : coeficiente de vazão = C W : coeficiente de potência Π 4 = ρnd2 µ = Re: número de Reynolds O rendimento, η, pode ser obtido combinando-se os adimensionais C W, C Q e C H : Π 3 = C W = γqh r = η C Q C H Ẇ m As máquinas hidráulicas normalmente operam com números de Reynolds elevados, atingindo o regime completamente turbulento, de forma que as variações no número de Reynolds não têm praticamente nenhuma influência nos demais adimensionais. Assim, para o estudo das máquinas hidráulicas devem ser analisados os adimensionais C H, C Q e η.

18 Curvas representativas:

19 5.1 Leis especiais de semelhança Mantidos C Q e D, temos: Q 1 Q 2 = N 1 N 2, h r1 = N 1 2, h r2 N2 2 Ẇ m,1 Ẇ m,2 = N 3 1 N 3 2 Mantidos C Q e N, temos: Q 1 = D3 1, Q 2 D 3 2 h r1 = D2 1, h r2 D 2 2 Ẇ m,1 Ẇ m,2 = D5 1 D 5 2

20 5.2 Rotação específica N s = C1/2 Q 730 Fundamentos da Mecânica Cdos 3/4 Fluidos H = [Q/(ND3 )] 1/2 [gh r /(N 2 D 2 )] = 3/4 N Q (gh r ) 3/4 Também depende do coeficiente de vazão, mas é usualmente especificado na condição de máxima eficiência. N s alta significa Q alta e h r baixa, e N s baixa significa Q baixa e h r alta. Figura Variação da rotação específica com o tipo de bomba (Adaptado da Ref. [17], reprodução autorizada).