Bombas classificação e descrição

Transcrição

1 Bombas classificação e descrição

2 Instalação de Bombeamento Típica Esquema típico de instalação de bombeamento

3 Exemplo

4 Instalação de Bombeamento Típica Curvas ou joelhos (ou cotovelos) Reservatório de recalque Registro Linha de recalque Válvula de retenção Motor de acionamento Bomba Redução excêntrica Curva longa 90º Linha de sucção Válvula de pé com crivo Reservatório de sucção (poço, manancial)

5 Instalação de Bombeamento Típica Casa das bombas (1): edificações próprias destinadas a abrigar o conjunto motor-bomba. Motor de acionamento (M): órgão encarregado do acionamento da bomba, podendo ser: - Um motor elétrico; - Um motor de combustão interna (a gasolina ou diesel); - Uma turbina hidráulica ou a gás. Tendência para o uso de motores elétricos: - A vida mais longa dos motores elétricos; - A maior segurança e comodidade operacional (os motores elétricos não provocam poluição local); - Custo de manutenção mais baixo.

6 Instalação de Bombeamento Típica Bomba (B): Órgão encarregado de succionar o fluido, retirando-o do reservatório de sucção e energizando-o através de seu rotor o que impulsiona-o para o reservatório de recalque.

7 Instalação de Bombeamento Típica Redução excêntrica (RE): Redução que liga o final da tubulação de sucção à boca de entrada da bomba, de diâmetro, normalmente, menor. Com a excentricidade visa-se evitar a formação de bolsas de ar, à entrada da bomba. São dispensáveis em instalações com linhas de sucção de pequeno diâmetro, acontecendo, normalmente, em instalações com diâmetro de sucção superiores a 4 (4 polegadas). Válvula de pé com crivo (VPC): Válvula unidirecional que só permite a passagem do fluido no sentido ascendente e que, com o desligamento do motor de acionamento, mantém a bomba escorvada (carcaça da bomba e tubulação de sucção cheia de fluido). Função: - impedir a sucção de partículas sólidas depositadas no fundo do poço; - Evitar que, com o funcionamento, seja a mesma descoberta, passando a bomba a aspirar ar.

8 Instalação de Bombeamento Típica Válvula de retenção (VR): Válvula também unidirecional instalada à saída da bomba e antes do registro de recalque. Tem as seguintes funções: - Impedir que o peso da coluna de recalque seja sustentado pelo corpo da bomba, pressionando-o e provocando vazamento no mesmo. - Impedir que, com um defeito na válvula de pé e entrando a tubulação de recalque por baixo do reservatório superior, haja o refluxo do fluido, fazendo a bomba funcionar como turbina. - Possibilitar, através de um dispositivo chamado by-pass, a escorva automática da bomba, evidentemente, após se ter sanado o defeito da válvula de pé que provocou a perda da escorva. Registro de recalque (R): Acessório destinado a controlar a vazão recalcada, através do seu fechamento e abertura. Deve vir logo após a válvula de retenção e tem tipos diferentes sendo, entretanto, o registro de gaveta o mais comum.

9 Bombas São máquinas geratrizes cuja finalidade é realizar o deslocamento de um líquido por escoamento. Transforma o trabalho mecânico que recebe para seu funcionamento em energia, que é comunicado ao líquido sob as formas de energia de pressão e cinética. Máquinas operatrizes hidráulicas Classificação Bombas de deslocamento positivo, hidrostáticas ou volumógenas (volumétricas); Turbobombas chamadas também hidrodinâmicas ou rotodinâmicas ou simplesmente dinâmicas.

10 Bombas Classificação Bombas de deslocamento positivo, hidrostáticas ou volumógenas (volumétricas); Turbobombas chamadas também hidrodinâmicas ou rotodinâmicas ou simplesmente dinâmicas. Fluxo pulsante Fluxo contínuo

11 Classificação das bombas de deslocamento positivo

12 Exemplos de bombas de deslocamento positivo (volumógenas) Bomba de êmbolo Bomba helicoidal Bomba de engrenagens Bomba de palhetas

13 Exemplos de bombas de deslocamento positivo (volumógenas) Bomba de lóbulos triplos Bomba de pistão duplo circunferencial Bomba de tubo flexível ou de rolete

14 Exemplo de bomba de engrenagem

15 Bombas Hidrodinâmicas (Turbobombas)

16 Convenções para Turbinas e Bombas Hidráulicas Bomba centrífuga

17 Segundo a trajetória do fluido no rotor Máquinas de fluxo radiais: O escoamento do fluido através do rotor percorre uma trajetória predominantemente radial (perpendicular ao eixo do rotor). Ex.: Bombas centrífugas, ventiladores centrífugos e a turbina Francis lenta. Máquinas de fluxo axiais: O escoamento do fluido acontece numa direção paralela (axial) ao eixo do rotor. Ex.: Bombas axiais, ventiladores axiais e a turbinas hidráulicas Hélice e Kaplan. Máquinas de fluxo diagonais (misto ou semi-axial): Quando o escoamento não é axial nem radial. Ex.: Turbina Francis rápida e a turbina hidráulica Dériaz. Máquinas de fluxo tangenciais: O jato líquido proveniente do injetor incide tangencialmente sobre o rotor. Ex.: Turbina hidráulica do tipo Pelton.

18 Segundo a trajetória do fluido no rotor Máquinas de fluxo radiais Máquinas de fluxo axiais

19 Segundo a trajetória do fluido no rotor Máquinas de fluxo diagonais Máquinas de fluxo tangenciais

20 Bomba Radial Centrífuga:

21 Bomba Radial Centrífuga: Rotor e Caixa Espiral

22 Bomba Centrífuga de Simples Estágio Bomba Autoaspirante

23 Bomba Centrífuga Multiestágios

24 Bombas Centrífugas Especiais

25 Bomba Centrífuga Autoescorvante

26 Bomba Centrífuga Inox - FAMAC

27 Bomba Centrífuga Inox - FAMAC

28 Bomba Centrífuga Fox BL - FAMAC Curva: Hman x NPSH

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32 Equação Fundamental das Máquinas de Fluxo Equação de Euler Equação fundamental para o estudo das máquinas de fluxo. a) Turbomáquinas hidráulicas: bombas, ventiladores, turbinas hidráulicas. b) Turbomáquinas térmicas: turbocompressores, turbinas a vapor, turbinas a gás. Turbomáquinas: escoamentos complexos (tridimensional e transitórios). Fenômenos essenciais podem ser analisados com um modelo simples de escoamento e triângulos de velocidade. Teoria Monodimensional (ideal e simplificadora) 1) A bomba será considerada como tendo um número infinito de pás. 2) As pás serão consideradas como sendo infinitamente delgadas, ou seja, sem espessura.

33 Planos de Representação de uma Turbomáquina Plano ou corte meridional (longitudinal) Plano ou corte transversal (normal)

34 Triângulos de Velocidade w 2 V ou c 2 2 Trajetória absoluta da partícula líquida B 2 2 r 1 2 A 1 1 w 1 1 u 2 V ou c 1 1 w V u = velocidade relativa do fluido. = velocidade absoluta do fluido. = velocidade da pá do rotor. V w u u 1 u r m/s r 2 = velocidade angular (constante). 2n 60 rad/s Pá do rotor u 2 V t 2 V r w r2 = ângulo de inclinação das pás. V 2 w 2

35 Triângulos de Velocidade MFO Aresta de saída das pás w 2 V ou c b 2 2 u 2 w 1 Aresta de entrada das pás b 1 r 2 r V ou c 1 1 r 1 r 1 u 1 Corte meridional Corte transversal Máquina de fluxo geradora ( bomba ) w= velocidade relativa do fluido (vista por um observador solidário às pás). V = velocidade absoluta da corrente fluida (vista por um observador estacionário). u = velocidade da pá do rotor (tangencial).

36 Equação de Euler para Turbomáquinas Analisar o escoamento num rotor equação do momento da quantidade de movimento T eixo rv VdA SC regime de escoamento permanente Equação vetorial eixo T r V da = torque aplicado ao sistema considerado; = vetor posição de uma partícula de fluido; = velocidade de uma partícula de fluido referencial fixo; = massa específica do fluido; = elemento de área da superfície de controle. Sistema de coordenadas

37 Equação de Euler para Turbomáquinas Sistema de coordenadas: eixo z alinhado com o eixo de rotação da máquina (fluxo de massa para dentro do volume de controle) + (fluxo de massa para fora do volume de controle) Equação de Euler para Turbomáquinas T kˆ r V rv mkˆ 2 1 eixo 2 t 1 t eixo t t 2 1 T r V rv m 2 1 Q m = vazão de fluido que passa pelo rotor [m 3 /s]; = vazão mássica [kg/s]. m AV Q kg/s

38 Equação de Euler para Turbomáquinas Sistema de coordenadas T r V rv m eixo 2 t 1 t 2 1 T eixo r V t m = torque aplicado ao sistema considerado; = vetor posição de uma partícula de fluido; = componente tangencial (periférica) da velocidade ; = vazão mássica [kg/s]. V V r w r V V t u w t Triângulo de velocidades genérico w (fluxo de massa para dentro do volume de controle) + (fluxo de massa para fora do volume de controle) Teixo T eixo 0 0 MFO (bombas, ventiladores, compressores) MFM (turbinas)

39 Equação de Euler para Turbomáquinas Taxa de trabalho realizado sobre um rotor de uma turbomáquina. W T r V rv m m eixo 2 t 1 t m 2 t 1 t W u V u V m Potência mecânica ou Potência de eixo se ur W mg Dividindo por m mg H th u2vt u1v t 1 g 2 1 H th H man H Bombas H th H man = energia cedida por 1 kg de fluido; = energia absorvida por 1 kg de fluido; = rendimento hidráulico da bomba. H H th [m] - Altura teórica (energia teórica específica). Hth 0 H 0 th Hth MFO - Máquina de fluxo operatriz bomba ; MFM - Máquina de fluxo motriz turbina. - também denominada altura de carga ou simplesmente carga adicionada ao escoamento.

40 Equação de Euler para Turbomáquinas w 2 V ou c b 2 2 u 2 w 1 1 b 1 r 2 r V ou c 1 1 r 1 r 1 Corte meridional Corte transversal u 1 Q AV r Máquina de fluxo geradora (bomba) Máquina de fluxo motora (turbina) V r w r V w V r V t = está vinculada à vazão da máquina; = está ligada a energia específica entre o rotor e o fluido. V t u w t

41 Equação de Euler para Turbomáquinas Vazão de fluido que passa pelo rotor. Q A V r V r w r V V t u Triângulo de velocidades genérico w w t Q A V r = vazão de fluido que passa pelo rotor, em [m 3 /s]; = área de passagem do fluido, em [m 2 ]; = velocidade radial (meridiana), em [m/s].

42 Equação de Euler para Turbomáquinas Vazão de fluido que passa pelo rotor. Q AV r Área de passagem da corrente fluida através dos diversos tipos de rotores. Q A V r = vazão de fluido que passa pelo rotor, em [m 3 /s]; = área de passagem do fluido, em [m 2 ]; = velocidade radial (meridiana), em [m/s]. A Db A D D e i De Di A b 2 Máquinas radiais Máquinas axiais Máquinas diagonais ou de fluxo misto

43 Teoria Monodimensional Assim a teoria monodimensional (que é ideal e simplificadora), admite as seguintes hipóteses: A bomba será considerada como tendo um número infinito de palhetas; As palhetas serão consideradas como sendo infinitamente delgadas, ou seja, sem espessura

44 Triângulos de Velocidades A Figura ilustra este escoamento relativo idealizado, no rotor de uma bomba que tem infinitas aletas de espessura desprezível. Velocidade relativa da partícula fluida w aresta de saída movimento relativo da partícula de fluido aleta aresta de entrada centro de giro do rotor

45 Triângulos de Velocidades w2 r2 V2 w1 r1 V1 u2 u1

46 Triângulos de Velocidades W V 2uV cos u V V cos t1 1 1 V Wsen r1 1 1 V Vsen r1 1 1 V V tan r1 t1 1 W V 2u V cos u V V cos t2 2 2 V Wsen r2 2 2 V V sen r V V tan r2 t2 2 w1 w1 w2 v2 v2 w2 u1 u1 u2 u2 Triângulos de velocidade nas arestas de entrada e saída do rotor

47 Teoria Monodimensional 1 Hth V V U U W W 2g H V u V u g th t 2 2 t1 1 V r w r V w H th H th V t u w t H th H th H man : é a quantidade de energia cedida a 1 kg de fluido que atravessa uma bomba ideal; : é a quantidade de energia cedida a 1 kg de fluido que atravessa uma bomba real; : altura manométrica da instalação e desenvolvida pela bomba.

48 Teoria Monodimensional A equação assume características mais simples para o caso específico das bombas com fluxo radial a entrada: Fluxo radial a entrada 1 90º 1 90º cos 1 0 Vt V cos H th V u g t 2 2 W V 2uV cos u V V cos t1 1 1 V Wsen r1 1 1 V Vsen r1 1 1 V V tan r1 t1 1 w1 w1 w2 v2 v2 w2 u1 u1 u2 u2 Triângulos de velocidade nas arestas de entrada e saída do rotor

49 Teoria Monodimensional V r A componente radial que a bomba descarrega: 2 pode ser expressa em termos da vazão em volume Teixo r2v t rv 1 t m Q AVr 2 1 Q 2 r b V 2 r b V 1 1 r1 2 2 r2 V r2 Q 2 r b 2 2 b2 V r w r V w canal do rotor aresta de saída r2 V t u w t aresta de entrada largura b1 r1 eixo da bomba

50 Teoria Monodimensional V r w r V w V r2 Q 2 r b 2 2 V t u w t tg 2 Vr 2 u V 2 t2 cotg 2 u V V 2 t2 r2 V u V cotg t2 2 r2 2 1 Hth u V g u g 2 2 t 2 H th u 2 V r 2 cotg 2 canal do rotor b2 aresta de saída r2 H th u Q 2 u2 cotg 2 g 2 r2b 2 aresta de entrada largura b1 r1 eixo da bomba

51 Altura Manométrica r a H man Ho H p p p p p r a atm H H H man o Altura Manométrica: é a energia específica que realmente a unidade de peso de um fluido recebe quando passa pelo rotor de uma bomba.

52 Altura Manométrica r a H man Ho H p p H H H man o p p p r a atm H man - altura manométrica, em [m] H o - desnível geométrico, em [m] 2 pr - pressão no reservatório de recalque, em kg m p 2 a - pressão no reservatório de sucção, em kg m 3 H - peso específico do fluido, em kg m - perda de carga nas tubulações e acessórios, em [m]

53 Instalação de Bombeamento p r 3 3 H r 2 M 2 1 V 1 y H o H a p a 0 0 H H H man o H H H H man o a r

54 Influência do nº Finito de Palhetas - Correção Coeficiente de Pfleiderer H th Pfl H th r Pfl 1 2 Z r r Z r 2 r 1 : número de palhetas; : raio externo do rotor; : raio interno do rotor; 8 Pfl 1 r2 2r1 3 Z : coeficiente tabelado em função de 2, como mostra o gráfico da figura acima.

55 Influência do nº Finito de Palhetas - Correção Coeficiente de Pfleiderer H th Pfl H th r Pfl 1 2 Z r r Z r 2 r 1 : número de palhetas; : raio externo do rotor; : raio interno do rotor; 8 Pfl 1 r2 2r1 3 Z : coeficiente tabelado em função de 2, como mostra o gráfico da figura acima.

56 Influência da Espessura das Pás - Correção v 1 é o fator de correção devido à contração provocada pela espessura da palheta. v 1 S Z v d1 2 1 sen 1 d2 sen 2 S Z Q 2 r b V 2 r b V 1 1 r1 2 2 r2 Q 2 r b V v 2 r b V v 1 1 r r2 2

57 Rendimentos a Considerar em uma Bomba Rendimento Hidráulico ( h ) Leva em consideração o acabamento superficial interno das paredes do rotor e da carcaça da bomba. Hth Hman H1 2 h H H man th h H man H th : rendimento hidráulico da bomba; : energia absorvida por 1 kg de fluido que atravessa a bomba; : energia cedida a cada um dos kg de fluido que atravessam a bomba; H1 2 : energia dissipada no interior da bomba (função do seu acabamento superficial interno).

58 Rendimentos a Considerar em uma Bomba Rendimento Volumétrico ( v ) Existem folgas dimensionais entre o rotor e a carcaça e também ao distribuidor. Quando a bomba está operando, uma vazão (q) de recirculação fica girando nestes espaços. v Q q : rendimento volumétrico da bomba; : vazão recalcada pela bomba; : a recirculação e vazamento pelo estojo de gaxetas. Q v Q q Tipo de bomba Bomba de baixa pressão H < 15 m man Bomba de média pressão 15 m H man 50 m Bomba de alta pressão H > 50 m man Faixa de valores de v 93 % a 98 % 88 % a 93 % 83 % a 88 %

59 Rendimentos a Considerar em uma Bomba Rendimento Mecânico ( m ) Leva em consideração que, da potência necessária ao acionamento da bomba, apenas uma parte é, efetivamente, empregada para o ato de bombeamento. Parcela desta potência necessária será utilizada para vencer as resistências passivas da bomba. m N N N m : o rendimento mecânico da bomba. N : a potência necessária ao acionamento. N : potência dissipada em atrito no estojo de gaxetas, nos mancais e/ou rolamentos, nos anéis de desgaste e pelo atrito entre o rotor e o meio fluido no qual gira. Rendimento Total ( ou t ) h v m

60 Potência Necessária ao Acionamento das Bombas Q H N man kg m s N : potência necessária ao acionamento, em kgm s 3 : peso específico do fluido, em kg m 3 Q H man : vazão recalcada, em m : altura manométrica, em [m] : rendimento total, em [%] s Para se ter a potência necessária ao acionamento, em CV, usa-se: N QH man 75 cv

61 Triângulos de Velocidade w 2 V ou c 2 2 Trajetória absoluta da partícula líquida B 2 2 r 1 2 A 1 1 w 1 1 u 2 V ou c 1 1 w V u = velocidade relativa do fluido. = velocidade absoluta do fluido. = velocidade da pá do rotor. V w u u 1 u r m/s r 2 = velocidade angular (constante). 2n 60 rad/s Pá do rotor u 2 V t 2 V r w r2 = ângulo de inclinação das pás. V 2 w 2

62 Equação de Euler para Turbomáquinas w 2 V ou c b 2 2 u 2 w 1 1 b 1 r 2 r V ou c 1 1 r 1 r 1 Corte meridional Corte transversal u 1 Q AV r Máquina de fluxo geradora (bomba) Máquina de fluxo motora (turbina) V r w r V w V r V t = está vinculada à vazão da máquina; = está ligada a energia específica entre o rotor e o fluido. V t u w t