Classificação e Funcionamento das Bombas Hidráulicas

BOMBAS Bombas são máquinas operatrizes hidráulicas que transferem energia ao fluido com a finalidade de transportálo de um ponto a outro Recebem energia de uma fonte motora qualquer e cedem parte desta energia ao fluido sob forma de energia de pressão energia cinética ou ambas isto é aumentam a pressão do líquido a velocidade ou ambas as grandezas Classificação das bombas Não existe uma terminologia homogênea sobre bombas pois existe vários critérios para designálas entretanto poderemos classificálas em duas grandes categorias a Bombas centrífugas também chamadas Turbobombas b Bombas volumétricas ou de deslocamento positivo Bombas centrífugas Este tipo de bomba tem por princípio de funcionamento a transferência de energia mecânica para o fluido a ser bombeado em forma de energia cinética Por sua vez esta energia cinética é transformada em energia potencial energia de pressão sendo esta a sua característica principal O movimento rotacional de um rotor inserido em uma carcaça corpo da bomba é o orgão funcional responsável por tal transformação As bombas centrífugas podem ser classificadas em função dos tipos e formas dos rotores as bombas centrífugas podem ser divididas em a Radiais ou Puras Quando a direção do fluido bombeado é perpendicular ao eixo de rotação b Fluxo misto Quando a direção do fluido bombeado é inclinada em relação ao eixo de rotação c Fluxo Axial Quando a direção do fluido bombeado é paralela em relação ao eixo de rotação Bombas de deslocamento positivo A diferença entre as turbobomba e a bomba de deslocamento positivo é que nesta não é necessário a transformação de energia cinética em energia de pressão pois a energia fornecida ao líquido decorre da variação do volume do fluido contido na própria bomba utilizandose mecanismos mecânicos como no caso de bombas alternativas e rotativas As bombas alternativas indicadas para operar pressões elevadas e vazões baixas como nos tipos pistão de êmbolo e diafragma caracterizamse pelo movimento de sucção e descarga do líquido A diferença básica entre esses tipos de bombas está no tipo de mecanismo que provoca tal movimento A Figura 1 mostra as bombas alternativas Figura 1 Bombas alternativas tipo pistão a e tipo êmbolo b a b As bombas rotativas são caracterizadas por receber o líquido e descarregalo com base no movimento rotacional de dispositivos no interior da carcaça da bomba O fluido em se tratando de bombas dos tipos de engrenagens e de lóbulo ocupa os espaços entre os dentes ou entre os lóbulos é impelido para fora da carcaça devido ao movimento de rotação dos dispositivos permitindo que uma nova massa de líquido entre na carcaça e assim por diante A Figura 2 mostra as bombas rotativas Figura 2 Bombas rotativas As bombas rotativas de parafusos contêm parafusos que apresentam movimento sincronizado por ação de engrenagens Alimentase o líquido em uma dada extremidade da bomba e por meio da rotação da engrenagem o fluido é levado a zona central do equipamento por onde é descarregado As bombas rotativas de palhetas deslizantes são compostas por um cilindro cujo eixo de rotação é excêntrico ao eixo da carcaça Nesse tipo de bomba o impelidor contém ranhuras radiais nas quais as palhetas apresentam movimento nessa direção Condições de utilização de bombas Cada bomba é adequada para um determinado tipo de fluido em uma faixa de pressão e a uma dada vazão volumétrica As bombas centrifugas são construídas para fornecer ampla faixa de vazões e de carga Tais bombas trabalham com líquidos límpidos líquidos com sólidos abrasivos ou ainda com alto conteúdo de sólidos desde que não seja muito viscoso 500 cP As bombas diafragma e as peristálticas são recomendadas para líquidos corrosivos soluções alcalinas polpas líquidos biológicos A Figura 3 mostra as aplicações de cada bomba Figura 3 Campo de aplicação de bombas Altura de projeto Para especificar uma bomba para determinada aplicação é fundamental o conhecimento do valor do trabalho agregado desse dispositivo em certa linha de escoamento de fluido O trabalho mecânico devido a esse dispositivo gera mudança nas energias de pressão cinética e potencial do fluido liberando calor em decorrência do atrito com o meio Uma bomba colocada entre os pontos 1 e 2 de uma tubulação tem as alturas manométricas relacionadas pela equação abaixo Para um líquido de densidade e velocidade média constantes escoando em uma tubulação de secção circular e diâmetro constante entre os pontos 1 e 2 separados por uma bomba podemos escrever Curva característica de bomba centrífuga O desempenho de uma bomba centrífuga para uma dada velocidade do rotor e um líquido com uma viscosidade conhecida é representado por gráficos da altura manométrica total em função da vazão volumétrica ou capacidade e potência em função da capacidade Estas curvas são denominadas curvas características da bomba São fornecidas pelo fabricante e geralmente para operação com água à temperatura ambiente O formato mais comum da curva característica de bombas centrífugas está na Figura 4 Figura 4 Curva característica da bomba A altura manométrica total máxima que a bomba pode fornecer corresponde à vazão zero À medida que a vazão de líquido aumenta a altura manométrica cai A bomba pode operar em qualquer um dos pontos da curva Com o aumento da viscosidade na curva fica mais inclinada e a área cinza aumenta A altura manométrica fornecida pela bomba a uma dada vazão independe da densidade do líquido bombeado Assim quanto maior a densidade do líquido maior o degrau de pressão fornecido pela bomba A relação entre estas duas variáveis é dada pela equação abaixo Curva caraterística de um sistema Em um sistema de tubulação em particular uma bomba centrífuga só pode operar em um ponto de sua curva característica Este ponto corresponde à solução da equação de Bernoulli estendida ou graficamente ao ponto de intersecção da curva característica da bomba com a curva característica do sistema A Figura 5 representa esquematicamente um sistema de bombeamento típico onde escolhemos o plano horizontal de referência phr passando pela linha de eixo da bomba Figura 5 Sistema típico de bombeamento Aplicando a equação de Bernoulli entre a superfície livre do tanque de alimentação e o flange da sucção da bomba e entre a superfície livre do tanque de descarga e o flange de descarga considerando que os tanques sejam suficientemente grandes para que possamos desprezar a velocidade da superfície livre dos mesmos obtemos A altura manométrica total que deve ser fornecida pela bomba para impulsionar o fluido em escoamento é a diferença entre as alturas manométrica da descarga e da sucção Potência e rendimento de bombas A potência efetiva transmitida ao líquido bombeado é PEf Q ΔP Se a vazão volumétrica Q for expressa em m3s e o diferencial de pressão fornecido pela bomba ΔP em Pa ou Nm2 a potência efetiva PEf transmitida ao fluido será em Nms ou W O diferencial de pressão fornecido pela bomba relacionase com a altura manométrica total Δh pela equação ΔP ρ Δh g Substituindo na equação anterior temos PEf ρ Q Δh g A potência no eixo do rotor da bomba Brake Horse Power BHP PBHP pode ser definida como a potência fornecida pelo dispositivo de acionamento ao eixo Este valor corresponde à soma da potência efetiva transmitida ao líquido e das perdas devido ao atrito PBHP PEf η 100 Onde η é a eficiência da bomba expressa em porcentagem A eficiência da bomba diminui com a viscosidade e portanto com o aumento das perdas por atrito A eficiência da bomba também diminui com as perdas de potência em engrenagens mancais de rolamento selos atrito entre o rotor e a carcaça fixa etc Bombas maiores tendem a ter eficiências maiores do que bombas de menor capacidade Além disso bombas que operam em rotações mais elevadas tendem a possuir eficiência maior que as que operam em baixa velocidade No caso específico de bombas de deslocamento positivo a eficiência volumétrica também deve ser considerada Ela dada pela relação entre à vazão efetiva fornecida pela bomba por ciclo e o deslocamento real por ciclo Se não há escorregamento a eficiência é 100 Com pressão diferencial zero não há escorregamento e a vazão corresponde ao deslocamento real Ar e gases dissolvidos no líquido reduzem a eficiência volumétrica No caso de utilização da bomba de deslocamento positivo para dosagem e necessária a avaliação precisa da eficiência volumétrica