Bombas e compressores

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Operações Unitárias I
Renata Miliani Martinez
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Equipamentos que movimentam fluidos
Bombas e compressores geram energia (trabalho) e que pode ser observado através de pressão, velocidade e altura do fluido
Ocorrem perdas de energia por atrito 
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Tipos de fluido
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Importância
Dimensionamento e escolha do equipamento
Minimizar o consumo de energia
Viabilizar o processo e o custo
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Máquinas hidráulicas
Promovem trocas entre energias mecânica e hidráulica
Máquinas hidráulicas
Geratrizes (turbinas)
Motrizes
(bombas)
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Máquinas Geratrizes
Transformam a energia hidráulica em mecânica quando o fluido é impelido contras as suas pás e produz um conjugado no eixo
Turbinas
Hidráulicas
Rodas d’água
Francis
Propeller
Kaplan
Pelton
De reação, radiais e pás fixas
De reação, axiais e pás fixas
De reação, axiais e pás orientáveis
De impulsão, jatos tangenciais
O fluído vem por um canal, sendo impelido contra as pás, provocando um conjugado no motor, a água atua por peso ou por velocidade, em geral prevalecendo uma delas.
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Máquinas Geratrizes
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Máquinas Geratrizes
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Máquinas Geratrizes
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Máquinas Motrizes
Transformam o trabalho mecânico em energia hidráulica, comunicando ao líquido um acréscimo de energia na forma de energia potencial de pressão e cinética:
Bombas
Deslocamento positivo
Bombas especiais
Bombas centrífugas
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Sistema de bombeamento
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Sistema de bombeamento
Definição: São máquinas operatrizes hidráulicas que entregam energia a uma massa líquida com a finalidade de transportá-la de um ponto a outro atendendo a certas condições de processo. 
 As bombas recebem energia em seu eixo de uma fonte externa e entregam parte desta energia ao líquido que circula em seu interior sob forma de energia cinética, energia de pressão ou ambas
A relação entre a energia entregue a bomba e a energia cedida ao fluído recebe o nome de rendimento da bomba.
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Classificação das bombas
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Características das bombas
Bombas de Deslocamento Positivo
Uma porção de fluido é presa numa câmara, e pela ação de um pistão ou peças rotativas o fluido é impulsionado para fora.
Dividem-se:
Alternativas (chamadas de sistema de pistão) em que o
escoamento é intermitente
Rotativas (escoamento contínuo)
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A taxa de fornecimento (vazão) depende do volume varrido pelo pistão e do número de golpes por unidade de tempo ™
A vazão de descarga do fluido varia com tempo em virtude da natureza periódica do pistão
Características das bombas
Bombas de Deslocamento Positivo
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As bombas alternativas não tem limite de pressão. Atualmente são construídas para fornecer mais de 1000 atm.
A velocidade do pistão é em geral, de 12 a 40 m/min dependendo do curso, que pode variar de 7,5 a 60cm.
São recomendadas para bombeamento de água de alimentação em caldeiras, óleo e fluidos em geral que não contenham sólidos abrasivos, que podem danificar as superfícies torneadas do cilindro e do pistão.
Indicações práticas
Bombas de Deslocamento Positivo
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Bomba de deslocamento positivo
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Bomba de deslocamento positivo
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Classificação bombas alternativas 
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Possuem uma (ou mais câmaras) no interior da qual um órgão propulsor comunica energia de pressão ao líquido provocando seu escoamento.
Proporciona as condições para que se realize o escoamento na aspiração até a bomba, e no recalque até o ponto desejado
Princípio de funcionamento
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Simples efeito e simplex
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Duplo efeito e simplex
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O rotor provoca pressão reduzida na entrada possibilitando a admissão do líquido à bomba pelo efeito de pressão externa, e o líquido é ejetado pelo lado da descarga. À medida que o elemento gira, o líquido fica retido entre os componentes do rotor e a carcaça da bomba. Finalmente, depois de uma determinada rotação do rotor, o líquido é ejetado pelo lado da descarga da bomba.
Características das bombas
Bombas de Deslocamento Positivo - Rotativas
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Modo Operacional: O fluido (líquido) recebe a ação de forças provenientes de uma ou mais peças dotadas de movimento de rotação, que transmitem energia de pressão, provocando seu escoamento. 
Características: Vazão é função do tamanho e velocidade de rotação, fornecendo vazões praticamente constantes.
Características das bombas
Bombas de Deslocamento Positivo - Rotativas
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Características das bombas
Bombas de Deslocamento Positivo - Rotativas
Indicações Práticas: 
Possuem capacidade de bombeamento pequena a moderada. 
Podem bombear uma larga faixa de tipos de líquidos em uma ampla faixa de viscosidade e temperatura. Não é recomendada para líquidos que contenham substâncias abrasivas ou corrosivas. 
Geralmente são usadas para bombeamento de óleos minerais, vegetais e animais, gorduras, glicose, tintas, vernizes, maioneze, bronzeadores, cremes, etc...
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Características das bombas
Bombas de Deslocamento Positivo - Rotativas
Tipos:
Bombas de Engrenagens ‰ 
Bombas de Parafusos ‰ 
Bombas de Lóbulos Duplos ou Triplos
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Bomba rotativa
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Bomba rotativa de engrenagens
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Bomba rotativa
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Bombas rotativas
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Bombas centrífugas
São caracterizadas por possuírem um órgão rotatório dotado de pás, chamado de rotor (ou impulsor), que comunica aceleração à massa líquida, transformando a energia mecânica de que está dotado, em energia cinética.
Descarga depende: características da bomba
número de rotações
características do sistema de transporte
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Bombas centrífugas
Princípio de Funcionamento:
O eixo do rotor funciona como um propulsor do fluido que é lançado para a periferia pela ação da força centrífuga. 
Modo Operacional:
A energia cinética do fluido aumenta do centro do rotor para a ponta das pás que é transformada em energia de pressão, quando o fluido sai do rotor e entra na carcaça (voluta) ou difusor.
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Bombas centrífugas
Características:
São as mais usadas na indústria química – modelo simplificado, pequeno custo, manutenção barata e flexível para aplicação (ampla faixa de pressão e vazão)
Nos modelos usuais necessita ser previamente preenchida com o líquido a ser bombeado (as folgas entre o rotor e o restante da carcaça)
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Bombas centrífugas
Indicações praticas:
Operam tanto a baixas e altas vazões ou pressões (dimensionamento)
 Operam com diferentes tipos de fluidos (configuração específica para cada tipo de fluido)
Vantagens:
Simplicidade de projeto e construção
Ocupam pouco espaço
Peso reduzido
Fácil controle de descarga
Poucas partes móveis (fácil manutenção)
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Bombas centrífugas
Partes da bomba:
Dependente do Projeto 
Eixo: Sistema transmissor de potência para o rotor 
Rotor: aberto ou fechado, espaçamento e forma das pás 
Rotor fechado: altas pressões e líquidos limpos 
Rotor semi-fechado: operações gerais 
Rotor aberto: baixas pressões, pequenas vazões e líquidos contendo pastas, lama, areia
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Bombas centrífugas
Partes da bomba:
Carcaça: tem a função principal de transformar a energia cinética impressa ao fluido pelo rotor em carga de pressão. Serve como contentor para o fluido. Podem ser do tipo espiral (voluta) ou difusor. 
Difusores: Saída da bomba Gradativamente aberto: diminui a velocidade do líquido proveniente do rotor
Estágio: único: um rotor e um difusor múltiplo: dois ou mais rotores em série em um 
único eixo
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Rotores de bombas centrífugas
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Rotores de bombas centrífugas
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Carcaça de bombas centrífugas
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Seleção do tipo de bomba
A escolha do tipo de bomba é influenciada pelos seguintes fatores:
• Vazão (quantidade de líquido a bombear): determina o tamanho e 
o número de bombas
• Carga a ser vencida (HB)
• Natureza do fluido (viscosidade, corrosividade, presença de
sólidos em suspensão)
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Bombas especiais
 Bombas de diafragma
• Bombas peristálticas
• Bombas a Jato
• Bombas Eletromagnéticas
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Bombas especiais
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Bombas especiais
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Q = vazão
H= altura manométrica ou carga da bomba (=energia por unidade de peso do fluido que deve ser fornecida ao sistema)
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Curva do sistema
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Fenômeno de cavitação
CAVITAÇÂO
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Reconhecimento da cavitação
Queda de rendimento
Vibração
Ruído diferente
Materiais de resistência à corrosão por cavitação:
Resistência
+
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Evidências da cavitação
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Associação de bombas
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Associação de bombas
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Associação de bombas
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Desempenho de bombas centrífugas
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Ventiladores, sopradores e compressores
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Ventiladores e sopradores
Ventiladores e sopradores:
Operam a pressões suficientemente baixas, podendo-se desconsiderar a compressibilidade dos gases, isto é, os volumes de entrada e saída são praticamente iguais; são simplesmente movimentadores de gases.
Podem deslocar grandes volumes com pequeno acréscimo de pressão.
Para sopradores: funcionalidade de até 95 m3/s.
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Compressores
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Compressores
Deslocamento positivo: Alternativos
™ Podem fornecer gás com pressão de algumas frações de atm até pressões muito elevadas (~2400atm manométricas)
™ As peças características são as mesmas das bombas 
alternativas: pistão, um cilindro com válvulas para admissão e exaustão.
™ Pode-se usar único estágio ou multiestágio. No caso da compressão multiestágio é comum o resfriamento do gás entre os estágios.
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Compressor alternativo
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Princípio de funcionamento
Compressor alternativo
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Compressores
Deslocamento positivo: Rotativos 
Engrenagem com 2 lóbulos 
Bilobado: alta capacidade e pressão intermediária (7 m3/s e 0,8 atm)
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Compressor bilobado
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Parafuso helicoidal
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Compressores centrífugos
Operam com os mesmos princípios das bombas centrífugas. Os multiestágios (mais de 1 rotor) têm, em geral, dispositivos de resfriamento.
Comprimem enormes volumes de gases (140m3/s) até uma pressão de saída de 2 atm e com capacidades volumétricas menores podem descarregar altas pressões (centenas de atm).
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Compressores centrífugos
Fluxo radial
Apresentam semelhança de aparência às bombas centrífugas, além de operarem com os mesmos princípios físicos 
O gás escoa para o olho do rotor, onde é acelerado radialmente; sai a alta velocidade pela periferia e flui para um difusor onde a energia cinética é transformada em energia de pressão
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Compressor centrífugo
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Compressor centrífugo multi-estágio
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Compressores centrífugos
Fluxo axial
Constituído por uma coroa de palhetas acopladas ao eixo rotatório, permitindo fluxo axial.
Tem eficiência mais elevada que os radiais, são menores e mais leves para a mesma capacidade, mas o custo é mais elevado.
A faixa de operação é mais limitada e são mais sensíveis a corrosão.
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Seleção de compressores
Informações normalmente necessárias para a seleção de compressores:
ƒTemperatura de entrada
ƒMáxima temperatura de saída
ƒVariação de pressão
ƒVazão
ƒPropriedades do gás: composição
 Tc e pc
 peso molecular médio
 γ = cp/cv
 fatores de compressibilidade
* Usualmente é necessário manter contato com o fabricante para a escolha do tipo, potência, etc..
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Seleção de compressores
Velocidade de rotação
Diâmetro do rotor