Bombas Aula 2

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Eletromecânica – IFF 
São João da Barra
Bombas Hidráulicas – Aula 2.
Professor: Jefferson P Soares
Contato: jeffersonpsoares@gmail.com
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Bombas Hidráulicas
Bombas centrífugas - são um dos tipos mais comuns de equipamentos em instalações industriais, sendo amplamente usadas em diversas aplicações. As bombas d’água, usadas em residências e prédios para elevar a água até as caixas d’água, são um exemplo cotidiano de bombas centrífugas. As bombas centrífugas trabalham, em geral, combinadas com um motor elétrico ou a diesel. 
	Uma de suas várias definições é: aquela que desenvolve a transformação de energia através do emprego de forças centrifugas. As bombas centrífugas possuem pás cilíndricas, com geratrizes paralelas ao eixo de rotação, sendo essas pás fixadas a um disco e a uma coroa circular, compondo o rotor da bomba.
	Mais conceitos físicos - Todas as máquinas e equipamentos mecânicos que envolvem rotação, movimento e contato, estão relacionados também com forças inerciais, gravitacionais, centrífugas, centrípetas, de atrito, de compressão etc. Essa parte da física, conhecida como mecânica, começou a ser desvendada pelos estudos pioneiros de Galileu, mas esses princípios foram definitivamente explicados, por volta do século XVII, graças a Isaac Newton. 
	Newton percebeu que havia uma íntima relação entre força e movimento e propôs três leis fundamentais do movimento, também chamadas leis fundamentais da Dinâmica. Dentre essas leis está o “princípio da inércia” que interfere diretamente no conceito de forças centrífugas e centrípetas, necessários para a compreensão das bombas centrífugas.
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Bombas Hidráulicas
Inércia - Um corpo em movimento tende a se deslocar em linha reta e com velocidade constante, sempre que forças externas não atuem fazendo-o mudar de direção. Entretanto, da mesma forma, os corpos tenderão a manter o seu estado de repouso, caso não haja interferência por forças acessórias. A manifestação da inércia pode ser vista na ilustração a seguir:
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A força que aplicamos para mudar a direção da bola é denominada força centrípeta. A força centrípeta “empurra” a bola em direção ao centro de um percurso circular. 
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Quando a força externa (centrípeta) é retirada, a bola passa a se deslocar novamente em movimento retilíneo, devido à inércia. 
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Aceleração e aceleração centrífuga - A aceleração pode ser compreendida como a variação positiva ou negativa da velocidade de um corpo em movimento. 
	Da mesma forma podemos afirmar que a aceleração centrífuga é a variação da velocidade de um objeto quando este, ao girar em torno de um ponto fixo, se desloca para perto ou para longe dele. 
Aceleração centrífuga e bomba centrífuga - Uma bomba centrífuga é um equipamento mecânico que usa o princípio da força centrífuga para transformar energia mecânica (do eixo) em energia cinética e em energia de pressão, posteriormente, a parcela cinética é transformada em pressão internamente na voluta. Assim, em uma bomba centrífuga, da mesma forma que no exemplo da bola, o líquido entra no centro (“olho”) de um conjunto de pás giratórias (impelidor). Este impelidor está fixado a um eixo, que por sua vez é acionado, normalmente, por motor. 
As partes internas básicas de uma bomba centrífuga são: a carcaça (estrutura), o impelidor com suas pás ou palhetas e o “olho” de sucção do líquido. 
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O motor mantém o impelidor e suas pás curvas girando a uma quantidade constante de rotações por segundo. O impelidor, alimentado pelo motor, faz girar o líquido. Esse movimento de rotação produz uma força centrífuga sobre o liquido, acelerando-o continuamente desde o olho (raio menor) ate às extremidades das pás (maior raio) onde finalmente atingem a carcaça. 
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Bombas Hidráulicas
O líquido entra no centro ou “olho” do impelidor a uma velocidade baixa. As pás giratórias do impelidor fazem com que o líquido também gire em torno do “olho” do impelidor. À medida que o líquido gira, a força centrífuga faz com que o líquido se desloque para longe do “olho” do impelidor. O impelidor mantém o líquido girando em torno do “olho” do impelidor a uma quantidade constante de rotações por segundo. Porém, à medida que o líquido se desloca para mais longe do “olho” do impelidor, ele faz um percurso ou circunferência mais longa a cada rotação. Em outras palavras, a velocidade do líquido aumenta à medida que ele se desloca para longe do “olho” do impelidor, aumentando a aceleração centrífuga. A velocidade do líquido pode chegar a 70,0 m/s à medida que ele se desloca das partes internas do “olho” do impelidor para a ponta da pá. 
	Quando o líquido atinge a região do bocal difusor, devido a sua forma cônica, gera uma desaceleração (aceleração negativa) posto que as partículas do líquido que ocupavam a seção A (menor área) deslocam-se para a seção B (maior área). Nesta região, geralmente, ocorre a maior transformação da parcela de energia cinética (após a saída do impelidor) em energia de pressão. 
	Esse fenômeno, conhecido como princípio de Bernoulli, relaciona a velocidade com a pressão de um líquido em movimento. Assim, podemos dizer que se a velocidade das partículas de um líquido aumenta, enquanto ele escoa ao longo de uma linha de corrente, a pressão do líquido tende a diminuir. Por outro lado se a velocidade do líquido cai à pressão aumenta. 
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Etapas de funcionamento de uma bomba centrífuga:
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A ilustração a seguir representa a trajetória da partícula do líquido do ponto 1 (“olho” do impelidor) ao ponto 4 (descarga). A linha assinalada representa a trajetória da partícula ao longo do seu deslocamento. Para efeito de simplificação adotamos uma partícula para representar o comportamento do líquido como um todo. 
	À medida que a partícula se desloca do início das pás (1) para a extremidade das pás (2), a sua velocidade aumenta. Da extremidade da pá (2) até garganta (3) ocorre uma redução parcial da velocidade com uma conseqüente conversão em energia de pressão. Do ponto (3) ao ponto (4) ocorre uma acentuada conversão de velocidade em energia de pressão. É nesse último estágio que a pressão de descarga atinge o valor necessário para o deslocamento do líquido na vazão requerida pelo sistema. 
	0) Partícula no (flange de sucção); 
	1) Entrada no impelidor; 
	2) Entrada na voluta; 
	3) Entrada do difusor (garganta da voluta); 
	4) Saída da partícula (flange de descarga). 
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Os pontos identificados no esquema anterior aparecem no gráfico a seguir demonstrando o comportamento da velocidade do líquido durante sua trajetória na bomba. 
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O gráfico acima, ao utilizar os mesmos pontos indicados na ilustração anterior, permite estabelecer correlações entre a velocidade do líquido na bomba (representado pela partícula-ponto) em cada uma das regiões (0, 1, 2, 3 e 4), com a conversão de energia cinética em energia de pressão. O líquido ao entrar do flange de sucção apresenta uma baixa velocidade. Com a rotação do impelidor a partícula vai ganhando velocidade representada pela curva ascendente (1- 2). A partir da saída do líquido do impelidor (ponto 2) a energia cinética começa a ser convertida em energia de pressão. Essa conversão é gradualmente maior até a saída do líquido da bomba no flange de descarga. Nesse ponto (4) grande parte da energia cinética foi convertida em energia de pressão. 
Componentes de uma bomba centrífuga: Existe uma grande diversidade de bombas centrífugas. Entretanto, alguns componentes são comuns à grande maioria de modelos de tipo. 
	
	Abaixo temos uma visão em corte de uma bomba centrífuga de simples estágio (um único impelidor) e seus principais componentes.
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Carcaça - A carcaça é responsável pela contenção do volume crescente do líquido oriundo do impelidor e pela transformação de parte da energia cinética em energia de pressão durante a condução do líquido até o canal divergente da descarga (difusor). A taxa de crescimento da área de passagem do líquido na carcaça é proporcional à quantidade de líquido recebido da periferia do impelidor. 
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Os principais tipos de voluta são:
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Impelidor - Os impelidores, também chamados de rotores, são responsáveis por ceder energia ao líquido, seguindo padrões que estão relacionados com o perfil hidráulico construtivo. 
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	Os impelidores em uma bomba de múltiplos estágios poderão estar dispostos nos arranjos das pás no tipo tandem ou back-to-back mostrads abaixo. 
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Eixo - O eixo é o elemento estrutural que sustenta o(s) impelidores. Ele é responsável pela transmissão de potência do acionador para o(s) impelidor(es). 
Mancais - Os mancais são os elementos que sustentam o eixo e o(s) impelidor(es), permitindo que a transmissão de torque se estabeleça em níveis mínimos de atrito. Podem ser de rolamentos ou de deslizamento. Suas velocidades devem ser estabelecidas dentro de critérios definidos nas normas técnicas (por exemplo, API 610 - American Petroleum Institute). A escolha e combinação é função basicamente da velocidade tangencial do eixo, das cargas (vida do rolamento) e da densidade de energia, dada pelo produto entre a potência e a rotação da bomba.
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Vedação - A vedação serve para manter vazamentos mínimos ou, em alguns casos, estanqueidade entre o líquido de processo e a atmosfera. A definição do tipo de vedação (gaxeta ou selo mecânico) e os materiais empregados dependem de uma análise da bomba, do líquido e da interação destes e do processo de bombeamento. 
Preme gaxeta - Também conhecida como “sobreposta”, a preme-gaxeta é responsável pelo ajuste das gaxetas (elemento de vedação mais usual nestes tipos de bombas) quando as mesmas começam a se desgastar. É através dela que se regula o aperto das gaxetas. Este ajuste pode ser feito com a bomba em funcionamento e não deverá ser em demasia a ponto de vedar completamente o vazamento do líquido. 
Anéis de desgaste - Os impelidores não podem tocar na carcaça, mas em contrapartida há um compromisso em manter uma folga controlada entre o “olho” do impelidor e a carcaça. 
	Os anéis de desgaste consistem de anéis bipartidos ou não, instalados no impelidor e/ou na carcaça, e que atuam como peças de sacrifício com o objetivo de reduzir a recirculação entre impelidores adjacentes contribuindo para a manutenção da eficiência da bomba, bem como evitando problemas na sucção. A partir do momento que essas folgas aumentam, eles deverão ser substituídos. 
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Bucha de garganta - A bucha de garganta, também denominada de “bucha de fundo”, fica localizada no fundo da caixa de selagem. Sua função é reduzir a pressão na caixa de selagem, vinda da parte traseira do impelidor. Esse componente atua restringindo o fluxo nesta região e, conseqüentemente, reduz a exposição da caixa aos efeitos abrasivos de líquidos contendo sólidos em suspensão. 
Anel de lanterna - O anel de lanterna consiste de um anel bipartido instalado na caixa de selagem com o objetivo de permitir a injeção de líquido para selagem e refrigeração da região de vedação, e evitar a entrada de ar para o interior da bomba para aquelas que operam pressão negativa na sucção. Ele evita o desgaste prematuro do eixo/luva na região de selagem quando o líquido bombeado contém sólidos em suspensão. 
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Difusor - Grande parte das bombas de simples estágio utiliza carcaça em voluta, principalmente devido a sua boa eficiência, baixo custo e simplicidade. 
	Os difusores são responsáveis em receber o líquido na periferia do impelidor e através de um canal divergente (seção crescente) formado por pás difusoras fixadas na carcaça e converter parte da energia cinética em energia de pressão. 
	Em bombas de múltiplos estágios, as pás difusoras exercem um papel secundário, porém não menos importante, de separar os estágios (impelidores) e reorientar o fluxo da descarga de um impelidor para o “olho” do estágio seguinte. 
Luvas - As luvas de eixo têm por função básica proteger o eixo de erosão, corrosão e desgaste. O mais comum é proteger o eixo na região da caixa de selagem. As luvas que possuem outras funções recebem nomes especiais, como por exemplo, “luvas espaçadoras” ou “luvas de estágio” que são usadas em bombas de múltiplos estágios com o objetivo de espaçá-los e mantê-los na posição corretas.