Bombas Aula 1

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Eletromecânica – IFF 
São João da Barra
Bombas Hidráulicas – Aula 1.
Professor: Jefferson P Soares
Contato: jeffersonpsoares@gmail.com
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Bombas Hidráulicas
Mecânica dos fluidos - ciência que estuda o comportamento dos líquidos, subdividida em duas áreas básicas: a hidrostática que estuda os líquidos em equilíbrio estático, ou seja, em repouso e a hidrodinâmica que estuda os líquidos em movimento. 
Fluido - é qualquer substância não sólida, capaz de escoar e assumir a forma do recipiente que o contém. Os fluidos podem ser divididos em líquidos e gases. 
Propriedade dos Líquidos:
Massa específica - É dada pela relação entre a massa de uma determinada substância e o volume ocupado pela mesma. (Kg/m3)
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Bombas Hidráulicas
Peso específico – é a relação entre o peso de uma determinada massa e o volume ocupada pela mesma. (Kgf/m3)
	
	Esta propriedade também pode ser obtida através do produto entre a massa especifica (ρ) de uma substância e a aceleração da gravidade (g). 
Densidade - é a razão entre a massa específica ou peso específico dessa substância e a massa específica ou peso específico de uma substância de referência em condições padrão. 
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Bombas Hidráulicas
Viscosidade - A viscosidade é a propriedade física de um líquido que exprime sua resistência ao cisalhamento interno isto é, a qualquer força que tenda a produzir o escoamento entre camadas do liquido. A viscosidade tem uma importante influência no fenômeno do escoamento, notadamente nas perdas de pressão dos líquidos. A magnitude do efeito depende principalmente da temperatura e da natureza do líquido.
	Onde: 
	t = tensão de cisalhamento (N/m2); 
	μ = coeficiente de proporcionalidade(N.s/m2); 
	 = gradiente de velocidade (m/s)/m
	A maioria dos líquidos utilizados em sistemas de bombeamento hidráulico obedecem esta lei, sendo portanto chamados de Newtonianos.
	
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Viscosidade absoluta ou dinâmica - exprime a medida das forças de atrito e é justamente o coeficiente de proporcionalidade entre a tensão de cisalhamento (τ) e o gradiente de velocidade (dv/dy) da Lei de Newton. 
	A viscosidade é representada pela letra μ. A unidade do sistema internacional para a viscosidade absoluta é o Pa.s, apesar disso, os fabricantes continuam adotando, usualmente, o P (Poise).
Viscosidade cinemática - é a relação entre a viscosidade absoluta e a sua massa específica. 
	A unidade de viscosidade cinemática do sistema internacional é o m2/s, entretanto, no estudo de bombas é usual a utilização do Stoke (1St = 1 cm2/s).
	A viscosidade cinemática de uma substância ν, dada em cSt, pode ser obtida através da sua viscosidade absoluta μ, em cP, e da sua densidade d, na temperatura em questão, de acordo com a relação: 
 
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Pressão - A pressão é definida como a razão entre a força exercida sobre uma superfície e a área dessa superfície. (Pa)
	Lei de Pascal - estabelece que a pressão aplicada sobre um líquido contido em um recipiente fechado age igualmente em todas as direções do líquido e perpendicularmente às paredes do recipiente. 
	
	Teorema de Stevin - A relação entre pressão do líquido e profundidade é determinada pelo Princípio Fundamental da Hidrostática (Lei de Stevin), segundo a qual, a pressão hidrostática em um ponto qualquer no interior de um líquido, é proporcional à massa específica (ρ) do líquido, à aceleração da gravidade local (g) e à altura (h) da coluna de líquido acima do ponto considerado. 
	
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	É importante perceber que essa equação refere-se apenas à coluna de líquido, mas não se pode esquecer que acima da superfície do líquido poderá estar agindo a pressão atmosférica ou outra pressão relativa qualquer. 
	
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	Uma vez que as pressões dependem somente de altura da coluna de líquido, pode-se concluir facilmente que as pressões em qualquer ponto no interior do líquido não dependem do formato ou do volume do reservatório, como pode ser observado no esquema a seguir: 
	Pressão atmosférica – É a pressão que o peso do ar exerce sobre a superfície terrestre.
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	A pressão atmosférica é muito importante para o funcionamento de uma bomba centrífuga, uma vez que ela está fortemente relacionada ao processo de admissão da água a partir de um nível de liquido abaixo do bocal de sucção da bomba.
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	Acontece exatamente a mesma coisa com a aspiração de uma bomba centrífuga. O movimento de rotação da bomba em funcionamento gera no bocal de sucção (P) uma zona de baixa pressão. A diminuição da pressão no bocal em relação à pressão atmosférica, obriga a água a subir pela tubulação de sucção. Para tal, em bombas convencionais, a linha de sucção (da válvula de retenção ate o bocal de sucção inclusive) deve estar totalmente preenchida com o liquido.
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	Pressão Manométrica (Pman) - A Pressão efetiva, manométrica ou relativa é simplesmente o valor da pressão causada pela altura da coluna de líquido, sendo uma indicação de quanto a pressão no ponto é maior do que a pressão atmosférica. 
	Pressão Absoluta (Pabs) - A pressão absoluta é a pressão total em um ponto qualquer no interior do líquido, sendo, portanto, igual à pressão da altura da coluna de líquido somada à pressão atmosférica local. 
	Pressão de Vapor (Pv) - A pressão de vapor de um líquido, a uma determinada temperatura, é aquela na qual coexistem as fases líquido-vapor. Nessa mesma temperatura, quando tivermos uma pressão maior que a pressão de vapor, haverá somente a fase liquida e quando tivermos uma pressão menor que a pressão de vapor, iniciar-se-á a vaporização. Este conceito será bastante importante quando o fenômeno da cavitação for abordado. 
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	É possível notar, no gráfico anterior, que à medida que a temperatura aumenta, indo de T0 para T5, a pressão de vapor aumenta. 
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Escoamento - é o modo como flui uma corrente de fluido.
	Regime Laminar - É aquele no qual os filetes líquidos são paralelos entre si e as velocidades em cada ponto de um filete são constantes em módulo e direção. 
	
	Regime Turbulento – É aquele no qual as partículas apresentam movimentos variáveis, com diferentes velocidades em módulo e direção de um ponto para outro no mesmo filete o que acarreta filetes não mais paralelos.
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Número de Reynolds – É um número adimensional onde se determina o o regime de fluxo durante o escoamento.
			
			Re = número de Reynolds; 
			V = velocidade média de escoamento do líquido; 
			D = diâmetro interno da tubulação; 
			μ = viscosidade cinemática do líquido. 
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Vazão (m3/s) - A vazão volumétrica (Q) de um líquido pode ser definida como o volume de líquido que escoa, por uma unidade de tempo.
	Ou pode ser determinada pelo produto da área da tubulação com a velocidade.
Velocidade (m/s) - Considere que uma seção reta de área A de um duto qualquer (por onde escoa um líquido). Pode-se considerar que a velocidade média do líquido corresponde à razão entre a vazão e a área da seção transversal atravessada pelo líquido. 
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Perda de cargas em tubulações - A perda de carga no escoamento em uma tubulação ocorre devido ao atrito entre as partículas fluidas com as paredes do tubo e mesmo devido ao atrito entre as próprias partículas desse líquido. Em outras palavras, é uma perda de energia ou de pressão entre dois pontos de uma tubulação. 
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As perdas de carga podem ser:
Perdas distribuídas - As perdas de carga distribuídas são aquelas que ocorrem em trechos retos de tubulações. As perdas de carga distribuídas no escoamento em tubulações podem ser determinadas através das medidas de pressão. Por outro lado, estas perdas podem ser calculadas
através de fórmulas experimentais ou empíricas, conhecendo-se as dimensões da tubulação, características do líquido, conexões etc. Para a determinação da perda de carga distribuída para um líquido incompressível devem ser consideradas as seguintes variáveis: 
Perda de carga distribuída;
Comprimento do trecho reto do tubo;
Diâmetro interno da tubulação;
Velocidade média de escoamento;
Coeficiente de atrito;
Aceleração da gravidade.
	O coeficiente de atrito f é um coeficiente adimensional, que é função do Número de Reynolds e da rugosidade relativa. A rugosidade relativa é definida como a relação entre a rugosidade do material e o diâmetro interno da tubulação. 
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Perdas localizadas - são perdas de pressão ocasionadas pelos acessórios e singularidades ao longo da tubulação, tais como curvas, válvulas, derivações, reduções, expansões etc. 
De um modo geral todas as perdas de carga podem ser determinadas por:
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O coeficiente de perda de carga K é obtido experimentalmente.
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	A soma das perdas de carga distribuídas em todos os trechos retos da tubulação e as perdas de carga localizadas em todas as curvas, válvulas, junções etc. são chamadas de perdas de carga Total. Esta última é de fundamental importância para a determinação da curva do sistema que retrata a quantidade de energia por unidade de peso requerida pelo sistema para cada vazão. 
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Bombas Hidráulicas
Máquinas hidráulicas – São dispositivos utilizados para converter energia mecânica em energia hidráulica.
Bombas hidráulicas - Uma bomba hidráulica possui um mecanismo de conversão de energia mecânica em energia hidráulica. Opera criando um vácuo parcial na linha de entrada e provocando a sucção de fluido para o seu interior. Por ação mecânica, pressiona e conduz esse fluido à linha de saída, forçando-o para o interior do sistema hidráulico. Dessa forma, a bomba hidráulica produz vazão do fluido para o interior do sistema. A resistência à vazão gera a pressão do sistema e quanto maior essa resistência, maior deverá ser a pressão exercida pela bomba. As bombas hidráulicas são divididas em:
Bombas hidrodinâmicas - São bombas de fluxo contínuo que não suportam pressão na saída. Quanto maior a resistência à vazão, mais há deslizamento interno do fluido, ou seja, maior o volume do fluido que retorna da câmara de saída para a câmara de entrada. Nesse tipo de bomba, pode-se fechar completamente a saída de fluido, que ela continua em funcionamento. São também chamadas de bombas de deslocamento não-positivo. 
	Os tipos mais comuns de bombas hidrodinâmicas são a centrífuga e a de hélice axial. 
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Bombas Hidráulicas
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Bombas Hidráulicas
	As bombas hidrodinâmicas (centrífugas e axiais) raramente são utilizadas em sistemas hidráulicos de potência, porque sua vazão se reduz rapidamente com a pressão. Essas bombas são mais usadas para a transferência de fluidos. 
Bombas hidrostáticas - Também chamadas de bombas de deslocamento positivo, fornecem uma quantidade de fluido constante a cada rotação ou ciclo. Normalmente, proporcionam fluxo pulsante. Nesse tipo de bomba, o deslizamento da vazão é desprezível. No entanto, o fechamento total da saída de fluido pode ser desastroso, porque proporciona o aumento da pressão, sem limite, até a ruptura de partes internas ou mesmo da carcaça da própria bomba. 
	Os tipos mais comuns de bombas de deslocamento positivo são as de pistão e as de engrenagem. Como são os tipos mais utilizados em sistemas hidráulicos de potência, por trabalhar em regimes de média e alta pressão, 
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Bombas Hidráulicas
Bombas de engrenagem:
Externa - Esse tipo de bomba é constituído por um sistema de duas engrenagens que giram dentro de uma caixa com folgas bem apertadas entre si e com a parede da caixa. As engrenagens giram em direções opostas e encaminham o óleo lateralmente, no espaço entre os dentes e a parede da caixa, empurrando-o para o sistema hidráulico. A eficiência da bomba é medida pela folga entre a engrenagem e a carcaça da bomba. 
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Bombas Hidráulicas
Interna - Consiste em um sistema de duas engrenagens, uma interna e outra externa. A engrenagem interna tem um dente a menos que a externa. Enquanto as engrenagens giram, de um lado forma-se uma câmara de volume crescente, enquanto do outro, uma de volume decrescente. Quando o fluido é impelido da entrada para a saída, uma vedação positiva é mantida pela característica construtiva das engrenagens em que a crista dos dentes da interna seguem os contornos da externa. 
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Bombas Hidráulicas
Bombas de Palheta:
Desbalanceada - Nesse tipo de bomba, um eixo de acionamento faz girar um rotor provido de ranhuras. Em cada ranhura há uma palheta retangular chata que se move radialmente. Quando o rotor gira, a força centrífuga aciona as palhetas para fora e elas tocam a parede interna do rotor com suas extremidades, criando uma vedação positiva entre o topo e a parede. Devido à excentricidade do rotor em relação à carcaça da bomba, as câmaras de entrada de óleo se ampliam e o movimento das palhetas conduz o óleo à saída da bomba. Nesse ponto, as câmaras diminuem de tamanho e empurram o óleo para o sistema hidráulico. 
Balanceada – A forma da cavidade interna da bomba onde gira o rotor é alterada de circular para elíptica e a bomba passa a ter duas câmaras de entrada e duas câmaras de saída opostas entre si, de forma que os esforços proporcionados por cada uma se anulam mutuamente. As bombas de palheta usadas em sistemas industriais são geralmente de projeto balanceado. 
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Bombas Hidráulicas
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Bombas Hidráulicas
De volume variável e pressão compensável - Em uma bomba do tipo palheta, uma forma de variar a vazão está na variação da excentricidade do eixo. Isso é possível se a câmara (anel) for dissociada da carcaça externa e um parafuso de ajuste da excentricidade for acrescentado, conforme ilustração a seguir. 
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Bombas Hidráulicas
Bombas de pistão: No mercado estão disponíveis 3 tipos de bombas de pistão – Axial, radial e em linha.
Axial - As bombas axiais são assim conhecidas porque os pistões estão dispostos no eixo ou paralelamente ao eixo de rotação da bomba. 
Radial - São assim conhecidas porque o movimento dos pistões acontece perpendicularmente ao eixo de rotação da bomba.