Bombas Hidro

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INTRODUÇÃO
A necessidade de fazer o transporte de fluídos é algo que sempre esteve no dia a dia do homem, começou na antiguidade quando os homens primitivos transportavam agua em conchas ou recipientes, com o passar do tempo sempre houve uma evolução para que o este trabalho ficasse de melhor acesso, reduzindo o trabalho manual e automatizando ele para uma melhor eficiência.
As máquinas de fluxo pioneiras foram conhecidas como roda de conchas e bombas parafusos para elevar o nível de agua de um lugar mais baixo para um mais alto, com o passar do tempo os romanos desenvolveram rodas com pás em torno para conseguirem aproveitar a energia dos cursos de aguas. Com o desenvolvimento de moinhos nos permitiu obter energia através do vento porem a baixa velocidade e massa do mesmo não permite uma grande quantidade de carga, ao contrário do que se consegue em uma hidrelétrica, então o desenvolvimento de rodas da água foi extremamente utilizado já que possui um alto poder de produção de energia. Na atualidade utilizamos diversas maquinas de fluxo exemplos são: ventiladores, ar-condicionado, Bombas, turbinas para gerar energia elétrica dentre diversas outras que são utilizadas para reduzir o esforço humano e maximizar suas produções. 
A interação dinâmica entre um fluido e um sólido normalmente ocorre através do escoamento e das forças detectadas na interface fluido − sólido. Por exemplo, nós realizamos um trabalho com nossos músculos quando mexemos uma colher numa xícara de chá. O movimento da colher através do chá causa uma diferença de pressão entre a parte da frente e a de trás da colher. Note que esta diferença de pressão produz uma força sobre a colher que é vencida por nossos músculos. Esta força atuando numa certa trajetória requer uma determinada quantidade de trabalho. Deste modo nós realizamos um trabalho sobre o fluido, ou seja, nós aumentamos a energia contida no chá.
O trabalho apresentará uma introdução a este conceito, aos tipos de bombas explicando seus conceitos fundamentais utilizando equações como o meio de estudo sobre maquinas de fluxo.
MÁQUINAS DE FLUXO CENTRÍFUGAS: PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO E USOS
Bomba centrifuga: É uma turbo máquina para bombear líquidos elevando, pressurizando e transferindo-os de um local para o outro. Esta turbo máquina possui um rotor que trabalha como uma turbina que tem a capacidade de ceder energia para o fluído que está sendo trabalhado à medida que o líquido escoa de maneira continua pelas palhetas em seu interior. A força de ação é produzida através das forças da inércia a qual damos o nome de bombas.
As bombas captam a potência de trabalho de motores a diesel, elétricos e motores que usam o vapor como forma de produzir trabalho, com isto eles giram o rotor e transformam a energia cinética em pressão.
A utilização é aplicada a diferentes lugares sendo eles dos mais industrializados até meios rurais, tais como: utilização em industrias, prédios, saneamento básico ou na prática da irrigação e produções rurais 
MÁQUINAS DE FLUXO MOTRIZES E OPERADORAS: PRINCÍPIOS FÍSICOS DE TRANSFERÊNCIA DE ENERGIA ATRAVÉS DA ANÁLISE DO ESCOAMENTO NO ROTOR
Com a evolução dos processos industriais e agrícolas, visando que agricultura é o setor que mais utiliza água, houve necessidade de modernizar a irrigação muitas vezes percorrendo grandes distâncias, instalações que fornecem água com rapidez e facilidade. Para isso é importante o uso de bombas hidráulicas e o seu bom funcionamento está ligado diretamente com a agilidade dos processos.
MÁQUINA DE FLUXO GERADORAS
Tem como função a transferência de energia mecânica em energia cinética, potencial e de pressão.
Bombas hidráulicas cedem energia para a água para elevar o fluído através da conversão de energia mecânica fornecida pelo motor elétrico para a energia hidráulica.
Os tipos mais conhecidos de bombas são: 
Bomba de deslocamento positivo: A transferência de energia é feita através de variações no volume como no caso de uma bomba alternativa de pistão, mas pode ser através de bombas de engrenagens. 
 
Turbo máquina: Neste tipo de equipamento não há variações no volume devido ao fato de que o fluído não está preso como antes, a absorção ou liberação de energia se dá devido ao constante movimento rotativo ou direcionado através de pás. 
Figura 4: Turbo máquina
MÁQUINAS DE FLUXO MOTRIZES
São o inverso das máquinas fluxo geradoras, estas tem a tarefa de transferir energias cinética, potencial em energia mecânica. Também conhecidas como turbinas geradoras de energia, seu rendimento se consiste em absorver energia através de um fluído.
Os tipos de turbinas hidráulicas mais conhecidas são:
Turbinas Pelton: sua melhor aplicação é para lugares onde tem baixas vazões e grandes desníveis de água, pois possuem cavidades acopladas a uma roda, assim com a força hidráulica que é direcionada nessas cavidades promovem a rotação da mesma, ocorrendo assim a transferência de energia. É o modelo mais simplificado quanto se trata de turbinas, sua eficiência também é baixa porem se for aplicada em locais adequados ela pode ser de extrema funcionalidade. 
Figura 5: Turbina tipo Pelton
Turbina Francis: Utilização para meio termos tanto para vazões quanto para desníveis, seu melhor rendimento se dá com alturas e vazões médias, seu funcionamento é dado através do princípio de uma centrifuga onde ocorre um enforcamento no canal, aumentando a velocidade do fluido gerando uma maior força na movimentação das pás. 
Figura 6: Turbina tipo Francis
Turbinas Kaplan: São utilizados em locais onde tem grandes vazões de água e baixo desnível de água, sua transferência de energia ocorre através de hélices semelhantes à de um navio, onde a água passa entre estas, a força da água faz com que estas girem. Solução mais econômica para qualquer necessidade.
Figura 7: Turbina tipo Kaplan
EQUAÇÕES FUNDAMENTAIS
PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA APLICADA AO ESCOAMENTO: 
Onde: 
I: energia específica do escoamento (J/kg)
p: pressão (Pa ou N/m2)
c: velocidade média do escoamento (m/s)
ρ: massa específica (kg/m3)
g: aceleração da gravidade (m/s2)
h: carga (m)
u: energia interna (J/kg)
E: energia mecânica específica (J/kg)
hu: entalpia (J/kg)
EQUAÇÃO DE EULER 
Figura 8: Equação de Euler
Para a equação de Euler devem-se considerar as seguintes hipóteses:
Número infinito de pás
Espessura infinitesimal
Fluido incompressível
Sem atrito (fluido ideal)
Isento de choque na entrada
Regime permanente
GRANDEZAS FÍSICAS
No projeto de máquinas de fluxo interessa-nos o conhecimento das seguintes grandezas:
α – ângulo formado pelo vetor velocidade absoluta V, com a do vetor velocidade circunferencial u;
β – ângulo formado pela direção do vetor velocidade relativa W, com o prolongamento em sentido oposto do vetor u. É chamado de ângulo de inclinação das pás;
Wr e Vr – componentes radiais ou também chamadas de meridianas da velocidade relativa e absoluta do fluido;
Wt e Vt– componentes tangenciais ou também denominadas de periféricas.
DEFINIÇÃO DA NECESSIDADE DE ENERGIA ENVOLVIDA NA SUA OPERAÇÃO, EM FUNÇÃO DE PARÂMETROS DE INSTALAÇÃO
Como geração de energia elétrica em grande escala é feita através de máquinas de fluxo e como a energia elétrica consumida no país é política, econômica, social e intensivamente muito significativa, é primordial que o engenheiro (ou outro profissional) que vai lidar com essas máquinas, tanto na fase de projeto como nas de avaliação, de seleção, etc., tenha em mente todos esses aspectos que o mundo frio do dimensionamento não abriga. Uma instalação hidráulica é um conjunto mais ou menos complexo de elementos como reservatórios, dutos e aparelhos, contendo pelo menos uma máquina hidráulica, organizados para desempenhar uma função determinada, com troca de energia (potência) útil com o meio exterior. A troca de energia é feita pela máquina hidráulica. A natureza e a disposição desses elementos que constituemuma instalação hidráulica podem variar muito, em função da instalação e da função a desempenhar. O uso destes requisitos e conhecimentos são de fundamental importância para o seu país então todos os profissionais devem cumprir de forma ética todos os requisitos.
CINEMÁTICA DO ESCOAMENTO NO ROTOR: A NOÇÃO DE CAMPO DE VELOCIDADES DO FLUIDO NO ROTOR, O TRIÂNGULO DE
VELOCIDADES.
A equação V = W + U define um triângulo de velocidades. É instrutiva a resolução gráfica dessa equação (desse triângulo). Seja um ponto qualquer à entrada da grade. Para facilidade de visualização, esse ponto coincide com o bordo de ataque da pá (está, pois, sobre a sua linha de esqueleto). Para esse ponto pode-se montar a figura no anexo 01.
Nesse triângulo, 0 e 1 são os ângulos que as direções das velocidades absoluta e relativa fazem com a direção meridional, respectivamente. 
Nesse triângulo, 2 e 3 são os ângulos que as direções das velocidades absoluta e relativa fazem com a direção meridional, respectivamente. Montagem sobreposta desses triângulos de velocidades torna mais fácil a obtenção dos dados para os cálculos de vazão e de potência. Deve-se observar que se traçam os triângulos de velocidades em relação à velocidade meridional e que, no caso das máquinas axiais, essa velocidade coincide com a velocidade axial; no caso das máquinas radiais, ela coincide com a velocidade radial. Os anexos 02 e 03 mostram os triângulos de velocidades para máquinas axiais movidas (compressores) e motoras (turbinas). A aproximação feita, 1 2 U U, é válida para as máquinas cujas razões de raios, Rb/Rt, sejam próximas de 1, nas quais o escoamento é, praticamente, axial. Nas máquinas em que essas razões de raios são pequenas, da ordem de 0,5, o escoamento deixa de ser predominantemente axial e ao se adotar 1 2 U U faz-se aproximação muito grosseira, uma vez que a componente radial não é desprezível.
Foram colocados, para melhor compreensão, juntamente com os triângulos de velocidades, 2 perfis de pás, orientados de acordo com as direções indicadas pelas velocidades absoluta (no bordo de fuga do estator) e relativas (W1 no bordo de ataque e W2 no bordo de fuga do rotor). No caso de máquina radiais movidas, 1 2 U U, de onde resultam os triângulos de velocidades, indicados na Figura 3-10.
Para máquinas motoras, geralmente se tem U1 U2 (entrada pela periferia do rotor) e o anexo 04 é um exemplo de triângulos para máquinas motoras (turbinas).
LEIS DA MECÂNICA DOS FLUIDOS AOS ROTORES: PRINCÍPIOS DE TRANSFERÊNCIA DE ENERGIA ENTRE O FLUIDO E O ROTOR
Segundo o regimento da lei mecânica dos fluidos levando em questão o fluído em relação ao rotor, máquinas de ação ou de impulso fazem a pressão no fluído que atravessa o rotor ser constante enquanto as maquinas de reação faz com que a pressão do fluído varie de acordo com a reação do equipamento, sendo assim a variação de pressão em porcentagem no rotor varia relativamente de acordo ao estágio de operação do mesmo.
EQUAÇÃO DA CONSERVAÇÃO DA ENERGIA OU PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA: DISSIPAÇÕES DE ENERGIA E SUAS
CAUSAS NO FUNCIONAMENTO DAS MÁQUINAS DE FLUXO E A DEFINIÇÃO DOS RENDIMENTOS QUE AS CARACTERIZAM
Pelo primeiro Princípio da Termodinâmica, sabe-se que a energia não pode ser criada ou destruída, mas apenas transformada. O que se costuma chamar de perdas são, na realidade, processos irreversíveis que ocorrem no funcionamento das máquinas, onde formas de energia mais nobre como a mecânica, por exemplo, degradam-se, transformando-se em formas de energia de qualidade inferior, como o calor e a energia interna.
Nas máquinas de fluxo, as perdas classificam-se em internas e externas. Como perdas internas englobam-se as perdas hidráulicas, as perdas por fugas ou volumétricas, as perdas por atrito de disco e no caso das máquinas de admissão parcial, as perdas por ventilação. As perdas externas são, essencialmente, as perdas mecânicas. 
Perdas Hidráulicas: São as mais relevantes nas máquinas de fluxo são produzidas com o atrito do fluído com as paredes dos canais e elementos que o compõem, mudanças de forma brusca na seção e nas direções dentro do canal, o choque nas pás entre outros. 
Perdas por Fugas: Perdas por fugas ou perdas volumétricas ocorrem através das folgas existentes entre a parte rotativa e a parte fixa da máquina, separando recintos com pressões diferentes.
Perdas por atrito de disco: O rotor é como um disco que gira dentro de uma carcaça. Idealmente o disco deveria girar no vazio, mas, na realidade, a carcaça encontra-se preenchida pelo fluído de trabalho e as faces externas deste disco por atrito, arrastam as partículas fluidas que se encontram aderidas a ele, provocando um movimento do fluido no espaço compreendido entre o rotor e as paredes da carcaça. Este movimento consome uma determinada potência, que, ocorrendo durante o tempo de funcionamento da máquina, caracteriza a denominada perda de energia por atrito de disco.
Perdas por ventilação: Este tipo de perda só tem lugar nas máquinas de fluxo de admissão parcial e são muito importantes nos estágios de ação das turbinas a vapor e das turbinas a gás. Elas se originam pelo contato das pás inativas do rotor com o fluído que se encontra no recinto onde ele gira.
Perdas Mecânicas: Ocorrem devido ao atrito de todas as peças no elemento, as perdas mecânicas são consequentes atrito nos mancais e nos dispositivos de vedação por contato (nos selos mecânicos), e do atrito do ar com superfícies rotativas, tais como volantes e acoplamentos. As perdas nos dispositivos de transmissão e nos dispositivos de acionamento de órgãos auxiliares, como reguladores de velocidades e bombas de óleo, também podem ser consideradas como perdas mecânicas. O aquecimento gerado devido a estas perdas geralmente não são conciliadas ao fluído de trabalho, pois assim são chamadas de perdas externas. 
RENDIMENTO EM MÁQUINAS DE FLUXO
De acordo com os vários tipos de perdas, anteriormente descritas, definem-se os diversos rendimentos das máquinas de fluxo, que se classificam em:
Rendimento Hidráulico:
Leva-se em consideração as perdas hidráulicas no sistema.
Rendimento Volumétrico:
Leva-se em consideração as perdas por fugas no sistema.
Rendimento de atrito de disco:
Leva-se em consideração as perdas por atrito de disco e ventilação no sistema.
Rendimento interno:
Leva-se em consideração a potência interna e a potência disponível no sistema.
Rendimento mecânico:
Definido nas máquinas de fluxo motoras, tem relação entre a potência obtida no eixo e a potência interna no sistema.
Rendimento Total:
Leva em consideração a relação entre a potência que o fluido recebe ao passar pela máquina (potência disponível) e a potência fornecida no seu eixo por um motor de acionamento.
EQUAÇÃO DA CONSERVAÇÃO DO MOMENTO DA QUANTIDADE DE MOVIMENTO NO ESCOAMENTO EM UM ROTOR DE UMA MÁQUINA DE FLUXO.
Nós mostramos nas seções anteriores como o trabalho pode ser transferido para o rotor de uma turbina ou transferido da pá de uma bomba. Todas as máquinas de fluxo dinâmicas apresentam uma hélice ou um rotor que apresentam movimento de rotação. Assim, é apropriado discutir o comportamento destas máquinas em função do torque e 	do momento de quantidade de movimento.
O trabalho pode ser expresso como produto escalar de uma força por uma distância ou pelo produto de um torque de um deslocamento angular. Assim , se o torque de eixo (o torque que o eixo aplica no rotor ) e a rotação do rotor apresentam os mesmos sentidos , a energia transferida do fluido se o sentido do torque no eixo sendo assim pode ser calculado com a equação da quantidade de movimento.
Considerando o movimento de uma partícula de um fluído no rotor da máquina de fluxo radial , admitindo que esta entra no rotor com velocidade radial , ela sofre a ação das pás durante sua passagem na entrada ,então a partícula sai com velocidades radiais e tangenciais ,nestas condição a partícula não apresenta momento de quantidade de movimento em relação ao eixo de saída dorotor não nula
ANÁLISE DE PERDAS E RENDIMENTOS DAS MÁQUINAS DE FLUXO
Perdas de energia:
A quantidade de energia elétrica que será fornecida para que um conjunto motor-bomba execute o recalque não é 100% aproveitada para a elevação do fluído, tendo em vista que não existem máquinas que realizam as tarefas sem consumo da energia disponível.
Rendimentos da bomba – Rendimento de uma bomba é a relação entre a potência fornecida pela bomba ao líquido (potência útil) e a cedida à bomba pelo eixo girante do motor (potência motriz). Uma bomba recebe energia mecânica através de um eixo e consume parcela desta energia no funcionamento de suas engrenagens, além do que parte da energia cedida pelo rotor ao líquido perde-se no interior da própria bomba em consequência das perdas hidráulicas diversas, da recirculação e dos vazamentos, de modo que só parte da energia recebida do motor é convertida em energia hidráulica útil.
CONCLUSÃO
Com o desenvolvimento deste trabalho ficou de forma clara que uma máquina de fluxo tem como característica a capacidade de transferir tanto, energia para o fluído quanto energia da mecânica para os fluídos, podendo transferir fluídos de um lugar ao outro e produzir diversas formas de energia.
Com as pesquisas na parte de perda de energia, podemos perceber alguns fatores que fazem o mesmo ocorrer, buscando melhorias para esta prática para aprimorarmos cada vez mais e diminuirmos as perdas obtendo um melhor rendimento por parte de todas as maquinas de fluxo, podendo cada vez mais produzir mais gastando menos. 
As máquinas de fluxo são essenciais para todas as pessoas no decorrer do dia a dia desde para o uso da energia elétrica quanto para nos refrescarmos com um ventilador, de forma notória o estudo nesta área está cada vez mais se desenvolvendo e melhorando todas as formas de produção de energia.
BIBLIOGRÁFIA
GOULART, C. E. Máquinas De Fluxo: Aula - Classificação das maquinas de fluxo.
SILVA, E. C. N. Máquinas de Fluxo, Escola Politécnica da USP Departamento de Engenharia Mecatrônica e Sistemas Mecânicos
HENN, E. A. L. Máquinas De Fluido, 2ed, UFSM, 2006.
BRAN, R.; DE SOUZA, Z. – Maquinas De Fluxo: Turbinas Bombas E Ventiladores, 2ed, Ao Livro Técnico, 1980.
http://ftp.demec.ufpr.br/disciplinas/TM120/APOSTILA_MH/capitulo2_teoriageral__MAQUINAS%20DE%20FLUXO.PDF