Aula 03 Bombas hidráulicas

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS
CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS
ENGENHARIA DE ENERGIAS RENOVÁVEIS
Prof.: Allan Cavalcante Belo
MÁQUINAS DE FLUXO
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE PERNAMBUCO
BOMBAS HIDRÁULICAS
Prof. Allan Belo
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Bombas hidráulicas:
As bombas hidráulicas são um dos exemplos mais comuns de máquinas de fluido. Estão inseridas em um imenso campo de aplicações e seu uso vai desde em instalações residenciais até a utilização em processos industriais.
Classificam-se como máquinas de fluido geradoras pois convertem energia mecânica (do eixo do rotor) em energia hidráulica (de pressão) para o fluido. Essa conversão de energia em energia de pressão é devido o contato do fluido com as partes internas da bomba.
Sua finalidade é realizar o deslocamento de um líquido por escoamento fornecendo a energia necessário ao fluido para vencer as perdas comuns nas instalações (atrito, e diferenças de elevação).
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Classificação das bombas hidráulicas:
O modo como o qual é feita a conversão do trabalho em energia hidráulica e o recurso para cedê-la ao líquido aumentando sua pressão e/ou velocidade permitem classificar as bombas em:
Máquinas de deslocamento positivo (volumétricas): São mais indicadas para grandes pressões e baixas vazões. O escoamento do fluido se dá normalmente de maneira intermitente.
Turbobombas (hidrodinâmicas): São mais indicadas para grandes vazões e baixas pressões. O escoamento do fluido no rotor se dá de maneira contínua.
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1 - Bombas de deslocamento positivo (volumétricas)
São aquelas em que a energia é fornecida ao líquido já sob a forma de pressão, não havendo a necessidade de transformação da Energia Cinética. 
Fornecem determinada quantidade de fluido a cada rotação ou ciclo. A movimentação do fluído é causada diretamente pela ação do elemento de impulsão da bomba (êmbolo, engrenagens, lóbulos, palhetas). 
O elemento de impulsão obriga o fluído a executar o mesmo movimento a que está sujeito este impulsor (êmbolo, engrenagens, lóbulos, palhetas). 
São utilizadas para pressões elevadas e descargas relativamente pequenas
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A característica principal desta classe de bombas é que uma partícula líquida em contato com o órgão que comunica a energia tem aproximadamente a mesma trajetória que a do ponto do órgão com o qual está em contato. Por exemplo,
Na bomba de pistão a partícula líquida “a” tem 
a mesma trajetória retilínea do ponto “b” do 
pistão, exceto nos trechos de concordância inicial
e final 0-c e c-1.
Na bomba de engrenagem a partícula líquida “a”
tem aproximadamente a mesma trajetória circular 
que a do ponto b do dente da engrenagem, exceto
nos trechos de concordância na entrada e na saída
do corpo da bomba.
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Princípio de funcionamento das bombas de deslocamento positivo.
1º - A movimentação do líquido é diretamente causada pela movimentação de um elemento mecânico da bomba.
2º - O líquido, sucessivamente, enche e depois é expulso de espaços com volumes determinados no interior da bomba 
Uma das características mais importantes destas bombas é o fato de manterem a vazão média praticamente constante independente das condições de trabalho e da viscosidade do fluido bombeado, mesmo mantendo a rotação constante.
Dá-se o nome de volumétrica porque o fluído, de forma sucessiva, ocupa e desocupa espaços delimitados no interior da bomba, com volumes conhecidos
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Princípio de funcionamento de bomba de deslocamento positivo.
A figura a seguir mostra o modo de operação de uma bomba de deslocamento positivo do tipo bomba de engrenagens.
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Exemplos de máquinas de deslocamento positivo
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Bomba de engrenagens
Consiste de duas rodas dentadas, trabalhando dentro de uma caixa com folgas muito pequenas. Com o movimento das engrenagens, o fluido aprisionado nos vazios entre os dentes e a carcaça, é empurrado pelos dentes e forçado a sair pelo lado oposto e assim sucessivamente. 
Destinam-se ao bombeamento de substâncias líquidas e viscosas, lubrificantes ou não, mas que não contenham particulados ou corpos sólidos granulados. 
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Bomba de palhetas
São compostas de um cilindro (rotor) cujo eixo de rotação é excêntrico ao eixo da carcaça. O rotor possui ranhuras radiais onde se alojam palhetas rígidas com movimento livre nestas ranhuras. Devido a sua rotação, a força centrífuga projeta as palhetas contra a carcaça formando câmaras entre elas de tal modo que o fluido fique aprisionado.
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Devido a excentricidade do cilindro em relação à carcaça, essas câmaras apresentam uma redução de volume no sentido de escoamento pois as palhetas são forçadas a se acomodarem sob o efeito de força centrífuga e limitadas, na sua projeção para fora do rotor, pelo contorno da carcaça.
O fato do aumento de pressão ser provocado por redução de volume justifica a sua classificação como bomba volumétrica.
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Bomba de pistão
O elemento que produz o movimento do líquido é um pistão que se desloca, com movimento alternativo, dentro de um cilindro. 
São utilizadas em serviços de dosagem de líquidos. A Figura 9. 28 mostra uma bomba deste tipo.
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No curso de aspiração, o movimento do pistão tende a produzir vácuo. A pressão do líquido no lado de aspiração faz com que a válvula de admissão se abra e o cilindro se encha; e enquanto isso ocorre, a válvula de recalque mantém-se fechada pela pressão pela própria diferença de pressões. 
No curso de recalque, o pistão força o líquido, empurrando-o para fora do cilindro, através da válvula de recalque. Mantém-se, neste curso, fechada a válvula de admissão devido à diferença de pressão. Assim, pode-se observar que o movimento do líquido é efetivamente causado pelo movimento do pistão, sendo da mesma grandeza e tipo do movimento deste. 
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Bomba de diafragma
Neste tipo de bomba o elemento que fornece a energia ao líquido é uma membrana acionada por uma haste com movimento alternativo (figura abaixo).
O movimento da membrana, em um sentido, diminui a pressão da câmara fazendo com que seja admitido um volume de líquido. Ao ser invertido o movimento da haste, esse volume é descarregado na linha de recalque. São utilizadas para serviços de dosagem de líquidos (exemplo: bomba de combustível do carro). 
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Bomba de parafusos
Constam de dois ou três parafusos helicoidais que têm movimento sincronizados através de engrenagens e equivalem teoricamente a uma bomba de pistão com curso infinito. 
O fluido é admitido pelas extremidades e, devido ao movimento de rotação e aos filetes dos parafusos, é empurrado para a parte central onde é descarregado. Os filetes dos parafusos não têm contato entre si. São utilizadas para transporte de produtos de viscosidade elevada 
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Elementos construtivos 
Os principais elementos construtivos das bombas volumétricas são: o eixo, elemento impulsionador (engrenagens, parafusos, rotor de palhetas, membrana, etc), a carcaça e os elementos de vedação (anéis, retentores, selos mecânicos)
Exemplo de uma bomba de engrenagens
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2 - Turbobombas (Bombas dinâmicas)
As turbobombas, também chamadas bombas dinâmicas são caracterizadas por possuírem um elemento rotatório dotado de pás, chamado rotor, que exerce sobre o líquido forças que resultam da aceleração que lhe imprime. 
Essa aceleração, ao contrário do que se verifica nas bombas de deslocamento positivo, não possui a mesma direção e o mesmo sentido do movimento do líquido em contato com as pás. 
O fluido não se encontra em momento algum confinado dentro da carcaça da máquina, mas simnum fluxo continuo através dela, estando sujeito a variações de energia devido aos efeitos dinâmicos da corrente fluida. 
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Princípio de funcionamento das turbobombas
O líquido é succionado pela ação de um impulsor que gira rapidamente dentro da carcaça. Este movimento produz uma zona de vácuo (no centro) e outra de alta pressão (na periferia).
A energia transferida é substancialmente cinética, através da variação da velocidade do fluido entre as pás, desde a entrada até a saída do rotor, a baixa pressão ou baixos diferenciais de pressão.
A energia de pressão (hidráulica) que o fluido adquire é devido ao choque do fluido com a paredes internas na carcaça da bomba.
 
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Classificação segundo a trajetória do líquido no rotor.
a) Bomba radial ou centrífuga: - O fluido 
entra no rotor na direção axial e sai na 
direção radial. - Caracteriza-se pelo 
recalque de pequenas vazões a 
grandes alturas.
b) Bomba axial - O fluido entra no rotor
na direção axial e sai também na direção
axial. - Caracteriza-se pelo recalque de 
grandes vazões a pequenas alturas.
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c) Bomba diagonal ou de fluxo misto
O fluido entra no rotor na direção axial e sai numa direção intermediária entre a axial e a radial. Caracteriza-se pelo recalque de médias vazões a médias alturas. 
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Bombas Centrífugas
Este tipo de bomba hidráulica é o mais usado no mundo, principalmente para o transporte de água. 
São usadas quando se deseja fornecer uma carga elevada ao fluido e as vazões são relativamente baixas. Ex: água suja e esgotos, indústria de papel, de celulose e petroquímica.
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Possuem pás cilíndricas (simples curvatura), com geratrizes paralelas ao eixo de rotação, sendo estas pás fixadas a um disco e uma coroa circular (rotor fechado) ou a um disco apenas (rotor aberto). 
O líquido penetra no rotor paralelamente ao eixo, sendo dirigido pelas pás para a periferia, segundo trajetórias contidas em planos normais ao eixo. As trajetórias são, portanto, curvas praticamente planas contidas em planos radiais.
A energia fornecida ao líquido é primordialmente do tipo cinética, sendo posteriormente convertida em grande parte em energia de pressão.A energia cinética pode ter origem puramente centrífuga ou de arrasto, ou mesmo uma combinação das duas, dependendo da forma do rotor.
Antes do funcionamento, é necessário que a carcaça da bomba e a tubulação de sucção, estejam totalmente preenchidas com o fluído a ser bombeado. 
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b) Bombas de fluxo Axial ou Propulsora
Tem o seu projeto baseado na teoria de susten-
tação das asas e da propulsão das hélices ou ainda 
segundo a teoria do vórtice forçado.
São destinadas a elevar grandes descargas a pequenas alturas.
Possuem o rotor com aspecto de hélice de propulsão
Podem ser aplicadas em:
circulação contínua de substâncias corrosivas/abrasivas e lixo de processos
Processos de cristalização e evaporação (salmoura, água do mar)
Tratamento de água
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Neste tipo de bomba toda a energia cinética é transmitida à massa líquida por forças puramente de arrasto. A trajetória das partículas líquidas começam paralelamente ao eixo ese transformam em hélicescilíndricas (figura abaixo) 
Possuem rotor tem o aspecto de uma hélice de propulsão e podeter de 2 a 8 pás. As pás podem ser fixas como mostra a figura 9.13 ou reguláveis
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Bomba axial 
usada em irrigação
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c) Bombas Diagonais ou de fluxo misto
Neste tipo de bomba o líquido penetra no rotor axialmente, atinge as pás cujo bordo de entrada é curvo e inclinado em relação ao eixo, segue uma trajetória que é uma curva reversa, pois as pás são de dupla curvatura, (ver figura 2) e atinge o bordo de saída que é paralelo ao eixo ou ligeiramente inclinado em relação a ele. 
Sai do rotor segundo um plano ligeiramente inclinado em relação ao plano perpendicular ao eixo. 
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Bomba hélico
Axial Sulzer
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Elementos Construtivos
Os elementos construtivos principais de uma máquina de fluxo são o rotor e o sistema diretor.
Rotor
O rotor é órgão principal, no qual ocorre o intercâmbio de energia mecânica e de fluido. É constituído por certo número de pás giratórias que dividem o espaço ocupado em canais, por onde circula o fluido de trabalho. O rotor de uma bomba hidráulica do tipo semi-axial é mostrado na Figura 2.3. 
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Tipos de rotores
As bombas de fluxo radial podem ter rotores do tipo aberto, semi-aberto e fechado.
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a) Rotor ABERTO:
- Usado para bombas de pequenas dimensões.
- Possui pequena resistência estrutural e baixo rendimento.
- Dificulta o entupimento, devendo ser usado para bombeamento de líquidos SUJOS.
-.
 
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 O rotor aberto tem pás livres na parte frontal e quase livres na parte posterior.
 No rotor semi-aberto, as pás são fixadas de um lado num mesmo disco, ficando o outro lado livre.
 Estes dois tipos de rotores destinam-se a bombear líquidos viscosos ou sujos (com partículas sólidas em suspensão), pois dificilmente são obstruídos.
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b) Rotor FECHADO:
- Usado para bombeamento de líquidos LIMPOS.
- Possui dois discos com as palhetas fixas em ambos.
- Evita a recirculação da água (retorno da água a boca de sucção).
- As perdas de água são menores (maior rendimento).
- É mais eficiente que os outros tipos, porém é recomendado para água limpa.
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Sistema diretor
O sistema diretor (difusor, coletor, voluta), , também chamado de estator, tem como finalidade coletar o fluido e dirigi-lo para uma determinada direção. 
No caso de uma bomba hidráulica, o sistema diretor, após o rotor, recupera a energia cinética do fluido na saída do rotor transformando-a em energia hidráulica ou de pressão.
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Feita geralmente em ferro fundido abriga o rotor em seu interior.
Em geral, tem seção transversal gradativamente crescente e dependente do tipo de turbo bomba pode ser: 
de tubo reto troncônico (nas bombas axiais); 
de caixa com forma de caracol ou voluta ou coletor (para bombas de fluxo radial).
As carcaças em forma de CARACOL são projetadas para que a vazão de escoamento em torno da periferia do rotor seja constante e para reduzir a velocidade da água ao entrar na canalização de recalque.
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Tipos de sistemas diretor (carcaças)
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Elementos Construtivos
Além dos principais elementos construtivos (rotor e sistema diretor), as bombas hidráulicas possuem importantes componentes como eixos, mancais, elementos de vedação, dentre outros. A figura a seguir apresenta os diversos tipos de elementos que compõem uma bomba centrífuga.
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Classificação quanto ao número de rotores
a) BOMBA DE SIMPLES ESTÁGIO OU MONO -ESTÁGIO:
- A bomba possui um único rotor dentro da carcaça.
- Normalmente altura manométrica (Hm) < 100 metros. 
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b) BOMBA DE MÚLTIPLO ESTÁGIO OU MULTICELULAR:
- A bomba possui DOIS ou MAIS rotores dentro da carcaça.
- É o resultado da associação de rotores em SÉRIE dentro da carcaça.
- Essa associação permite a elevação do líquido a alturas maiores do que 100 metros, sendo o rotor radial ou diagonal usado para tal associação.
- Muito usada para poços profundos de água ou de petróleo ou para alimentação de caldeiras com pressões superiores a 250 kgf/cm2 (2.500 m). 
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Classificação segundo o número entradas para aspiração
a) Bombas de Sucção Simples (entradaunilateral)
Neste tipo de bomba a entrada do líquido é unilateral, se faz de um lado e pela abertura circular na coroa do rotor ( ver Figura 9. 3).
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b) Bombas de Sucção Dupla
O rotor permite receber líquidos por dois sentidos opostos, paralelamente ao eixo de rotação (ver Figura). O rotor tem uma forma simétrica em relação a um plano normal ao eixo, e equivale hidraulicamente a dois rotores simples montados em paralelo e é capaz de elevar, teoricamente, uma descarga dupla, da que se obteria com o rotor simples. 
Desse modo, devido a simetria, o empuxo axial é equilibrado.Estas bombas são utilizadas para descargas médias
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Comparativo entre turbobombas e bombas volumétricas
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FIM !!
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