Equipamentos Industriais e de Processos

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UNIVERSIDADE SALGADO DE OLIVEIRA
ENGENHARIA DE PRODUC¸A˜O
CURSO DE OPERAC¸O˜ES UNITA´RIAS
Paulo Roberto de Medeiros
7 de agosto de 2018
Cap´ıtulo 1
EQUIPAMENTOS INDUSTRIAIS E DE
PROCESSOS
Neste cap´ıtulo estudaremos o conceito, classificac¸a˜o e descric¸a˜o das bombas, compressores, vasos de pressa˜o,
trocadores de calor, caldeiras de vapor e turbinas a vapor.
1.1 BOMBAS
1.1.1 Conceito
As bombas sa˜o ma´quinas geratrizes, isto e´, sa˜o ma´quinas que recebem energia potencial ( geralmente forc¸a
motriz de um motor ou de uma turbina ) e transformam parte dessa poteˆncia em energia cine´tica ( movi-
mento ) e energia de pressa˜o (forc¸a), cedendo estas energias ao fluido bombeado, de forma a recircula´-lo ou
transporta´-lo de um ponto a outro.
Portanto, seu uso ocorre sempre que ha´ necessidade de aumentar-se a pressa˜o de trabalho de uma
substaˆncia l´ıquida contida em um sistema, a velocidade de escoamento, ou ambas.
1.1.2 Classificac¸a˜o
O modo pelo qual e´ feita essa transformac¸a˜o de energia e o recurso para cedeˆ-la ao l´ıquido aumentando sua
pressa˜o e/ou sua velocidade permitem classificar as bombas em:
• bombas de deslocamento positivo ou volumo´genas
• bombas centr´ıfugas ou turbo-bombas
• bombas especiais (bombas com ejetor, pulsoˆmetro, bomba de emulsa˜o de ar)
1.1.2.1 Bombas de Deslocamento Positivo
Sa˜o aquelas em que a movimentac¸a˜o do fluido e´ causada diretamente pela ac¸a˜o de um o´rga˜o de impulsa˜o
da bomba ( dispositivo mecaˆnico ) que obriga o l´ıquido a executar o mesmo movimento a que esta´ sujeito este
impulsor ( eˆmbolo, engrenagens, palhetas, etc. ), em quantidades intermitentes, de acordo com a capacidade
de armazenamento, promovendo enchimentos e esvaziamentos sucessivos.
Uma caracter´ıstica importante dessa classe de bombas e´ que as part´ıculas l´ıquidas em contato com o
o´rga˜o impulsor teˆm aproximadamente a mesma trajeto´ria do ponto do o´rga˜o com o qual esta˜o em contato.
As bombas de deslocamento positivo podem ser:
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a) Alternativas:
• O l´ıquido recebe a ac¸a˜o das forc¸as diretamente de um pista˜o ou eˆmbolo (pista˜o alongado) ou de uma
membrana flex´ıvel (diafragma).
• Podem ser de simples ou de duplo efeito, de acordo com a atuac¸a˜o das faces do eˆmbolo sobre o l´ıquido.
• De acordo com o nu´mero de pisto˜es ou eˆmbolos, podem ainda serem classificadas como simplex, duplex,
triplex e multiplex.
b) Rotativas:
• O l´ıquido recebe a ac¸a˜o de forc¸as provenientes de uma ou mais pec¸as dotadas de movimento de rotac¸a˜o
que, sob pressa˜o, provocam o escoamento.
• A ac¸a˜o das forc¸as se faz na mesma direc¸a˜o do movimento do escoamento do fluido.
• A descarga e a pressa˜o do l´ıquido sofrem pequenas variac¸o˜es quando a rotac¸a˜o e´ constante.
• Podem ser formadas por um ou mais rotores.
• entre as variedades de bombas, podem ser citadas: bomba de engrenagens, bomba de rolos, bomba
helicoidal, bomba de palhetas, bomba de exceˆntricos, bomba de pista˜o girato´rio, bomba de parafuso,
etc.
Observac¸a˜o: As bombas alternativas e rotativas sa˜o usadas para presso˜es elevadas e descargas relativa-
mente pequenas.
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1.1.2.2 Bombas Centr´ıfugas ou Turbo-bombas
Sa˜o aquelas caracterizadas por possu´ırem um o´rga˜o rotato´rio dotado de pa´s, chamado rotor, que exerce
sobre o l´ıquido forc¸as que resultam da acelerac¸a˜o que o rotor imprime ao l´ıquido. Esta acelerac¸a˜o, ao contra´rio
das bombas de deslocamento positivo, na˜o possui a mesma direc¸a˜o e o mesmo sentido do movimento do
l´ıquido em contato com as pa´s. O fluxo do l´ıquido e´ feito do centro para a periferia, pela ac¸a˜o de uma forc¸a
centr´ıfuga. A descarga depende das caracter´ısticas da bomba, do nu´mero de rotac¸o˜es e das caracter´ısticas
do sistema de encanamentos ao qual estiver ligada.
• O rotor tem a finalidade de imprimir acelerac¸a˜o ao l´ıquido para que este adquira energia cine´tica. Em
geral, e´ formado por um disco ou uma pec¸a de formato coˆnico dotada de pa´s. Pode ser aberto ou
fechado ( dotado de coroa circular).
• O difusor e´ responsa´vel pela transformac¸a˜o da energia cine´tica em energia de pressa˜o, atrave´s de
uma cont´ınua e progressiva diminuic¸a˜o da velocidade do l´ıquido que por ele escoa, com o simultaˆneo
aumento de pressa˜o. Pode ser de tubo reto ou em forma de caracol.
De acordo com a trajeto´ria do l´ıquido, as bombas centr´ıfugas podem ser:
a) Radiais ou puras:
• O l´ıquido penetra no rotor paralelamente ao eixo, sendo dirigido pelas pa´s para a periferia, segundo
trajeto´rias contidas em planos normais ao eixo.
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• Possuem pa´s cil´ındricas fixadas a um disco e a uma coroa circular (rotor fechado) ou apenas a um
disco (rotor aberto).
• Por sua simplicidade, podem ser fabricadas em se´rie.
• Indicadas para utilizac¸a˜o em instalac¸o˜es comuns de a´gua limpa, a´gua suja e esgotos, com descarga de
5 a 500 l/s e para pequenas, me´dias e grandes alturas de elevac¸a˜o.
Observac¸a˜o: Para aplicac¸o˜es em grandes descargas e pequenas alturas, possuem baixo rendimento. De-
vido ao custo, na˜o e´ conveniente emprega´-las.
b) Diagonais ou de fluxo misto:
• Podem ser he´lico-centr´ıfugas, em que o l´ıquido penetra no rotor axialmente, atinge as pa´s de bordo
curvo e inclinado em relac¸a˜o ao eixo e segue uma trajeto´ria em curva reversa, devido a dupla curvatura
das pa´s.
• Podem ser helicoidais ou semi-axiais, com bordo das pa´s bastante inclinado em relac¸a˜o ao eixo, e
trajeto´ria de sa´ıda em forma de he´lice coˆnico e reverso.
• Ideais para grandes descargas e pequenas ou me´dias alturas de elevac¸a˜o.
• Sa˜o de complexa fabricac¸a˜o devido a` curvatura das pa´s ( problemas de fundic¸a˜o ).
c) Axiais ou propulsoras:
• A trajeto´ria do l´ıquido comec¸a paralelamente ao eixo e se transforma em he´lice cil´ındrica.
• Utilizadas para grandes descargas e grandes alturas de elevac¸a˜o.
• O eixo, em geral, e´ vertical.
• Podem possuir pa´s inclina´veis com passo variado, comandado por servo-mecanismo.
Segundo o nu´mero de rotores empregados, as bombas podem ser:
a) Simples esta´gio:
• Possuem apenas um rotor
• O fornecimento da energia ao l´ıquido e´ feito num u´nico esta´gio ( rotor e difusor).
• Na˜o sa˜o aconselha´veis para grandes alturas, devido as dimenso˜es excessivas, custo elevado e baixo
rendimento.
b) Mu´ltiplos esta´gios:
• O l´ıquido passa por dois ou mais rotores fixados ao mesmo eixo.
• A passagem do l´ıquido em cada rotor constitui um esta´gio.
• Sa˜o adequadas para instalac¸o˜es de alta pressa˜o.
• Usadas em caldeiras, em poc¸os profundos de a´gua e na pressurizac¸a˜o de poc¸os de petro´leo.
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Observac¸a˜o: De acordo com o nu´mero de entradas, as bombas ainda podem ser classificadas como
unilateral ou bilateral ( um rotor equivale a dois).
Exerc´ıcio 1.1 Pesquisar pelo menos treˆs fabricantes de bombas de deslocamento positivo, analisar as ca-
racter´ısticas de cada uma e comentar sobre a sua aplicabilidade.
Exerc´ıcio 1.2 Pesquisar pelo menos treˆs fabricantes de bombas centr´ıfugas, analisar as caracter´ısticas de
cada uma e comentar sobre a sua aplicabilidade.
Exerc´ıcio 1.3 Descrever o funcionamento de uma bomba centr´ıfuga simples.
Exerc´ıcio 1.4 Definir:
a) rotor
b) eˆmbolo
c) diafragma
d) difusor
e) pressa˜o
f) altura de elevac¸a˜o
Exerc´ıcio 1.5 Na passagem de um fluido pelo rotor e pelo difusor de uma bomba centr´ıfuga, ocorrem trans-
formac¸o˜es significativas nas energias potencial, cine´tica e de pressa˜o, que sa˜o operadas de acordo com a
Equac¸a˜o de Bernoulli. Explique detalhadamente o Teorema de Bernoulli e o que acontece com cada uma
das energias citadas no interior da bomba.
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