Exercicio de Bombas_Deslocamento_Positivo Paulo Balaca

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ISJEAN PIAGET Benguela		Prof. Eng.º Paulo Balaca; MSc.
MATERIAL DE APOIO A AULA TEÓRICA OU PRÁTICA DE BOMBAAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO DA CADEIRA DE MÁQUINAS ALTERNATIVAS
3º ANO DE ENGENHARIA ELETROMECÂNICA 2019
BOMBAS DE DESLOCAMENTO positivo
As Bombas são como máquinas operatrizes hidráulicas que conferem energia ao fluido com a finalidade de transportá-lo por escoamento de um ponto para outro obedecendo as condições do processo. As bombas transformam o trabalho mecânico que recebem para seu funcionamento em energia. Elas recebem a energia de uma fonte motora qualquer e cedem parte dessa energia ao fluido sob forma de energia de pressão, cinética ou ambas. Isto é, elas aumentam a pressão e velocidade do líquido. A energia cedida pode ser medida através da equação de Bernoulli. A relação entre a energia cedida pela bomba ao líquido e a energia que foi recebida da fonte motora, fornece o rendimento da bomba.
O princípio de operação de uma bomba de deslocamento é diferente das bombas centrífugas. Nas bombas de deslocamento o fluído é levado (deslocado) da sucção da bomba até a descarga em volumes característicos. A pressão na descarga da bomba ocorre não por uma transferência de quantidade de movimento angular, e sim por eventual restrição que a tubulação de descarga da bomba impõe ao transporte do fluido. 
 Uma outra particularidade das bombas de deslocamento então surge: a vazão descarregada flutua em torno de um valor médio, pois os volumes característicos são descarregados intermitentemente. Um exemplo é mostrado na figura 1, que traz a vazão instantânea de uma bomba de pistão de dupla ação (ambas as faces do pistão são atuantes).
Figura 1. Vazão instantânea de uma bomba de pistão de dupla ação.
Figura 2. Esquema construtivo de uma bomba de pistão de dupla ação.
A característica principal desta classe de bombas é que uma partícula líquida em contato com o elemento propulsor que transfere a energia tem aproximadamente a mesma trajetória que a do ponto do propulsor com o qual está em contato.
As bombas de deslocamento classificam-se de acordo com o movimento dos elementos de bombeamento, dividindo-se em bombas alternativas e rotativas, como mostra a tabela abaixo:
	
Deslocamento
Positivo
	
Bombas Alternativas
	Pistão
	
	
	Êmbolo
	
	
	Diafragma
	
	
Bombas rotativas
	Engrenagens
	
	
	Lóbulos
	
	
	Parafusos
	
	
	Palhetas
	
	
	Pistão
TABELA 1. Classificação das bombas de deslocamento positivo.
Determinar a vazão média teórica de uma bomba de deslocamento é simples. Seja w o volume característico de cada elemento de bombeamento, seja z o número de elementos de bombeamento (ou seja, o número de volumes característicos descarregados por volta do eixo da bomba) e seja n o número de rotações por minuto do eixo da bomba. A vazão teórica, isto é, a vazão descarregada pela bomba considerando que o fluido seja incompressível e que não haja retorno de fluido das regiões de alta pressão para as de baixa pressão através das folgas intrínsecas ao equipamento, será dada por
Para exemplificar, considere a figura 2. Quando o pistão atinge o limite de seu movimento alternativo, o fluido terá sido todo aspirado através da válvula de admissão e o volume característico será o produto da área do pistão pelo seu curso. O número de volumes característicos é o produto do número de pistões (no caso, 1) pelo número de faces ativas (no caso, 2). n é o número de rotações por minuto do eixo que produz o movimento alternativo do pistão.
Figura 3. Esquema construtivo de uma bomba de pistão de ação simples.
BOMBAS rotativas
 Nas bombas de deslocamento rotativas o fluido é deslocado pelo movimento rotativo simples, ou combinado com movimento oscilatório dos elementos de bombeamento. Sao geralmente constituídas de uma carcaça e de um rotor com os elementos de bombeamento. Existem inúmeros tipos de elementos de bombeamento. As BDR não necessitam de válvulas de admissão e descarga, o que as tornam viáveis de operar em alta rotação. A vazão teórica é obtida também pela mesma equação apresentada anteriormente. Como geralmente possuem maior número de elementos de bombeamento que as alternativas de mesmo porte, apresentam uma curva de vazão instantânea mais uniforme.
	 
Um único rotor
	Palhetas
	 
Mais de um rotor
	Engrenagem
	
	Pistão
	
	Lóbulos
	
	Elemento Flexível
	
	Pistões Oscilatórios
	
	Parafuso
	
	Parafuso
TABELA 2. Classificação das bombas rotativas.
Segue abaixo algumas características principais:
-A descarga e a pressão do fluido bombeado sofre pequenas variações quando a rotação é constante.
- Vazão do fluido: função do tamanho da bomba e velocidade de rotação, ligeiramente dependente da pressão de descarga; 
-Fornecem vazões quase constantes; 
-Eficientes para fluidos viscosos, graxas, melados e tintas; 
-Operam em faixas moderadas de pressão; 
-Capacidade pequena e média; 
- Utilizadas para medir "volumes líquidos"
Veja a seguir os tipos de bombas rotativas.
BOMBAS rotativas DE UM ÚNICO ROTOR
BOMBAS DE PALHETAS
Outro tipo de BDR muito utilizada em sistemas hidráulicos é a bomba de palhetas. O rotor é um cilindro perfurado radialmente para alojar as palhetas. O rotor gira excentricamente em relação à carcaça de forma a tangenciá-la em um ponto. Observe na figura abaixo que a admissão do fluido ocorre no momento em que o volume delimitado pelo rotor, a carcaça e duas palhetas consecutivas inicia seu crescimento, e que o fluido é descarregado ao se iniciar a redução deste volume. Uma vantagem deste tipo de bomba é que a folga entre a carcaça e a palheta será sempre mínima, desde que a força centrífuga desenvolvida pelo giro do rotor tenderá a mantê-las em estreito contato.
Figura 4. Bomba rotativa de palhetas.
Para calcular a vazão teórica descarregada pela bomba de palhetas, considere o volume característico identificado na figura anterior. Seja R o raio da carcaça, e a excentricidade entre rotor e carcaça, z o número de palhetas, b a largura das palhetas e  sua espessura. O volume característico w será então
e a vazão teórica,
BOMBA ROTATIVA DE PISTÃO
Na bomba de deslocamento rotativa de pistão o rotor também gira excentricamente em relação à carcaça, propiciando o movimento alternativo dos pistões montados radialmente em orifícios (cilindros) do rotor. O giro do rotor conecta, periodicamente, a base de cada cilindro com os canais de admissão e descarga, localizados no centro do rotor. O volume característico w é:
onde d é o diâmetro do pistão e e é a excentricidade entre carcaça e pistão. A vazão teórica para z pistões é
Figura 5. Bomba de pistões radiais.
BOMBAS DE parafuso
Possuem de um, dois ou três "parafusos" helicoidais que têm movimentos sincronizados através de engrenagens. Esse movimento se realiza em caixa de óleo ou graxa para lubrificação. Por este motivo, são silenciosas e sem pulsação. O fluido é admitido pelas extremidades e, devido ao movimento de rotação e aos filetes dos parafusos, que não têm contato entre si, é empurrado para a parte central onde é descarregado. Essas bombas são muito utilizadas para o transporte de produtos de viscosidade elevada. 
Figura 6. Bomba de parafuso.
BOMBAS rotativas DE mais de UM ROTOR
BOMBAS DE ENGRENAGENS
As bombas de engrenagens são de dois tipos: engrenagens externas e engrenagens internas. As de engrenagens externas são formadas por uma par de engrenagens idênticas que giram acopladas no interior de uma carcaça. O fluido bombeado ocupa o espaço vazio entre as engrenagens e a carcaça e é deslocado da região de sucção para a região de descarga. Entre os centros de rotação os dentes se acoplam não permitindo o retorno do fluido. Nas bombas de engrenagens internas uma engrenagem comum se acopla a uma engrenagem interna.O volume característico de uma bomba de engrenagens é o volume de um dente; o número de volumes característicos descarregados por volta do eixo é igual ao número de dentes das duas engrenagens. A vazão teórica é dada por
Figura 7. Bomba de engrenagens externas
Figura 8. Bomba de engrenagens externas.
Como é usual utilizar as dimensões da engrenagem para formular a vazão teórica, convém relembrar o sistema “módulo” para caracterizar uma engrenagem. Segundo este sistema, “, é o diâmetro da circunferência que passa pelos pontos laterais dos dentes da engrenagem onde somente existe rolamento puro. Passo é a distância, sobre a circunferência primitiva, entre dois dentes consecutivos (ver figura seguinte). A altura do dente é h e o módulo é m, que é a razão entre o passo e o número . A relação entre h e m é:
Figura 9. Sistema módulo de caracterização de engrenagem.
BOMBAS DE Lóbulos
Têm o princípio de funcionamento similar ao das bombas de engrenagens. Podem ter dois, três ou até quatro lóbulos, conforme o tipo. Por ter um rendimento maior, as bombas de três lóbulos são as mais comuns. São usadas no bombeamento de produtos químicos, líquidos lubrificantes ou não-lubrificantes de todas as viscosidades.
Figura 8. Bomba de Lóbulos.
BOMBAS alternativas
CURVAS CARACTERÍSTICAS DAS BOMBAS DE DESLOCAMENTO
A curva característica de uma bomba relaciona a vazão descarregada com a pressão. A vazão teórica de uma bomba de deslocamento, seja ela alternativa ou rotativa, é
não havendo dependência com a pressão. Conseqüentemente, a curva característica teórica de uma bomba de deslocamento, representada em um sistema de eixos cartesiano, é uma reta paralela ao eixo das ordenadas. A cada rotação da bomba corresponderá uma outra reta. Em outras palavras, uma bomba de deslocamento é capaz de, teoricamente, desenvolver qualquer pressão, independentemente da vazão ou da rotação.
Figura 10. Curva característica teórica de uma bomba de deslocamento
Entretanto, como em qualquer outro equipamento mecânico com movimentos relativos, existem folgas entre os elementos dinâmicos e estáticos que propiciam o escape de fluido da região de alta pressão para a região de baixa pressão. Isto é, em qualquer tipo de bomba uma certa quantidade de fluido escoa em sentido contrário ao fluxo principal, e sua vazão é denominada de fuga. Nas bombas de deslocamento as folgas são estreitas e podemos considerar que o escoamento através delas é laminar. Assim, a vazão de fuga é diretamente proporcional à diferença de pressão entre sucção e descarga e inversamente proporcional à viscosidade do fluido. Por outro lado, o escoamento através das folgas ocorre com acentuada degradação de energia. A energia de pressão disponível é dissipada como calor, e a vazão de fuga ocorre com aumento de temperatura, fazendo com que a viscosidade local seja inferior à viscosidade do fluido na corrente principal. Podemos estabelecer então que a vazão de fuga, representada pela letra q, seja dada por
onde p é a diferença de pressão entre sucção e descarga, m é a viscosidade do fluido bombeado, a potência m (menor que a unidade) leva em conta o efeito de aquecimento da corrente de fuga e a consequente redução da viscosidade e A é uma constante de proporcionalidade, função do projeto da bomba. A constante de proporcionalidade A, como foi verificado em inúmeros ensaios, não depende da rotação da bomba.
A vazão real de uma bomba de deslocamento será igual então à vazão teórica subtraída da vazão de fuga:
E assim, em um sistema de eixos cartesiano, a curva característica real de uma bomba de deslocamento é uma reta inclinada em relação ao eixo das ordenadas, cortando a curva teórica justamente sobre o eixo das abcissas, onde a diferença de pressão entre sucção e descarga é nula, assim como a vazão de fuga. 
Figura 11. Curva característica real de uma bomba de deslocamento
Figura 12. Alteração de curva característica real com mudança de viscosidade
Um problema usual na seleção de uma bomba de deslocamento é, conhecida a curva característica real para um certo par rotação e viscosidade do fluido, (n1; 1), qual é a nova curva para um outro par (n2, 2)? Sendo dada a curva real para o par (n1; 1), a curva teórica para a rotação n1 está automaticamente determinada. O passo seguinte é determinar a vazão teórica para a nova rotação n2:
O desvio da curva real para a curva teórica pode ser determinado com a equação da vazão de fuga:
Fica então determinada a curva real para o novo par de condições operacionais (n2, 2):
Figura 13. Alteração de curva característica real com mudança de rotação e viscosidade
Outras formas de curvas características aparecem nos catálogos dos fabricantes, além de tabelas que relacionam a pressão de descarga com a vazão. Para operação com um único fluido (m constante), a curva característica real pode ser dada em termos da vazão versus a rotação se a pressão é mantida constante. Da curva característica real chega-se à conclusão que:
Figura 14. Curva Q x n para p constante e fluido de trabalho especificado.
Da mesma forma que para as bombas centrífugas, a potência de uma bomba de deslocamento resulta do produto da diferença de pressão com a vazão, dividido pela eficiência total. Se a pressão é dada em N/m2 e a vazão em m3/s, a potência N será
onde  é a eficiência total da bomba. Os catálogos dos fabricantes devem trazer a potência do motor a ser utilizado para várias condições operacionais, seja na forma de tabelas ou de gráficos. A forma gráfica normalmente encontrada aparece na figura abaixo.
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Figura 15. Curva de potência de bomba de deslocamento
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	MÁQUINAS ALTERNATIVA 3ºANO DE ELMEC-2019
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