Bombas: Classificação e Funcionamento

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARANÁ - CAMPUS TOLEDO
Centro de Engenharias e Ciências Exatas
Curso de Engenharia Química
Bianca Riva
BOMBAS 
Trabalho apresentado referente a nota parcial da disciplina de Processos da Indústria Química representada pela Prof. Tatiana Rodrigues da Silva Baumgartner.
ANO LETIVO 2019
SUMÁRIO
1	bombas dinâmicas	3
1.1	Classificação segundo a trajetória do líquido no rotor	3
1.1.1	Bomba centrífuga pura ou radial	3
1.1.2	Bomba de fluxo misto ou bomba diagonal	4
1.1.3	Bomba axial ou propulsora	5
1.2	Classificação segundo o número de rotores empregados	6
1.2.1	Bombas de simples estágio	6
1.2.2	Bombas de múltiplos estágios	6
1.3	Classificação segundo o número entradas para aspiração	7
1.3.1	Bombas de aspiração simples ou entrada unilateral	7
1.3.2	Bomba de aspiração dupla ou entrada bilateral	7
2	bombas especiais	8
2.1	bombas de diafragma	8
2.2	bombas eletromagnéticas	9
2.3	bombas peristálticas	10
2.4	bombas a jato	11
3	referências bibliográficas	14
bombas dinâmicas
As turbobombas, chamadas também hidrodinâmicas ou rotodinâmicas ou simplesmente dinâmicas, são caracterizadas por possuírem um órgão rotatório dotado de pás, chamado rotor, que exerce sobre o líquido forças que resultam da aceleração que lhe imprime, transformando a energia mecânica que recebe de uma fonte externa de energia (motor elétrico, por exemplo), em energia cinética. Essa aceleração, não possui a mesma direção e o mesmo sentido do movimento do líquido em contato com as pás. 
Conforme as posições relativas do movimento geral do líquido, do eixo de rotação do rotor, do número de rotores empregados e de entradas para a aspiração, as turbobombas podem ser classificadas em:
Classificação segundo a trajetória do líquido no rotor
Bomba centrífuga pura ou radial
O líquido penetra no rotor paralelamente ao eixo, sendo dirigido pelas pás para a periferia, segundo trajetórias contidas em planos normais ao eixo. Antes do funcionamento, é necessário que a carcaça da bomba e a tubulação de sucção, estejam totalmente preenchidas com o fluído a ser bombeado. Ao iniciar-se o processo de rotação, o rotor cede energia cinética à massa do fluído, deslocando suas partículas para a extremidade periférica do rotor. Isto ocorre pela ação da força centrífuga.
Com isso, inicia-se a formação das duas zonas de pressão (baixa e alta) necessárias para desenvolver o processo: 
a. Com o deslocamento da massa inicial do fluído do centro do rotor para sua extremidade, irá formar um vazio (vácuo), sendo este, o ponto de menor pressão da bomba. Obviamente, novas e sucessivas massas do fluído provenientes da captação ocuparão este espaço, pela ação da pressão atmosférica ou outra força qualquer
b. Paralelamente, a massa do fluído que é arrastada para a periferia do rotor, agora comprimida entre as pás e as faces internas do mesmo, recebe uma crescente energia de pressão, derivada da energia potencial e da energia cinética, anteriormente fornecidas ao sistema. O crescente alargamento da área de escoamento (Teorema de Bernoulli), assim como as características construtivas do interior da carcaça da bomba ocasionam a alta pressão na descarga da bomba, elevando o fluído a altura desejada.
Este tipo de bomba hidráulica é o mais usado no mundo, no bombeamento de água limpa, água do mar, condensados, óleos, lixívias, para pressões de até 2 16 kgf/cm² e temperaturas de até 140 ºC.
 Pela sua simplicidade, se prestam à fabricação em série, sendo generalizada sua construção e estendida sua utilização à grande maioria das instalações comuns de água limpa, descargas de 5 a 500L/s e até mais, e para pequenas, médias e grandes alturas de elevação.
Figura 01- Bomba centrífuga com rotor radial
Bomba de fluxo misto ou bomba diagonal
O fluido entra no rotor na direção axial e sai numa direção intermediária entre a axial e a radial. Seu campo de emprego caracteriza-se pelo recalque de médias vazões a médias alturas.
 
Figura 02- Bomba centrífuga com rotor diagonal
Bomba axial ou propulsora
Nestas bombas, as trajetórias das partículas líquidas, pela configuração que assumem as pás do rotor e as pás guias, começam paralelamente ao eixo e se transformam em hélices cilíndricas. Não são propriamente bombas centrífugas, pois a força centrífuga decorrente da rotação das pás não é a responsável pelo aumento da energia da pressão.
As bombas axiais são empregadas para grandes descargas (até várias dezenas de metros cúbicos por segundo) e alturas de elevação de até mais de 40 m.
Figura 03- Bomba centrífuga com rotor axial
Classificação segundo o número de rotores empregados
Bombas de simples estágio
Nela existe apenas um rotor e, portanto, o fornecimento da energia ao líquido é feito em um único estágio (constituído por um único rotor e um difusor). Teoricamente seria possível se projetar uma bomba com um estágio para quaisquer condições propostas.
Determinadas pelas dimensões excessivas e correspondente custo elevado, além do baixo rendimento, fazem com que os fabricantes não utilizem bombas de um estágio para alturas de elevação grandes, sendo que esse limite pode variar de 50 a 100 m, conforme a bomba.
Figura 04- Bomba centrífuga de simples estágio
Bombas de múltiplos estágios
Quando a altura de elevação é grande, faz-se o líquido passar sucessivamente por dois ou mais rotores fixados ao mesmo eixo e colocados em uma caixa cuja forma permite esse escoamento. A passagem do líquido em cada rotor e difusor constitui um estágio na operação de bombeamento.
As bombas de múltiplos estágios são próprias para instalações de alta pressão, pois a altura total a que a bomba recalca o líquido é, não considerando as perdas, teoricamente igual à soma das alturas parciais que seriam alcançadas por meio de cada um dos rotores componentes. 
Existem bombas deste tipo para alimentação de caldeiras com pressões superiores a 2 250 kgf/cm², assim como são utilizadas para poços profundos de água ou na pressurização de poços de petróleo.
Figura 05- Bomba centrífuga de múltiplos estágios.
Classificação segundo o número entradas para aspiração
Bombas de aspiração simples ou entrada unilateral
Neste tipo, a entrada do líquido se faz de um lado e pela abertura circular na coroa do rotor, ou seja, o rotor possui uma única boca de sucção.
Figura 06-Rotor de simples sucção
Bomba de aspiração dupla ou entrada bilateral
Neste tipo de bomba o rotor é de tal forma que permite receber líquidos por dois sentidos opostos, paralelamente ao eixo de rotação (ver Figura 9. 4). 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. 
Figura 07- Rotor de dupla sucção 
bombas especiais	
bombas de diafragma
As bombas de diafragma funcionam como bombas de pistão, mas possuem um diafragma como parte alternativa. O movimento alternativo deste diafragma produz a ação de bombeamento. O diafragma pode ser acionando por líquido ou ar. Consequentemente, as bombas são chamadas de bombas de membrana operadas hidraulicamente ou operadas a ar.
A bomba de diafragma trabalha de acordo com a ação dos atuadores, em que o diafragma se agacha dentro e fora da câmara de líquido. Quando o diafragma se projeta para fora da câmara de líquido, o volume da câmara aumenta e a pressão dentro da câmara diminui, fazendo com que a válvula de entrada abra e o líquido é retirado de dentro da câmara. Quando o diafragma se projeta na câmara, o volume da câmara diminui e aumenta a pressão que abre a válvula de saída e o líquido é bombeado para fora da câmara. 
 
Figura 08- Funcionamento de uma bomba de diafragma.
A construção de bombas de diafragma é tal que não há contato direto entre a fonte de energia e o líquido a ser bombeado. Além disso, não há movimento de fricção entre os elementos da câmara de bombeamento.Assim, a bomba de diafragma não requer vedações, há menos possibilidade de vazamento e contaminação do líquido e não haverá calor gerado devido à fricção, tornando-as adequadas e confiáveis ​​para bombear líquidos corrosivos, abrasivos, viscosos, tóxicos e inflamáveis ​​de forma segura.
bombas eletromagnéticas	
As bombas eletromagnéticas utilizam o princípio de Faraday, onde a interação da corrente elétrica e campo magnético gera a força magneto-motriz que controla o escoamento do fluido. Sem partes móveis, totalmente selada e com alta confiabilidade, este tipo de equipamento pode controlar o escoamento de um metal líquido de alta condutividade elétrica num circuito fechado e facilitar a circulação natural do líquido, em caso de falhas ou acidentes, em um reator nuclear. 
 O princípio de funcionamento dessa bomba está baseado no deslocamento de um fluido eletricamente condutivo ao longo de um conduto pela criação de um campo magnético através do conduto e um fluxo de corrente perpendicular ao campo magnético, ou por uma série de pares de bobinas eletromagnéticas opostas espaçadas ao longo do conduto e energizadas de maneira que cada polo de cada bobina alterne em polaridade e seja sempre oposto através do conduto por um polo de polaridade oposta, de forma que as linhas de campo magnético através do conduto se desloquem ao longo do mesmo.
Figura 09- Esquema de uma bomba eletromagnética
As bombas eletromagnéticas são caracterizadas por permitirem um fluxo quase laminar durante a transferência sem turbulência do metal líquido, não apresentarem nenhum desgaste mecânico, suportarem até 800°C e serem adequadas para alumínio (Al), magnésio (Mg), chumbo (Pb), estanho (Sn) e zinco (Zn).
bombas peristálticas
As bombas peristálticas são equipamentos utilizados para a transferência de fluidos, e são compostas de três partes: o drive, a cabeça (ou também denominado de cabeçote) e a mangueira.
Essa bomba é um projeto inspirado na “peristalsis”, movimento natural do sistema digestivo, responsável pelo deslocamento do alimento dentro do intestino. É um princípio extremamente simples: um mangote posicionado no curso do rotor é alternadamente comprimido e aliviado por roletes nas extremidades pela rotação do mesmo, o que gera uma sucção negativa e consequente transferência de fluido dentro desse mangote.
Tal princípio de bombeamento confere grande força de sucção, vencendo resistências, eliminando risco de “slip” de produto. Assim, as bombas peristálticas apresentam funcionamento superior na transferência de fluidos viscosos, com alto teor de fibras e sólidos, e abrasivos, sendo largamente utilizada em diversos setores da indústria. Como a quantidade de fluido bombeado por rotação da bomba é constante, também funcionam como excelentes bombas dosadoras e tem uma classificação de pressão de até 16 bar (mangueira) e 2 bar (tubo).
Figura 10- Funcionamento da bomba peristáltica
Outro ponto importante é a ausência de contaminação, pois o projeto dessas bombas implica que apenas o material da mangueira ou mangote entra em contato com o fluido bombeado. Desse modo, difundiu-se o uso de bomba peristáltica de mangueira em aplicações de laboratório.
bombas a jato	
Uma bomba de jato ou ejetora é um dispositivo que utiliza uma corrente de um fluido para bombear outra aplicação, por efeito do Venturi. Uma bomba de jato atinge a sua ação por meio de um fluxo de fluído independente para criar um vácuo no mecanismo da bomba, que suga o fluído através da mangueira de descarga. 
Figura 11- Principais componentes de uma bomba a jato
O fluido motriz é injetado a uma pressão “Pi” em um bocal “i”, onde, devido ao estrangulamento da área de passagem, sofre um processo de aceleração com consequente queda de pressão.
Devido à queda de pressão que acontece no bocal, o fluido da sucção “s”, que estão a uma pressão “Ps”, são succionados e adentram, juntamente com o fluido motriz, em uma garganta. Nesta garganta, ocorre a transferência de quantidade de movimento do fluido motriz para os fluidos succionados, quando se misturam. A mistura adentra, então, em um difusor conjugado a saída da garganta, onde a energia cinética é transformada em energia de pressão. Após a recuperação de pressão a mistura deixa o difusor a uma pressão “Pd”.
Os modelos de bombas de jato exibem a característica vantajosa de serem capazes de converter uma energia elevada e fluxo de volume baixo em uma baixa energia e fluxo de volume elevado.
Eles são também capazes de bombear fluidos que contenham níveis elevados de material abrasivo, que destruiriam rapidamente os componentes móveis de uma bomba convencional. Quando usadas para bombear água de poços, as bombas ejetoras também têm a vantagem de localização de todas as partes móveis da bomba sobre a superfície com apenas a seção de Venturi subterrâneo.
O efeito de Venturi utilizado em bombas de jato ocorre quando o fluido é forçado através de uma restrição. Isto faz com que haja um aumento simultâneo na energia cinética e diminuição da pressão do fluxo de fluido. Esta diminuição de pressão é utilizada em uma bomba de jato para desenhar fluido para dentro e através da câmara de Venturi, completando assim o ciclo de bombeamento. Este método de fluidos que se deslocam tem a vantagem de transformar um fluxo de energia relativamente elevado a taxas de fluxo de grandes dimensões com energia baixa. Isto faz com que este equipamento seja ideal para aplicações que requerem uma elevada taxa de entrega.
referências bibliográficas
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