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1 CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICACELSO SUCKOW DA FONSECA - CEFET/RJ Victor de Souza e Silva BOMBAS CENTRÍFUGAS Angra dos Reis 2021 2 Victor de Souza e Silva BOMAS CENTRÍFUGAS Trabalho acadêmico apresentado ao Curso de Engenharia Mecânica, como requisito parcial para a aprovação na disciplina de Máquinas de fluxo. Orientador: Prof.: Nestor Proenza Peres. Angra dos Reis 2021 3 ÍNDICE RESUMO ................................................................................................................................... 4 INTRODUÇÃO.......................................................................................................................... 5 DESENVOLVIMENTO ............................................................................................................ 6 O que são as bombas centrífugas ........................................................................................... 6 Componentes .......................................................................................................................... 6 Impulsor ............................................................................................................................. 7 Voluta ................................................................................................................................. 8 Eixo .................................................................................................................................... 8 Vedação do eixo ................................................................................................................. 8 Rolamentos ......................................................................................................................... 9 Funcionamento ....................................................................................................................... 9 Classificação das bombas centrífugas ...................................................................................... 10 Quanto ao fluxo .................................................................................................................... 10 Quanto ao número de rotores ............................................................................................... 11 Vantagens e desvantagens ........................................................................................................ 11 Vantagens ............................................................................................................................. 11 Desvantagens ........................................................................................................................ 12 Aplicações ................................................................................................................................ 12 Falhas que podem ocorrer no uso de bombas centrífugas ........................................................ 12 Cavitação .............................................................................................................................. 12 Recirculação da bomba ........................................................................................................ 13 Impulso radial e axial ........................................................................................................... 13 CONCLUSÃO.......................................................................................................................... 15 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................... 16 4 RESUMO Será apresentado no trabalho a seguir: conceitos, aplicações no campo da engenharia, vantagens e desvantagens, componentes de bombas centrífugas, alguns tipos de falhas que este equipamento pode desenvolver durante seu tempo de trabalho e como podemos classificá-las. 5 INTRODUÇÃO Antes de falar de bombas, devemos falar sobre máquina de fluido. Por definição, as máquinas de fluido são aquelas que promovem a troca de energia entre um sistema mecânico e um fluido, transformando energia mecânica em energia de fluido ou energia de fluido em energia mecânica. Como podemos ver, as bombas estão na ramificação de máquinas de fluidos hidráulicas. A máquinas hidráulicas são aquelas que é aquela em que o fluido que intercambia (troca) sua energia não varia sensivelmente de densidade em seu percurso através da máquina. Considera-se a hipótese de ρ = constante. Com base nesses embasamentos teóricos, podemos iniciar a pesquisa desenvolvida a fim de conhecer mais sobre esse tipo de equipamento amplamente utilizado nos dias atuais. 6 DESENVOLVIMENTO O que são as bombas centrífugas São máquinas de fluxo que utilizam a energia cinética de rotação, para a energia hidrodinâmica do fluxo de fluido, ou seja, ela é usada normalmente para transferência de volumes de fluidos. O seu funcionamento é ligado a um motor que pode ser elétrico, de combustão ou a vapor. Componentes Abaixo temos duas figuras correspondentes aos componentes que são padrão para uma bomba centrífuga. 7 Impulsor É um rotor usado para aumentar a energia cinética do fluxo. Existem diferentes tipos de impulsores nas bombas centrífugas, sendo eles: • Impulsor aberto: Os impulsores abertos têm as palhetas livres dos dois lados. Os impulsores abertos são estruturalmente fracos. Eles são normalmente usados em bombas de baixo diâmetro e de baixo custo. Usados para líquidos sujos e muitos viscosos. • Impulsor semiaberto: As palhetas são livres de um lado e fechadas do outro. A cobertura acrescenta força mecânica. Eles também oferecem maior eficiência do que impulsores abertos. Eles podem ser usados em bombas de diâmetro médio e com líquidos contendo pequenas quantidades de sólidos em suspensão. Usados para líquido viscosos ou sujos. • Impulsor fechado: As palhetas estão localizadas entre os dois discos, todos em uma única peça fundida. Eles são usados em bombas grandes, com alta eficiência. São as bombas mais usadas 8 no manuseio de líquidos transparentes. O impulsor fechado é um projeto mais complicado e caro. Usados para água limpa e fluido com pequena viscosidade. Voluta É a contenção do líquido e de pressão que direciona o fluxo para dentro e para fora da bomba. Além disso, ela também serve para proteger o rotor da bomba. Eixo É um componente mecânico para a transmissão de torque do motor para o impulsor. Vedação do eixo Ajuda a evitar o vazamento do líquido bombeado. 9 Rolamentos Restringem o movimento relativo do eixo e reduzem o atrito entre o eixo rotativo e o estator. Existem pelo menos 5 tipos comuns de rolamentos, cada um dos quais opera com princípios diferentes: • Rolamento liso; • Rolamento do elemento rolante; • Rolamento de joias; • Rolamento de fluido; • Rolamento magnético. Funcionamento a) Quando o equipamento é acionado pelo motor da bomba, gera um torque no eixo motriz que está conectado ao rotor da bomba; b) Como o rotor (impulsor) possui palhetas que ao girar, devido ao torque fornecido vindo do motor, imprime uma rotação ao fluido que entrou, movimentando-o na direção radial. Assim, esse fluido ganha energia cinética e é impulsionado para a periferia da bomba, entrando na voluta ou difusor; c) Consequentemente faz a bomba transferir um volume de fluido através do bocal de sucção e logo após, ser levado para o bocal de saída, pois a pressão no centro (eixo motriz) é menor que a pressão atmosférica. 10 Classificação das bombas centrífugas Quanto ao fluxo É analisado através do ângulo que a direção do líquido ao sair do rotor forma com a direção doeixo. a) Fluxo radial: O fluido sai do rotor radialmente a direção do eixo. b) Fluxo misto: O fluido sai do rotor com direção inclinada com relação ao eixo. c) Fluxo axial: A água sai do rotor com a direção aproximadamente axial em relação ao eixo. 11 Quanto ao número de rotores • Um rotor: Simples estágio • Vários rotores: Múltiplos estágios, quando vários rotores operam em série, resultando em desenvolvimento de altas pressões. Vantagens e desvantagens Vantagens • Pode ser utilizada em regiões secas, facilitando o acesso e manutenção; • Abrange uma grande faixa de aplicação; • Pressão constante, se não houver alteração de vazão; • Baixo custo; 12 • Alto volume de transferência de fluido; • Durabilidade e resistência; • Pressão constante se não houver alteração de vazão; • Construção simples e ótimo rendimento, proporcionando redução nos custos. Desvantagens • Não servem para altas pressões; • Sujeitas a incorporação de ar, precisam ser escorvadas (inserir o fluido na tubulação antes de operar com o equipamento); • A eficiência máxima da bomba ocorre dentro de um curto intervalo de condições; • Não consegue bombear fluidos muito viscosos, limite de 40 centiPoise (cp). Aplicações Esse tipo de bomba é usado em todos os setores: agricultura, construção civil, indústria, serviços e estabelecimento comerciais. Também, é aproveitada nas diferentes necessidades domésticas. Podemos utilizá-la nas seguintes situações: • Abastecimento de condomínios (verticais e horizontais); • Distribuição interna de água em sítios, fazendas, chácaras, residências urbanas, etc; • Acoplar a sistemas de irrigação; • Ligar a sistemas de refrigeração industrial; • Se integra a sistema de combate a incêndio; • Pode ser utilizada na circulação de água em cascatas e fontes; • Em sistemas de saneamento, faz parte do tratamento da água; • Bombeamento de produtos químicos; Para cada situação de uso, deverá ser visto as variantes para que o equipamento atenda as necessidades específicas de aplicação. Falhas que podem ocorrer no uso de bombas centrífugas Cavitação O alto custo relacionado ao gasto de energia elétrica é um fator importante a ser destacado, por isso, é de suma importância a escolha correta das bombas para as atividades que elas vão desenvolver. Porém, existe um outro problema que pode ser bem mais grave que pode aparecer nas bombas centrífugas. Esse problema é chamado de cavitação. A cavitação é um problema que ocorre quando a pressão do lado do rotor é menor que a pressão de vapor da água, formando bolhas que danificam o rotor. Essa situação causa erosão do material, vibrações, ruídos e perda de eficiência. 13 O número de cavitação (Ca) ou o parâmetro de cavitação é um número sem dimensão usado nos cálculos de fluxo. É convencional caracterizar a proximidade da pressão no fluxo do líquido com a pressão do vapor (e, portanto, o potencial de cavitação) por meio do número da cavitação. O número da cavitação pode ser expresso como: Ca = número de cavitação P = pressão local (Pa) Pv = pressa de vapor do fluido (Pa) 𝜌 = densidade do fluido (Kg/m³) v = velocidade do fluido (m/s) Recirculação da bomba Uma bomba operando com capacidade inferior aos limites projetados pode sofrer recirculação que ocorre internamente nas bombas. Impulso radial e axial Um alto impulso radial que resulta em deflexões excessivas do eixo pode levar a problemas persistentes de vedação ou vedação mecânica e, possivelmente, falha do eixo. O impulso axial é imposto ao longo do eixo. Um impulso axial alto pode impor uma carga excessiva no rolamento. 14 Além das possíveis falhas citadas a cima, também podemos ter algumas falhas mecânicas, por exemplo: • Ruptura do eixo; • Falha no rolamento; • Falha no selo; • Vibrações; • Fadiga. 15 CONCLUSÃO Podemos concluir do conteúdo apresentado anteriormente que as bombas centrífugas são equipamentos mecânicos de grande importância nos dias atuais. São fáceis de serem construídas, fácil manutenção, baixo custo e muito viável para as mais diversas aplicações que temos no nosso cotidiano. Deve-se ter alguns cuidados com essa máquina para aumentar a vida útil dela, manter um bom rendimento e segurança no campo de aplicação. 16 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CONNOR, Nick. O que é bomba centrífuga – definição. Thermal Engineering, 1 fev. 2020. Disponível em: https://www.thermal-engineering.org/pt-br/o-que-e-bomba-centrifuga-definicao/. Acesso em: 17 fev. 2021. COMO FUNCIONA una bomba centrífuga. Youtube: Aprenda Ingeniería, 2013. Disponível em: https://www.youtube.com/watch?v=SpKuTfw560U&ab_channel=AprendaIngenier%C3%ADa. Acesso em: 17 fev. 2021. PRINCIPAIS aplicações da bomba centrífuga. In: MÉRITO COMERCIAL. Bomba centrífuga: Descubra tudo sobre esse produto. [S. l.], 21 fev. 2019. Disponível em: https://blog.meritocomercial.com.br/bomba-centrifuga/. Acesso em: 17 fev. 2021. 17
