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1.1 GENERALIDADES SOBRE BOMBAS BOMBAS Nesta unidade, você vai Aprender as generalidades sobre bombas. Identificar as bombas alternativas e seus componentes. Aprender o princípio de funcionamento das bombas alternativas. Identificar as bombas centrífugas e seus componentes. Conhecer o princípio de funcionamento das bombas centrífugas. Identificar as bombas de engrenagens e seus componentes. Aprender o princípio de funcionamento das bombas de engrenagens. Identificar as bombas de palhetas e seus componentes. Aprender o princípio de funcionamento das bombas de palhetas. Ver as recomendações da convenção SOLAS sobre bombas. Para deslocar um fluido ou mantê-lo em escoamento é necessário adicionarmos energia; o equipamento capaz de fornecer essa energia ao escoamento do fluido denominamos de bomba. Assim podemos dizer que: BOMBAS são máquinas hidráulicas operatrizes, isto é, máquinas que recebem energia potencial (força motriz de um motor ou turbina), e transformam parte desta potência em energia cinética (movimento) e energia de pressão (força), cedendo estas duas energias ao fluido bombeado, de forma a recirculá-lo ou transportá-lo de um ponto a outro. Portanto, o uso de bombas hidráulicas ocorre sempre que há a necessidade de aumentar-se a pressão de trabalho de uma substância líquida contida em um sistema, a velocidade de escoamento, ou ambas. As bombas são avaliadas em função de quatro características: Capacidade: quantidade de fluido descarregado por unidade de tempo, vazão- Q; Pressão: frequentemente expressa em altura (H = P/ g ); Potência: energia consumida por unidade de tempo, ; Eficiência: = energia suprida ao fluido / energia absorvida pela bomba. As bombas são utilizadas nos circuitos hidráulicos, para converter energia mecânica em energia hidráulica. A ação mecânica cria um vácuo parcial na entrada da bomba, o que permite que a pressão atmosférica force o fluido do tanque, através da linha de sucção, a penetrar na bomba. A bomba passará o fluido para a abertura de descarga, forçando-o através do sistema hidráulico. Termos hidráulicos mais usados em bombeamento 1. ALTURA DE SUCÇÃO (AS) - Desnível geométrico (altura em metros), entre o nível dinâmico da captação e o bocal de sucção da bomba. OBS.: Em bombas centrífugas normais, instaladas ao nível do mar e com fluído bombeado à temperatura ambiente, esta altura não pode exceder 8 metros de coluna d’agua (8 mca). 2. ALTURA DE RECALQUE (AR) - Desnível geométrico (altura em metros), entre o bocal de sucção da bomba e o ponto de maior elevação do fluído até o destino final da instalação (reservatório etc.). 3. ALTURA MANOMÉTRICA TOTAL (AMT) - Altura total exigida pelo sistema, a qual a bomba deverá ceder energia suficiente ao fluído para vencê-la. Leva-se em consideração os desníveis geométricos de sucção e recalque e as perdas de carga por atrito em conexões e tubulações. AMT = Altura Sucção + Altura Recalque + Perdas de Carga Totais (Tubulações/Conexões e Acessórios) Unidades mais comuns: mca, Kgf/cm² , Lbs/Pol² Onde: 1 Kgf/cm² = 10 mca = 14,22 Lbs/Pol² 4. PERDA DE CARGA NAS TUBULAÇÕES - Atrito exercido na parede interna do tubo quando da passagem do fluido pelo seu interior. É mensurada obtendo-se, através de coeficientes, um valor percentual sobre o comprimento total da tubulação, em função do diâmetro interno da tubulação e da vazão desejada. 5. PERDA DE CARGA LOCALIZADA NAS CONEXÕES - Atrito exercido na parede interna das conexões, registros, válvulas, dentre outros, quando da passagem do fluido. É mensurada obtendo-se, através de coeficientes, um comprimento equivalente em metros de tubulação, definido em função do diâmetro nominal e do material da conexão. 6. COMPRIMENTO DA TUBULAÇÃO DE SUCÇÃO - Extensão linear em metros de tubo utilizados na instalação, desde o injector ou válvula de pé até o bocal de entrada da bomba. 7. COMPRIMENTO DA TUBULAÇÃO DE RECALQUE - Extensão linear em metros de tubo utilizados na instalação, desde a saída da bomba até o ponto final da instalação. 8. GOLPE DE ARÍETE – Impacto sobre todo o sistema hidráulico causado pelo retorno da água existente na tubulação de recalque, quando da parada da bomba. Este impacto, quando não amortecido por válvula(s) de retenção, danifica tubos, conexões e os componentes da bomba. 9. NÍVEL ESTÁTICO - Distância vertical em metros, entre a borda do reservatório de sucção e o nível (lâmina) da água, antes do início do bombeamento. 10. NIVEL DINÂMICO - Distância vertical em metros, entre a borda do reservatório de sucção e o nível (lâmina) mínimo da água, durante o bombeamento da vazão desejada. 11. SUBMERGÊNCIA - Distância vertical em metros, entre o nível dinâmico e o injector (Bombas Injectoras), a válvula de pé (Bombas Centrifugas Normais), ou filtro da sucção (Bombas Submersas). 12. ESCORVA DA BOMBA - Eliminação do ar existente no interior da bomba e da tubulação de sucção. Esta operação consiste em preencher com o fluido a ser bombeado todo o interior da bomba e da tubulação de sucção, antes do accionamento da mesma. Nas bombas auto aspirantes basta eliminar o ar do interior da mesma. Até 8 mca de sucção a bomba eliminará o ar da tubulação automaticamente. 13. AUTOASPIRANTE - O mesmo que Autoescorvante, isto é, bomba centrífuga que elimina o ar da tubulação de sucção, não sendo necessário o uso de válvula de pé na sucção da mesma, desde que a altura de sucção não exceda 8 mca. 14. CAVITAÇÃO - Fenómeno físico que ocorre em bombas centrífugas no momento em que o fluido succionado pela mesma tem sua pressão reduzida, atingindo valores iguais ou inferiores a sua pressão de vapor (líquido ↔ vapor). Com isso, formam-se bolhas que são conduzidas pelo deslocamento do fluido até o rotor onde implodem ao atingirem novamente pressões elevadas (vapor ↔ líquido). Este fenómeno ocorre no interior da bomba quando o NPSHd (sistema) é menor que o NPSHr (bomba). A cavitação causa ruídos, danos e queda no desempenho hidráulico das bombas. 15. NPSH - Sigla da expressão inglesa -Net Positive Suction Head a qual divide- se em: • NPSH disponível - Pressão absoluta por unidade de peso existente na sucção da bomba (entrada do rotor), a qual deve ser superior à pressão de vapor do fluido bombeado, e cujo valor depende das características do sistema e do fluido; • NPSH requerido - Pressão absoluta mínima por unidade de peso, a qual deverá ser superior a pressão de vapor do fluído bombeado na sucção da bomba (entrada de rotor) para que não haja cavitação. Este valor depende das características da bomba e deve ser fornecido pelo fabricante da mesma; O NPSHdisp deve ser sempre maior que o NSPHreq (NPSHd > NPSHr) 16. VÁLVULA DE PÉ OU DE FUNDO DE POÇO — Válvula de retenção colocada na extremidade inferior da tubulação de sucção para impedir que a água succionada retorne à fonte quando da parada do funcionamento da bomba, evitando que esta trabalhe a seco (perda da escorva). 17. CRIVO - Grade ou filtro de sucção, normalmente acoplado a válvula de pé, que impede a entrada de partículas de diâmetro superior ao seu espaçamento. 18. VÁLVULA DE RETENÇÃO - Válvula(s) de sentido único colocada(s) na tubulação de recalque para evitar o golpe de aríete. Utilizar uma válvula de retenção a cada 20 mca de AMT. 19. PRESSÃO ATMOSFÉRICA - Peso da massa de ar que envolve a superfície da terra até uma altura de ± 80 Km e que age sobre todos os corpos. Ao nível do mar, a pressão atmosférica é de 10,33 mca ou 1,033 Kgf/cm² (760 mm/Hg). 20. REGISTRO - Dispositivo para controle da vazão de um sistema hidráulico. 21. MANÔMETRO - Instrumento que mede a pressão relativa positiva do sistema. 22. VAZÃO – Quantidade de fluído que a bomba deverá fornecer ao sistema. Unidades mais comuns: m3 /h, l/h, l/m,l/s Onde: 1 m3 /h = 1000 l/h = 16.67 l/m = 0.278 l/s Propriedades dos fluídos 1. CONCEITO. Sendo a hidráulica o ramo da física que estuda o comportamento dos fluídos, tanto em repouso como em movimento, é necessário conhecer-se algumas definições básicas destes comportamentos, assim como a Mecânica dos Fluídos. Temos que todas as bombas têm como finalidade básica o transporte de fluídos incompressíveis com viscosidade baixa, ou nula, dos quais o mais conhecido e bombeado é a água. A água, em seu estado líquido, possui propriedades físico- químicas diversas, cujas principais são: A. Peso específico (γ)- é o peso da substância pelo volume ocupado pela mesma, cuja expressão é definida por O peso específico da água é igual a 1.000 Kgf/m³ ou 1,0 gf/cm³. B. Volume específico (Ve)- é o volume ocupado por 1 Kg do produto. Este volume varia de acordo com a temperatura. Para água a: 4ºC, Ve = 0,001 m³/Kg 28ºC, Ve = 0,001005 m³/Kg C. Massa específica (ρ)- é a massa por unidade de volume, cuja expressão é: D. Densidade (d)- A densidade é a comparação entre o peso do líquido e o peso de igual volume de água destilada, à temperatura padrão de 4ºC. Por tratar-se de uma relação entre pesos, constitui-se em um número adimensional. A água possui densidade = 1,0; E. Pressão (P)- Define-se como a força necessária para deslocar-se o fluído por unidade de área, expressa por: Unidades: kg/cm², Lb/pol² (PSI), Atmosfera, Pascal; E.1. Pressão Absoluta (Pabs) é a pressão medida em relação ao vácuo total ou zero absoluto; E.2. Pressão Atmosférica (Patm) é o peso da massa de ar que envolve a terra até uma altura de ± 80 km sobre o nível do mar. A este nível, a Patm = 10,33 mca ou 1,033 kgf/cm²; E.3. Pressão Manométrica (Pman) é a pressão medida adoptando-se como referência a pressão atmosférica, denominada também pressão relativa ou efectiva. Mede-se com auxílio de manómetros, cuja escala em zero (0) está referida à pressão atmosférica local. Quando o valor da pressão medida no manómetro é menor que a pressão atmosférica local, teremos pressão relativa negativa, ou vácuo parcial; E.4. Pressão de Vapor (Po) é a situação do fluido onde, a uma determinada temperatura, coexistem as fases do estado líquido e de vapor. Para água à temperatura ambiente de 20º C, a pressão de vapor é de 0,239 metros ou 0,0239 kgf/cm². Quanto maior a temperatura, maior a pressão de vapor. Ex: 100º C = ponto de ebulição da água = 10,33 metros ou 1,033 kgf/cm² de pressão de vapor; F. Vazão (Q): é a relação entre o volume do fluido que atravessa uma determinada seção de um conduto, e o tempo gasto para tal, sendo: Unidades: m³/h, l/s, GPM; a. Vazão Mássica (QM)- é a relação entre a massa do fluído que atravessa uma determinada seção de um conduto e o tempo gasto para tal, sendo: Unidades: kg/h, kg/s, lb/h G. Velocidade (Ve)- é a relação entre a vazão do fluido escoado e a área de seção por onde escoa, sendo: Unidades: m/s, pés/s, m/min; H. Viscosidade (µ)- é uma característica intrínseca do fluído. Com o movimento do mesmo, dependendo da velocidade, ocorrerá um maior ou menor atrito das partículas com as paredes da tubulação; é a resistência imposta pelas camadas do fluido ao escoamento recíproco das mesmas; H.1. Viscosidade Cinemática (ν): é a relação entre a viscosidade absoluta (µ) e a massa específica (ρ) sendo: Unidades: m²/s, pés/s, centistokes (cst); onde: 1 m²/s = 106 centistokes. I. Potencial de hidrogénio (pH)- é a representação quantitativa da relativa acidez ou alcalinidade de uma substância. É calculado pela concentração de ions H+ em oposição aos ions H - existentes na solução, sendo: Quanto menor o pH, maior é a acidez da solução. Exemplos: pH = 7 = solução neutra = água em condições normais; pH = 2 = solução ácida = refrigerantes; pH = 12 = solução Alcalina = carbonato de cálcio. As bombas são classificadas, basicamente, em dois tipos: hidrodinâmicas e hidrostáticas. Figura 1 Bombas hidrostática e hidrodinâmica – ―Parker training‖ Bombas hidrodinâmicas São bombas de deslocamento não-positivo, usadas para transferir fluidos e cuja única resistência é a criada pelo peso do fluido e pelo atrito. Essas bombas raramente são usadas em sistemas hidráulicos, porque seu poder de deslocamento de fluido se reduz quando aumenta a resistência e também porque é possível bloquear-se completamente seu pórtico de saída em pleno regime de funcionamento da bomba. Bombas hidrostáticas São bombas de deslocamento positivo, que fornecem determinada quantidade de fluido a cada rotação ou ciclo. Como nas bombas hidrostáticas a saída do fluido independe da pressão, com excepção de perdas e vazamentos, praticamente todas as bombas necessárias para transmitir força hidráulica em equipamento industrial, em maquinaria de construção e em aviação são do tipo hidrostático. As bombas hidrostáticas produzem fluxos de forma pulsativa, porém sem variação de pressão no sistema. Figura 2 Bombas hidrodinâmicas - ―Parker training‖. Especificação de bombas As bombas são, geralmente, especificadas pela capacidade de pressão máxima de operação e pelo seu deslocamento, em litros por minuto, em uma determinada rotação por minuto. Relações de pressão A faixa de pressão de uma bomba é determinada pelo fabricante, baseada na vida útil da bomba. Observação Se uma bomba for operada com pressões superiores às estipuladas pelo fabricante, sua vida útil será reduzida. Deslocamento É o volume de líquido transferido durante uma rotação e é equivalente ao volume de uma câmara multiplicado pelo número de câmaras que passam pelo pórtico de saída da bomba, durante uma rotação da mesma. O deslocamento é expresso em centímetros cúbicos por rotação e a bomba é caracterizada pela sua capacidade nominal, em litros por minuto. Capacidade de fluxo A capacidade de fluxo pode ser expressa pelo deslocamento ou pela saída, em litros por minuto. Eficiência volumétrica Teoricamente, uma bomba desloca uma quantidade de fluido igual a seu deslocamento em cada ciclo ou revolução. Na prática, o deslocamento é menor, devido a vazamentos internos. Quanto maior a pressão, maior será o vazamento da saída para a entrada da bomba ou para o dreno, o que reduzirá a eficiência volumétrica. A eficiência volumétrica é igual ao deslocamento real dividido pelo deslocamento teórico, dada em percentagem. Fórmula Se, por exemplo, uma bomba a 70kgf/cm2 de pressão deve deslocar, teoricamente, 40 litros de fluido por minuto e desloca apenas 36 litros por minuto, sua eficiência volumétrica, nessa pressão, é de 90%, como se observa aplicando os valores na fórmula: Um fato deve ser sempre lembrado: uma bomba não cria pressão, ela só fornece fluxo. A pressão é justamente uma indicação da quantidade de resistência ao escoamento. As bombas hidráulicas actualmente em uso são, em sua maioria, do tipo rotativo, ou seja, um conjunto rotativo transporta o fluido da abertura de entrada para a saída. De acordo com o tipo de elemento que produz a transferência do fluido, as bombas rotativas podem ser de engrenagens, de palhetas ou de pistões. Figura 3 Linha de sucção - ―Parker training‖ 1.2 BOMBAS ALTERNATIVAS Bombas alternativas - Envolvem um movimento de vai-e-vem de um pistão num cilindro. Resulta num escoamento intermitente; - Para cada golpe do pistão, um volume fixo do líquido é descarregado na bomba; - A taxa de fornecimento do líquido é função do volume varrido pelo pistão no cilindro e o número de golpes do pistão por unidade do tempo. Ex: bombas pistão e êmbolo (alta pressão). Figura 4 Bombas alternativas – ―www.grofe.com.br‖ Eficiência volumétrica (v): v = volume deslocado volume total do cilindro Eficiência mecânica (m): m = Energiasuprida ao fluido Energia suprida à bomba Volume real < volume total ⇒ devido a vazamentos ou enchimento incompleto do cilindro. v > 95% para bombas bem ajustadas. m 100% devido a perdas por atrito mecânico e atrito ao fluido. http://www.grofe.com.br/ As bombas alternativas podem ser: - simplex, duplex, triplex etc, dependendo do número de cilindros; - simples ou duplo efeito, quando utiliza um ou dois lados de seu volume para impelir o fluido. Aplicações: - bombeamento de água de alimentação de caldeiras, óleos, esgoto e de lamas. Características: - imprimem as pressões mais elevadas dentre as bombas; - pequena capacidade; - podem ser usadas para vazões moderadas. Vantagens: - podem operar com líquidos voláteis e muito viscosos; - capaz de produzir pressão muito alta. Desvantagens: - produz fluxo pulsante; - capacidade: intervalo limitado; - opera com baixa velocidade; - precisa de mais manutenção. Princípio de funcionamento • São bombas volumógenas e de deslocamento positivo: o líquido enche os espaços existentes no corpo da bomba (câmaras ou cilindros) e, em seguida, é expulso pela acção do movimento do pistão. • A aspiração do líquido ocorre devido ao vácuo produzido no interior da bomba. A diferença de pressão provoca a abertura da válvula de recalque. • São autoescorvantes e podem funcionar como bombas de ar. • O accionamento pode ser manual ou empregando uma máquina motriz. Classificação – Hydraulic Institute Standards (1983) • Bombas accionadas por vapor (steam pumps): possuem uma haste com pistão em cada extremidade. Um dos pistões recebe vapor e o outro se desloca no interior do cilindro da bomba, atuando sobre o líquido. Figura 5 Representação de uma bomba de acção directa (Macyntire, 1997) Características: – Deslocamento horizontal – Deslocamento vertical – Propulsão por êmbolo – Propulsão por pistão – Simplex: um cilindro – Duplex: dois cilindros • Bombas de potência ou bombas de força (power pumps): são accionadas por motores eléctricos ou de combustão interna. O movimento é transmitido por sistema eixo-manivela-biela-cruzeta-pistão. • Figura 6 Bomba de êmbolo, de potência, simples efeito, simplex. (a) horizontal e, (b) vertical (Macyntire, 1997). Figura 7 Bomba de pistão, de potência, horizontal, duplo efeito, simplex (Macyntire, 1997) • Bombas de descarga controlada (bombas dosadoras): deslocam com precisão um volume predeterminado de líquido em um tempo preestabelecido. São accionadas por motores e utilizam o mecanismo eixo de manivela-biela. Características: – Bomba dosadora de êmbolo – Bomba dosadora de pistão – Bomba dosadora de diafragma – Acoplamento mecânico directo – Acoplamento hidráulico – Controle da vazão manual – Controle automático Figura 8 Bomba de diafragma, actuação por óleo pela ação de êmbolo horizontal (Macyntire, 1997). Funcionamento: o êmbolo atua sobre o óleo na câmara 1, o qual desloca a membrana elástica (diafragma). O líquido passa pela câmara 2. O tipo simplex exige um amortecedor de pulsações no início da linha de recalque. Câmara-de-ar • O objectivo da câmara-de-ar é manter a descarga da bomba de êmbolo praticamente constante. • Deve ser aplicada preferencialmente na tubulação de aspiração. • Quando a bomba pára, a pressão do ar na câmara de recalque deve ser correspondente à da coluna do líquido, representada pela diferença de cotas entre a extremidade superior do tubo de recalque e o nível do líquido na câmara. • O ar da câmara de aspiração, quando a bomba está parada encontra-se sob depressão equivalente a coluna de líquido representada pela diferença entre as cotas do nível livre de líquido na câmara e no reservatório inferior. • Quando a bomba opera com vazão superior à média, o líquido penetra na câmara-de-ar, aumentando sua pressão. Quando ocorre deficiência de descarga, a câmara ―libera‖ o líquido excedente para compensação. • Na câmara de aspiração, quando a bomba solicita maior volume de líquido, este é fornecido pela câmara-de-ar, a qual se expande, reduzindo a pressão e proporcionando a aspiração do líquido no reservatório inferior. • O volume de ar nas câmaras pode ser adotado: – 22 vezes a descarga aspirada em cada ciclo do êmbolo, nas de 1 cilindro (simplex), de simples efeito; – 10 vezes a referida descarga nas bombas simplex de duplo efeito; – 5 vezes a descarga nas bombas duplex de duplo efeito; e – 2 vezes a descarga nas bombas triplex de duplo efeito. • Entre as bombas de êmbolo dotadas de câmaras de ar são comuns: – Bombas de duplo efeito – câmaras-de-ar na aspiração e no recalque; – Bombas de simples efeito com êmbolo diferencial. Bombas de êmbolo com câmara de ar Figura 9 Bombas de êmbolo com câmaras-de-ar. (a) duplo efeito; (b) êmbolo diferencial de simples efeito (Macyntire, 1997). Figura 10 Esquema de bombas alternativas: (a) de êmbolo, (b) de diafragma. – www.grofe.com.br. http://www.grofe.com.br/ http://www.grofe.com.br/ 1.3 BOMBAS CENTRÍFUGAS Bombas centrífugas Figura 11 Bomba centrífuga – ―www.ufrnet.ufrn.br‖ Introdução Os principais requisitos para que uma bomba centrífuga tenha um desempenho satisfatório, sem apresentar nenhum problema, são: instalação correta; operação com os devidos cuidados; e manutenção adequada. Mesmo tomando todos os cuidados com a operação e manutenção, os engenheiros frequentemente enfrentam problemas de falhas no sistema de bombeamento. Uma das condições mais comuns que obrigam a substituição de uma bomba no processo é a inabilidade para produzir a vazão ou a carga desejada. Existem muitas outras condições nas quais uma bomba, apesar de não sofrer nenhuma perda de fluxo, ou carga, é considerada defeituosa e deve ser retirada de operação o mais cedo possível. As causas mais comuns são: problemas de vedação (vazamentos, perda de jato, refrigeração deficiente etc.); http://www.ufrnet.ufrn.br/ problemas relacionados a partes da bomba ou do motor: - perda de lubrificação; - refrigeração ; -contaminação por óleo; - ruído anormal etc. vazamentos na carcaça da bomba; níveis de ruído e vibração muito altos; problemas relacionados ao mecanismo motriz (turbina ou motor). Obviamente, nem a lista de condições de falhas mostrada acima é completa, nem as condições são mutuamente excludentes. Frequentemente a causa raiz da falha é a mesma, mas os sintomas são diferentes. Um pouco de cuidado, quando os primeiros sintomas de um problema aparecem, pode prevenir a bomba de defeitos permanentes. Em tais situações, a tarefa mais importante é descobrir se houve falha mecânica da bomba, se a deficiência é do processo, ou ambos. Muitas vezes, quando uma bomba é enviada à oficina, os encarregados da manutenção não acham nada de errado ao desmontá-la. Assim, a decisão de retirar uma bomba de operação e enviá-la para manutenção/conserto, só deve ser tomada depois de uma análise detalhada dos sintomas e causas do defeito. No caso de qualquer falha mecânica ou dano físico interno na bomba, o engenheiro de operação deverá informar com detalhes à unidade de manutenção. Em geral, há principalmente três tipos de problemas com as bombas centrífugas: 1. erros de projecto; 2. má operação; 3. práticas de manutenção ineficientes. Mecanismo de funcionamento de uma bomba centrífuga Uma bomba centrífuga é, na maioria das vezes, o equipamento mais simples em qualquer planta de processo. Seu propósito é converter a energia de uma fonte motriz principal (um motor eléctrico ou turbina), a princípio, em velocidade ou energia cinética, e então, em energia de pressão do fluido que está sendo bombeado. As transformações de energia acontecem em virtude de duas partes principais da bomba: o impulsore a voluta, ou difusor. O impulsor é a parte giratória que converte a energia do motor em energia cinética. A voluta ou difusor, é a parte estacionária que converte a energia cinética em energia de pressão. Note bem: Todas as formas de energia envolvidas em um sistema de fluxo de líquido são expressas em termos de altura de coluna do líquido, isto é, carga. Geração da força centrífuga O líquido entra no bocal de sucção e, logo em seguida, no centro de um dispositivo rotativo conhecido como impulsor. Quando o impulsor gira, ele imprime uma rotação ao líquido situado nas cavidades entre as palhetas externas, proporcionando-lhe uma aceleração centrífuga. Cria-se uma área de baixa-pressão no olho do impulsor, causando mais fluxo de líquido através da entrada, como falhas líquida. Como as lâminas do impulsor são curvas, o fluido é impulsionado nas direcções radial e tangencial pela força centrífuga. Fazendo uma analogia para melhor compreensão, esta força que age dentro da bomba é a mesma que mantém a água dentro de um balde, girando na extremidade de um fio. A figura 12 abaixo, mostra um corte lateral de uma bomba centrífuga indicando o movimento do líquido. Uma fórmula simples para a velocidade periférica é: Figura 12 Trajectória do fluxo de líquido dentro de uma bomba centrífuga – ―www.ufrnet.ufrn.br‖ Conversão da Energia Cinética em Energia de Pressão A energia criada pela força centrífuga é energia cinética. A quantidade de energia fornecida ao líquido é proporcional à velocidade na extremidade, ou periferia, da hélice do impulsor. Quanto mais rápido o impulsor move-se, ou quanto maior é o impulsor, maior será a velocidade do líquido na hélice, e tanto maior será a energia fornecida ao líquido. Esta energia cinética do líquido, ganha no impulsor, tende a diminuir pelas resistências que se opõem ao fluxo. A primeira resistência é criada pela carcaça da bomba, que reduz a velocidade do líquido. No bocal de descarga, o líquido sofre desaceleração e sua velocidade é convertida a pressão, de acordo com o princípio de Bernoulli. Então, a carga desenvolvida (pressão, em termos de altura de líquido) é aproximadamente igual à energia de velocidade na periferia do impulsor, expressa pela bem conhecida fórmula: http://www.ufrnet.ufrn.br/ Esta carga pode ser calculada por leitura nos medidores de pressão, presos às linhas de sucção e de descarga. As curvas das bombas relacionam a vazão e a pressão (carga) desenvolvidas pela bomba, para diferentes tamanhos de impulsor e velocidades de rotação. A operação da bomba centrífuga deveria estar sempre em conformidade com a curva da bomba fornecida pelo fabricante. Componentes gerais de uma bomba centrífuga Figura 13 Componentes gerais de uma bomba Centrífuga - ―www.ufrnet.ufrn.br‖ Componentes estacionários 1. Carcaça As Carcaças geralmente são de dois tipos: em voluta e circular. Os impulsores estão contidos dentro das carcaças. 1-a. Carcaças em voluta proporcionam uma carga mais alta; carcaças circulares são usadas para baixa carga e capacidade alta. http://www.ufrnet.ufrn.br/ Figura 14 Corte de uma bomba mostrando a carcaça em voluta - ―www.ufrnet.ufrn.br‖ A voluta é tipo um funil encurvado que aumenta a área no ponto de descarga, como mostrado na figura 1.14. Como a área da seção transversal aumenta, a voluta reduz a velocidade do líquido e aumenta a sua pressão. Um dos principais propósitos de uma carcaça em voluta é ajudar a equilibrar a pressão hidráulica no eixo da bomba. Porém, isto acontece melhor quando se opera à capacidade recomendada pelo fabricante. Bombas do tipo em voluta funcionando a uma capacidade mais baixa que o fabricante recomenda, pode imprimir uma tensão lateral no eixo da bomba, aumentar o desgaste e provocar gotejamento nos lacres, mancais, e no próprio eixo. Carcaças em dupla voluta são usadas quando as estocadas radiais ficam significantes a vazões reduzidas. 1-b. A carcaça circular tem palhetas deflectoras estacionárias, em volta do impulsor, que convertem a energia de velocidade em energia de pressão. Convencionalmente, os difusores se aplicam a bombas de múltiplos estágios. Figura 15 Carcaça de uma bomba centrífuga - ―www.ufrnet.ufrn.br‖ http://www.ufrnet.ufrn.br/ http://www.ufrnet.ufrn.br/ As carcaças podem ser projectadas como carcaças sólidas ou carcaças bipartidas. A carcaça sólida implica que toda a carcaça, inclusive o bocal de descarga, compõe uma peça única, fundida ou usinada. Numa carcaça fendida, duas ou mais partes são firmadas juntas. Quando as partes da carcaça são divididas no plano horizontal, a carcaça é descrita como bipartida horizontalmente (ou bipartida axialmente). Quando a divisão é no plano vertical perpendicular ao eixo de rotação, a carcaça é descrita como bipartida verticalmente, ou carcaça bipartida radialmente. Os anéis de desgaste da carcaça atuam como um selo entre a carcaça e o impulsor. Figura 16 Localização dos bocais de sucção e descarga - ―www.ufrnet.ufrn.br‖ 2. Bocais de sucção lateral / descarga lateral Os bocais de sucção e de descarga são localizados nos lados da carcaça perpendicular ao eixo. A bomba pode ter carcaça bipartida axialmente ou radialmente. 3. Câmara de vedação e caixa de enchimento Os termos câmara de lacre e caixa de enchimento, referem-se ambos a uma câmara, acoplada ou separada da carcaça da bomba, que forma a região entre o eixo e a carcaça onde o meio de vedação é instalado. Quando o lacre é feito por meio de um selo mecânico, a câmara normalmente é chamada câmara de selo. Quando o lacre é obtido por empacotamento, a câmara é chamada caixa de recheio. Tanto a câmara de selo como a caixa de recheio, têm a função primária de proteger a bomba contra vazamentos no ponto onde o eixo atravessa a carcaça da bomba sob pressão. Quando a pressão no fundo da câmara é abaixo da atmosférica, http://www.ufrnet.ufrn.br/ previne vazamento de ar na bomba. Quando a pressão é acima da atmosférica, as câmaras previnem o vazamento de líquido para fora da bomba. As Câmaras de vedação e caixas de enchimento também podem ser disponíveis com arranjos de resfriamento ou aquecimento para controle da temperatura. A Figura abaixo descreve uma câmara de selagem montada externamente, e suas diversas partes. Figura 17 Partes de uma câmara de selagem simples - www.ufrnet.ufrn.br Glândula: é uma parte muito importante da câmara de selo ou da caixa de recheio. Ela dá o empacotamento ou o ajuste desejado do selo mecânico na manga do eixo. Pode ser ajustada facilmente na direcção axial. A glândula consiste do selo, refrigeração, dreno, e portas da conexão do suspiro conforme os códigos de padronização. Bucha: o fundo, ou extremo interno da câmara, é provido com um dispositivo estacionário chamado bucha da garganta que forma uma liberação íntima restritiva ao redor da manga (ou eixo) entre o selo e o impulsor. Bucha do regulador de pressão é um dispositivo que restringe a liberação ao redor da manga (ou eixo), na extremidade externa de uma glândula do selo mecânico. Dispositivo circulante interno é um dispositivo localizado na câmara de selo para circular fluido da câmara de selo para um refrigerador ou um reservatório fluido. Normalmente é conhecido como anel de bombeamento. Selo mecânico As características de um selo mecânico serão discutidas http://www.ufrnet.ufrn.br/ posteriormente. Alojamento do mancal abriga os mancais montados no eixo. Os mancais mantêm o eixo ou rotor em alinhamento correto com as partes estacionárias sob acção de cargas radiais e transversais. O compartimento do mancal também inclui um reservatório de óleo para lubrificação, nível constante de óleo, e camisa para refrigeração por circulação de água. Componentes rotativos 1. Impulsor O impulsor é aparte giratória principal, que fornece a aceleração centrífuga para o fluido. Eles são classificados em muitas formas baseadas; na direcção principal do fluxo em relação ao eixo de rotação Fluxo radial; Fluxo axial; Fluxo misto. no tipo de sucção Sucção simples: entrada do líquido em um lado; Dupla-sucção: entrada do líquido simetricamente ao impulsor, de ambos os lados. Construção mecânica (Figura 18) Fechado: coberturas ou paredes laterais que protegem as palhetas; Aberto: nenhuma cobertura ou parede para enclausurar as palhetas; Semiaberto ou do tipo em vértice. Figura 18 Tipos de Impulsores - ―www.ufrnet.ufrn.br‖ o Os impulsores fechados necessitam de anéis de desgaste e estes anéis representam outro problema de manutenção. o Impulsores abertos e semiabertos têm menos probabilidade de entupir, mas necessitam ajuste manual da voluta ou placa traseira, para o impulsor alcançar uma fixação adequada e prevenir recirculação interna. o Impulsores das bombas de vértice são muito bons para sólidos e "materiais viscosos", mas eles são até 50% menos eficientes em projectos convencionais. o O número de impulsores determina o número de estágios da bomba: uma bomba de um único estágio só tem um impulsor e é melhor para serviços de baixa carga. Uma bomba de dois estágios tem dois impulsores em série, para serviços de carga média. o Uma bomba de multiestágios tem três ou mais impulsoras em série, para serviços de carga alta. o Anéis de desgaste: O anel de desgaste permite uma articulação fácil e economicamente renovável anti vazamentos entre o impulsor e a carcaça. Se a liberação (espaço vazio entre as duas peças) ficar muito grande, a eficiência de bomba diminuirá, causando problemas de calor e vibração. A maioria das bombas precisa ser desmontada para conferir a liberação do anel de desgaste, e providenciar sua substituição, quando a liberação dobra. http://www.ufrnet.ufrn.br/ 2. Eixo O propósito básico do eixo de uma bomba centrífuga, é transmitir o torque de partida e durante a operação, enquanto apoia o impulsor e outras partes giratórias. Ele tem que fazer este trabalho com uma deflexão menor que a liberação mínima entre as partes giratórias e estacionárias. Figura 19 Uma visão de uma manga de eixo - www.ufrnet.ufrn.br Luva do eixo (figura 19): o eixo das bombas normalmente é protegido de erosão, corrosão, e desgaste nas câmaras de selo, articulações de vazamento, mancais internos, e nas vias fluviais através de mangas renováveis. A menos que seja especificado o contrário, a manga de protecção do eixo é construída de material resistente a desgaste, corrosão, e erosão. A manga é lacrada em uma extremidade. O alojamento da manga do eixo se estende além da face exterior do prato da glândula de selo. (um vazamento entre o eixo e a manga não deverá ser confundido com vazamento pelo selo mecânico). Junções: as junções podem compensar o crescimento axial do eixo e podem transmitir torque ao impulsor. Elas são classificadas, de modo geral, em dois grupos: rígidas e flexíveis. As junções rígidas são usadas em aplicações onde não há absolutamente nenhuma possibilidade ou espaço para qualquer desalinhamento. Junções de eixo flexíveis são mais propensas a erros de selecção, instalação e de manutenção. As junções flexíveis podem ser divididas em dois grupos básicos: elastoméricas e não-elastoméricas. Junções elastoméricas usam borracha, ou elementos poliméricos para ganhar flexibilidade. Estes elementos podem estar submetidos a cisalhamento ou a http://www.ufrnet.ufrn.br/ 1.4 BOMBAS DE DIAFRÁGMA compressão. Pneus e luvas de borracha são exemplos de junções elastoméricas sob cisalhamento; mandíbulas, pinos e revestimento de mancais são exemplos de junções em compressão. Junções não-elastoméricas usam elementos metálicos para obter flexibilidade. Elas podem ser de dois tipos: lubrificadas ou não-lubrificadas. As lubrificadas acomodam desalinhamento pela ação corrediça dos seus componentes, daí a necessidade de lubrificação. As não lubrificadas acomodam desalinhamento por flexão. Junções de engrenagem, de grelhas e de cadeias são exemplos de junções lubrificadas não elastoméricas. Junções de discos e de diafragma são não- elastoméricas e não lubrificadas. Componentes Auxiliares Os componentes auxiliares geralmente incluem os seguintes sistemas, para os seguintes serviços: sistemas de descarga do lacre, refrigeração e afogamento; dreno do lacre e suspiros; sistemas de lubrificação dos mancais e de refrigeração; sistemas de resfriamento da câmara de enchimento e selagem e sistemas de aquecimento; e sistema de refrigeração do pedestal da bomba. Os sistemas auxiliares incluem tubulação, válvulas de isolamento, válvulas de controlo, válvulas de alívio, medidores de temperatura e termopares, medidores de pressão, indicadores de fluxo, orifícios, refrigeradores do selo, reservatórios dos fluidos do dique/deflector do selo, e todas as aberturas e drenos relacionados. BOMBAS PNEUMÁTICAS DE DUPLO DIAFRÁGMA Figura 20 Bomba de duplo diafragma – www.bomax.com.br Características principais As bombas de duplo diafragma pneumáticas utilizam o ar comprimido como fonte de energia, e foram desenvolvidas principalmente para aplicações de difícil bombeamento. No entanto, estes equipamentos agregam em um único produto diversas vantagens técnicas e operacionais, dificilmente atingidas por outros tipos de bombas. Estas características tornam as bombas pneumáticas tão versáteis que sua gama de aplicações é praticamente ilimitada. As bombas pneumáticas são divididas em dois módulos, sendo um deles a parte molhada (manifolds e câmara de bombeamento) e o outro, parte seca ou bloco central (área de actuação do ar comprimido). Estes conjuntos são separados por dois diafragmas, que isolam o líquido bombeado do ar comprimido. Princípio de funcionamento O bloco central possui uma válvula de ar que direcciona o ar comprimido, pressurizando inicialmente um dos diafragmas (câmara B), que por sua vez impulsiona o fluido que está na câmara à sua frente (câmara de líquido). O fluido é impulsionado para cima, devido à acção dos conjuntos esfera/assento, sendo direccionado para a saída através dos colectores (manifolds), enquanto isso o outro diafragma é puxado para trás pelo eixo que interliga os diafragmas, succionando o fluido para dentro da outra câmara de bombeamento (câmara A). http://www.bomax.com.br/ 1.5 BOMBAS ROTATIVAS Quando os diafragmas completam seu curso, a válvula pressuriza a câmara do diafragma oposto, gerando o mesmo processo já descrito acima. O movimento alternado dos diafragmas executa o bombeamento, com um fluxo pulsante. Bombas rotativas - Dependem de um movimento de rotação; - Resulta em escoamento contínuo. O rotor da bomba provoca uma pressão reduzida no lado da entrada, o que possibilita a admissão do líquido à bomba, pelo efeito da pressão externa. À medida que o elemento gira, o líquido fica retido entre os componentes do rotor e a carcaça da bomba. Características: - provocam uma pressão reduzida na entrada (efeito da pressão atmosférica), e com a rotação, o fluido escoa pela saída; - 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". Tipos: - engrenagens ( para óleos); - actuada externamente ( as 2 engrenagens giram em sentidos opostos); - actuada internamente ( só um rotor motriz ); - rotores lobulares: bastante usada em alimentos; - parafusos helicoidais ( maiores pressões);- palhetas: fluidos pouco viscosos e lubrificantes; - peristáltica: pequenas vazões permitem transporte asséptico. Bombas de engrenagem Figura 21 Bombas de engrenagem – ―Parker training‖ A bomba de engrenagem consiste basicamente de uma carcaça com orifícios de entrada e de saída, e de um mecanismo de bombeamento composto de duas engrenagens. Uma das engrenagens, a engrenagem motora, é ligada a um eixo que é conectado a um elemento acionador principal. A outra engrenagem é a engrenagem movida. Figura 22 Partes principais de uma bomba de engrenagem – ―Parker training‖ Funcionamento de uma bomba de engrenagem No lado da entrada, os dentes das engrenagens desengrenam, o fluido entra na bomba, sendo conduzido pelo espaço existente entre os dentes e a carcaça, para o lado da saída onde os dentes das engrenagens engrenam e forçam o fluido para fora do sistema. Uma vedação positiva neste tipo de bomba é realizada entre os dentes e a carcaça, e entre os próprios dentes de engrenamento. As bombas de engrenagem têm geralmente um projeto não compensado. Figura 23 Ilustração do funcionamento de uma bomba de engrenagem – ―Parker training‖ 1. O vácuo é criado aqui quando os dentes se desengrenam. O óleo é succionado do reservatório; 2. O óleo é transportado através da carcaça em câmaras formadas entre os dentes, a carcaça e as placas laterais; 3. O óleo é forçado para a abertura de saída quando os dentes se engrenam novamente; 4. A pressão de saída, actuando contra os dentes, causa uma carga não- balanceada nos eixos, como indicam as setas. Bomba de engrenagem externa A bomba de engrenagem que foi descrita acima é uma bomba de engrenagem externa, isto é, ambas as engrenagens têm dentes em suas circunferências externas. Estas bombas são às vezes chamadas de bombas de dentes-sobre-dentes. Há basicamente três tipos de engrenagens usadas em bombas de engrenagem externa: as de engrenagens de dentes rectos, as helicoidais e as que têm forma de espinha de peixe. Visto que as bombas de engrenagem de dentes rectos são as mais fáceis de fabricar, este tipo de bomba é o mais comum. Figura 24 Tipos de engrenagens – ―Parker training‖ Bomba de engrenagem interna Uma bomba de engrenagem interna consiste de uma engrenagem externa cujos dentes se engrenam na circunferência interna de uma engrenagem maior. O tipo mais comum de bomba de engrenagem interna nos sistemas industriais é a bomba tipo gerotor. Bomba tipo gerotor A bomba tipo gerotor é uma bomba de engrenagem interna com uma engrenagem motora interna e uma engrenagem movida externa. A engrenagem interna tem um dente a menos do que a engrenagem externa. Enquanto a engrenagem interna é movida por um elemento accionado, ela movimenta a engrenagem externa maior. De um lado do mecanismo de bombeamento forma-se um volume crescente, enquanto os dentes da engrenagem desengrenam. Do outro lado da bomba é formado um volume decrescente. Uma bomba tipo gerotor tem um projecto não compensado. O fluido que entra no mecanismo de bombeamento é separado do fluido de descarga por meio de uma placa de abertura. Enquanto o fluido é impelido da entrada para a saída, uma vedação positiva é mantida, conforme os dentes da engrenagem interna seguem o contorno do topo das cristas e vales da engrenagem externa. Figura 25 Bomba tipo gerotor – ―Parker training‖ Volume variável de uma bomba de engrenagem O volume que sai de uma bomba de engrenagem é determinado pelo volume de fluido que cada dente de engrenagem desloca multiplicado pela rpm. Consequentemente, o volume que sai das bombas de engrenagem pode ser alterado pela substituição das engrenagens originais por engrenagens de dimensões diferentes, ou pela variação da rpm. As bombas de engrenagens, quer de variedade interna ou externa, não podem ser submetidas à variação no volume deslocado enquanto estão operando. Nada pode ser feito para modificar as dimensões físicas de uma engrenagem enquanto ela está girando. Um modo prático, então, para modificar o fluxo de saída de uma bomba de engrenagem é modificar a taxa do seu elemento accionador. Isso pode muitas vezes ser feito quando a bomba está sendo movida por um motor de combustão interna. Também pode ser realizado electricamente, com a utilização de um motor eléctrico de taxa variável. Bombas duplas de engrenagem - dados de rendimento Figura 26 Bomba dupla de engrenagem – ―Parker training‖ Vantagens: 1) eficiente, projecto simples; 2) excepcionalmente compacta e leve para sua capacidade; 3) eficiente à alta pressão de operação; 4) resistente aos efeitos de cavitação; 5) alta tolerância à contaminação dos sistemas; 6) resistente em operações a baixas temperaturas; 7) construída com mancal de apoio no eixo; e 8) compatibilidade com vários fluidos. Bombas de palheta Figura 27 Bomba de palhetas – ―Parker training‖ As bombas de palhetas produzem uma acção de bombeamento fazendo com que as palhetas acompanhem o contorno de um anel ou carcaça. O mecanismo de bombeamento de uma bomba de palheta consiste de: rotor, palhetas, anel e uma placa de orifício com aberturas de entrada e saída. Montagem de conjunto da bomba O mecanismo de bombeamento das bombas de palheta industriais é geralmente uma unidade integral a que se dá o nome de montagem de conjunto da bomba. O conjunto montado consiste de palhetas, rotor e um anel elíptico colocado entre as duas placas de orifício (observe que as placas de entrada da montagem do conjunto são algo diferente em seu projecto das placas de entrada previamente ilustradas). Uma das vantagens de se usar um conjunto montado é a de fácil manutenção da bomba. Depois de um certo tempo, quando as peças da bomba naturalmente se gastam, o mecanismo de bombeamento pode ser facilmente removido e substituído por uma nova montagem. Também, se por alguma razão, o volume da bomba precisar ser aumentado ou diminuído, um conjunto de bombas com as mesmas dimensões externas, mas com volume adequado, pode rapidamente substituir o mecanismo de bombeamento original. Figura 27 Componentes de uma bomba de palhetas – ―Parker training‖ Principais componentes: 2 – tampa traseira; 3 – kit conjunto rotativo (industrial); 10 – eixo (móbil); 14 – corpo dianteiro; 16 – eixo chavetado (móbil); 18 – eixo estriado (móbil); 21 – kit conjunto rotativo (móbil). Carregamento de palheta Antes que uma bomba de palheta possa operar adequadamente, um selo positivo deve existir entre o topo da palheta e o anel. Quando uma bomba de palheta é ligada, pode-se contar com uma força de inércia para ―arremessar‖ as palhetas e conseguir a vedação. É por esta razão que a velocidade mínima de operação, para a maior parte das bombas de palheta, é de 600 rpm. Logo que uma bomba for girada e a pressão do sistema começar a crescer, deve ocorrer uma vedação mais justa para que o vazamento não aumente em direcção ao topo da palheta. Para gerar uma vedação melhor a pressões mais altas, as bombas de palheta industriais direccionam a pressão do sistema para o lado inferior da palheta. Com esse arranjo, quanto mais alta for a pressão do sistema, mais força será desenvolvida para empurrar contra o anel. Figura 28 Palheta de uma bomba de palheta – ―Parker training‖ Este modo de carregamento hidráulico de uma palheta desenvolve uma vedação muito justa no topo da palheta. Mas, se a força que carrega a palheta for muito grande, as palhetas e o anel podem ficar excessivamente desgastados e as palhetas podem ser uma fonte de arrasto. Para conseguirem a melhor vedação e ocasionarem o mínimo arrasto e desgaste, os fabricantes projectam as suas bombas de forma que as palhetas sejam carregadas só parcialmente. O uso de palhetas com um chanfro ou cantos quebrados é um modo pelo qual a alta sobrecargana palheta é eliminada. Com estas palhetas, toda a área inferior da palheta é exposta à pressão do sistema, como também uma grande parte da área no topo da palheta. Isto resulta no equilíbrio da maior parte da palheta. A pressão que atua na área desbalanceada é a força que carrega a palheta. Como trabalha uma bomba de palheta O rotor de uma bomba de palheta suporta as palhetas e é ligado a um eixo que é conectado a um accionador principal. À medida que o rotor é girado, as palhetas são ―expulsas‖ por inércia e acompanham o contorno do cilindro (o anel não gira). Quando as palhetas fazem contacto com o anel, é formada uma vedação positiva entre o topo da palheta e o anel. O rotor é posicionado fora do centro do anel. Quando o rotor é girado, um volume crescente e decrescente é formado dentro do anel. Não havendo abertura no anel, uma placa de entrada é usada para separar o fluido que entra do fluido que sai. A placa de entrada se encaixa sobre o anel, o rotor e as palhetas. A abertura de entrada da placa de orifício está localizada onde o volume crescente é formado. O orifício de saída da placa de orifício está localizado onde o volume decrescente é gerado. Todo o fluído entra e sai do mecanismo de bombeamento através da placa de orifício (as aberturas de entrada e de saída na placa de orifício são conectadas respectivamente às aberturas de entrada e de saída na carcaça das bombas). Figura 29 Funcionamento de uma bomba de palhetas – ―Parker training‖ Projeto de bombas de palheta balanceada Figura 30 Bomba de palheta balanceada – ―Parker training‖ Numa bomba, duas pressões muito diferentes estão envolvidas: a pressão de trabalho do sistema e a pressão atmosférica. Na bomba de palheta que foi descrita, uma das metades do mecanismo de bombeamento está a uma pressão menor do que a atmosférica. A outra metade está sujeita à pressão total do sistema. Isso resulta numa carga oposta do eixo, que pode ser séria quando são encontradas altas pressões no sistema. Para compensar esta condição, o anel é mudado de circular para anel em formato de elipse. Com este arranjo, os dois quadrantes de pressão opõem-se um ao outro e as forças que atuam no eixo são balanceadas. A carga lateral do eixo é eliminada. Figura 31 Funcionamento de uma bomba de palheta balanceada – ―Parker training‖ Consequentemente, uma bomba de palheta balanceada consiste de um anel de forma elíptica, um rotor, palhetas e uma placa de orifício com aberturas de entrada e de saída opostas umas às outras (ambas as aberturas de entrada estão conectadas juntas, como estão as aberturas de saída, de forma que cada uma possa ser servida por uma abertura de entrada ou uma abertura de saída na carcaça da bomba). As bombas de palheta de deslocamento positivo e de volume constante, usadas em sistemas industriais, são geralmente de projeto balanceado. Figura 32 Bomba de projecto balanceado – ―Parker training‖ Bombas duplas A bomba de palheta que foi descrita é conhecida como bomba simples, isto é, ela consiste de uma entrada, uma saída e uma montagem do conjunto rotativo. As bombas de palheta também estão disponíveis na condição de bomba dupla. Uma bomba de palheta dupla consiste numa carcaça com duas montagens de conjuntos rotativos, uma ou duas entradas e duas saídas separadas. Em outras palavras, uma bomba dupla consiste de duas bombas em uma carcaça. Uma bomba dupla pode descarregar duas taxas de fluxo diferentes em cada saída. Pelo fato de ambos os conjuntos rotativos da bomba estarem conectados a um eixo comum, só um motor eléctrico é usado para accionar toda a unidade. As bombas duplas são usadas muitas vezes em circuitos alto-baixo e quando duas diferentes velocidades de fluxo provêm da mesma unidade de força. As bombas duplas expelem o dobro de fluxo de uma bomba simples sem um aumento apreciável no tamanho da unidade. Figura 33 Bomba dupla – ―Parker training‖ Bombas de palheta de volume variável Uma bomba de palheta de deslocamento positivo imprime o mesmo volume de fluído para cada revolução. As bombas industriais são geralmente operadas a 1.200 ou 1.800 rpm. Isso indica que a taxa de fluxo da bomba se mantém constante. Em alguns casos, é desejável que a taxa de fluxo de uma bomba seja variável. Um modo de se conseguir isso é variar a taxa do elemento accionador, o que é economicamente impraticável. A única alternativa, então, para variar a saída de uma bomba, é modificar o seu deslocamento. A quantidade de fluido que uma bomba de palheta desloca é determinada pela diferença entre a distância máxima e mínima em que as palhetas são estendidas e a largura das palhetas. Enquanto a bomba está operando, nada pode ser feito para modificar a largura de uma palheta. Entretanto, uma bomba de palheta pode ser projetada de modo que a distância de deslocamento das palhetas possa ser modificada, sendo essa conhecida como uma bomba de palheta de volume variável. Figura 34 Bomba de palheta de volume variável – ―Parker training‖ O mecanismo de bombeamento de uma bomba de palheta de volume variável consiste basicamente de um rotor, palhetas, anel, que é livre para se movimentar, placa de orifícios, um mancal para guiar um anel e um dispositivo para variar a posição do anel. Em nossa ilustração é usado um parafuso de regulagem. As bombas de palheta de volume variado são bombas desbalanceadas. Seus anéis são circulares e não têm a forma de elipse. Visto que o anel deste tipo de bomba deve ser livre para se deslocar, o mecanismo de bombeamento não vem como um conjunto montado. Como trabalha uma bomba de palheta de volume variável Figura 35 Funcionamento de uma bomba de palheta de volume variável – ―Parker training‖ Com o parafuso regulado, o anel é mantido fora do centro com relação ao rotor. Quando o rotor é girado, um volume de fluxo é gerado, ocorrendo o bombeamento. Recuando-se o parafuso de regulagem há uma redução da excentricidade do anel em relação ao rotor e, consequentemente, redução do volume de óleo bombeado. Com o parafuso todo recuado, o anel está centrado e o deslocamento da bomba é nulo. Bombas de palheta de volume variável, pressão compensada Geralmente, as bombas de palheta de volume variável são também bombas de pressão compensada. Uma bomba de pressão compensada pára de bombear a um nível de pressão pré-ajustado. Uma bomba de palheta de pressão compensada tem as mesmas peças que uma bomba de palheta de volume variável, mas com o acréscimo de uma mola regulável, que é usada para deslocar o anel. Quando a pressão que age no contorno interno do anel (pressão do sistema) é suficientemente alta para vencer a força da mola, o anel desloca-se para uma posição próxima à central e a vazão da bomba é suficiente apenas para a sua lubrificação interna e para controle. A pressão do sistema é, portanto, limitada à regulagem da mola de compensação, substituindo uma válvula limitadora de pressão Dreno da carcaça Figura 36 Bomba de pressão compensada – ―Parker training‖ Todas as bombas de pressão compensada, de volume variável, devem ter suas carcaças drenadas externamente. Os mecanismos de bombeamento, nestas bombas, se movimentam extremamente rápido quando a compressão de pressão é requerida. Qualquer acúmulo de fluido, dentro da carcaça, impede a sua movimentação. Da mesma forma, qualquer vazamento que se acumule numa carcaça de bomba é geralmente dirigido para o lado de entrada da bomba. Porém, como as bombas de volume variável podem ficar um longo período centradas (gerando calor), a vazão de controle e de lubrificação é dirigida para o reservatório através de uma linha de dreno externo. Drenando-se externamente a carcaça o problema é suavizado. A drenagem externa de uma carcaça de bomba é comummente chamada de dreno da carcaça. Bomba de pistão Figura 37 Bomba depistão – ―Parker training‖ As bombas de pistão geram uma acção de bombeamento, fazendo com que os pistões se alterem dentro de um tambor cilíndrico. O mecanismo de bombeamento de uma bomba de pistão consiste basicamente de um tambor de cilindro, pistões com sapatas, placa de deslizamento, sapata, mola de sapata e placa de orifício. Figura 38 Bomba de pistão – ―Parker training‖ Funcionamento de uma bomba de pistão No exemplo da ilustração anterior, um tambor de cilindro com um cilindro é adaptado com um pistão. A placa de deslizamento é posicionada a um certo ângulo. A sapata do pistão corre na superfície da placa de deslizamento. Figura 38 Funcionamento de uma bomba de pistão – ―Parker training‖ Quando um tambor de cilindro gira, a sapata do pistão segue a superfície da placa de deslizamento (a placa de deslizamento não gira). Uma vez que a placa de deslizamento está a um dado ângulo o pistão alterna dentro do cilindro. Em uma das metades do ciclo de rotação, o pistão sai do bloco do cilindro e gera um volume crescente. Na outra metade do ciclo de rotação, este pistão entra no bloco e gera um volume decrescente. Na prática, o tambor do cilindro é adaptado com muitos pistões. As sapatas dos pistões são forçadas contra a superfície da placa de deslizamento pela sapata e pela mola. Para separar o fluido que entra do fluido que sai, uma placa de orifício é colocada na extremidade do bloco do cilindro, que fica do lado oposto ao da placa de deslizamento. Um eixo é ligado ao tambor do cilindro, que o conecta ao elemento accionado. Este eixo pode ficar localizado na extremidade do bloco, onde há fluxo, ou, como acontece mais comummente, ele pode ser posicionado na extremidade da placa de deslizamento. Neste caso, a placa de deslizamento e a sapata têm um furo nos seus centros para receber o eixo. Se o eixo estiver posicionado na outra extremidade, a placa de orifício tem o furo do eixo. A bomba de pistão que foi descrita acima é conhecida como uma bomba de pistão em linha ou axial, isto é, os pistões giram em torno do eixo, que é coaxial com o eixo da bomba. As bombas de pistão axial são as bombas de pistão mais populares em aplicações industriais. Outros tipos de bombas de pistão são as bombas de eixo inclinado e as de pistão radial. Bombas de pistão axial de volume variável O deslocamento da bomba de pistão axial é determinado pela distância que os pistões são puxados para dentro e empurrados para fora do tambor do cilindro. Visto que o ângulo da placa de deslizamento controla a distância em uma bomba de pistão axial, nós devemos somente mudar o ângulo da placa de deslizamento para alterar o curso do pistão e o volume da bomba. Com a placa de deslizamento posicionada a um ângulo grande, os pistões executam um curso longo dentro do tambor do cilindro. Com a placa de deslizamento posicionada a um ângulo pequeno, os pistões executam um curso pequeno dentro do tambor do cilindro. Figura 39 Bomba de pistão axial de volume variável – ―Parker training‖ Variando-se um ângulo da placa de deslizamento, o fluxo de saída da bomba pode ser alterado. Vários meios para variar o ângulo da placa de deslizamento são oferecidos por diversos fabricantes. Estes meios vão desde um instrumento de alavanca manual até uma sofisticada servo válvula. Figura 40 Funcionamento de uma bomba de pistão axial de volume variável – ―Parker training‖ Bombas de pistão axial de pressão compensada As bombas de pistão axial podem também ser feitas com pressão compensada. A placa de deslizamento das bombas está conectada a um pistão que sente a pressão do sistema. Quando a pressão do sistema fica mais alta do que a da mola que comprime o pistão do compensador, o pistão movimenta a placa de deslizamento. Quando esta atinge o limitador mecânico, o seu centro fica alinhado com o tambor do cilindro. Os pistões não se alternam no sistema do cilindro. Isso resulta em ausência de fluxo no sistema. Figura 41 Bomba de pistão axial de pressão compensada – ―Parker training‖ Bombas de pistão axial reversíveis Como foi ilustrado, o deslocamento de uma bomba de pistão axial e, consequentemente, o seu volume de saída, podem ser variados modificando-se o ângulo da placa de deslizamento. Foi também mostrado que a bomba não desenvolverá fluxo quando a placa de deslizamento estiver em posição coaxial com o tambor do cilindro. Algumas placas de deslizamento de bombas de pistão axial têm a capacidade de inverter o ângulo de trabalho. Isto faz com que volumes crescentes e decrescentes sejam gerados nos orifícios opostos. Há reversão de fluxo através da bomba. Figura 42 Ilustrações de uma bomba de pistão axial reversível – ―Parker training‖ Na ilustração da bomba de pistão axial reversível, pode-se ver que os orifícios A e B podem ser tanto um orifício de entrada como de saída, dependendo do ângulo da placa de deslizamento. Isso acontece com o tambor do cilindro girando na mesma direcção. As bombas de pistão axial reversíveis são geralmente usadas em transmissões hidrostáticas. As bombas de pistão axial podem ser de deslocamento variável, de pressão compensada ou de deslocamento variável e reversível. Estas combinações também estão disponíveis com as bombas de pistão de projecto radial e de eixo inclinado. Eficiência volumétrica Enquanto gira a uma velocidade constante, nós geralmente imaginamos que uma bomba de deslocamento positivo libere uma taxa de fluxo constante, seja qual for o sistema de pressão. Isto não é inteiramente verdadeiro. Quando aumenta a pressão do sistema, aumenta o vazamento interno dos vários mecanismos de bombeamento. Isto resulta num fluxo de saída menor. O grau em que isso acontece é conhecido como eficiência volumétrica. A expressão que descreve a eficiência volumétrica é: Por exemplo, se uma bomba específica tivesse uma saída teórica de 40 litros/min a 1.200 rpm, mais uma saída real de 36 litros/min a 70 kgf/cm2, a eficiência volumétrica seria de 90%. Tipicamente, as bombas de pistão têm uma eficiência volumétrica inicial que alcança 90%. Os equipamentos de palheta e engrenagem têm uma eficiência volumétrica que varia de 85% a 95%. Bombas de pistões radiais Neste tipo de bomba, o conjunto gira em um pivô estacionário por dentro de um anel ou rotor. Conforme vai girando, a força centrífuga faz com que os pistões sigam o controle do anel, que é excêntrico em relação ao bloco de cilindros. Quando os pistões começam o movimento alternado dentro de seus furos, os pórticos localizados no pivô permitem que os pistões puxem o fluido do pórtico de entrada quando estes se movem para fora, e descarregam o fluido no pórtico de saída quando os pistões são forçados pelo contorno do anel, em direcção ao pivô. O deslocamento de fluido depende do tamanho e do número de pistões no conjunto, bem como do curso dos mesmos. Existem modelos em que o deslocamento de fluido pode variar, modificando-se o anel para aumentar ou diminuir o curso dos pistões. Existem, ainda, controles externos para esse fim. Figura 43 Operação de uma bomba de pistões radiais – ―Parker training‖ Bombas de lóbulos Figura 44 Bomba de lóbulos – ―www.seltov.com.br‖ As bombas de lóbulos são desenvolvidas especialmente para indústria em geral que necessite um bombeamento tanto para fluídos líquidos como viscosos seguindo as mais severas normas de higiene e de limpeza e que não agite o produto, não correndo o risco de alterar a característica do mesmo. O sistema de bombeamento é composto por dois rotores que giram sem atrito e em baixas velocidades, permitindo até mesmo a utilização com produtos que tenham sólidos em suspensão. Principio de funcionamento Ao girar os lóbulos, cria-se um espaço no lado da sucção, onde o produto entra enchendo a câmara de bombeamento. Por meio da rotação dos eixos, oslóbulos girando em sentidos opostos conduzem o produto para o lado do recalque. http://www.seltov.com.br/ 1.6 RECOMENDAÇÕES DA CONVENÇÃO SOLAS SOBRE BOMBAS Uma vez que o corpo da bomba esteja totalmente preenchido pelo fluido, completa-se a acção do bombeamento que se torna contínuo e assim chamado accionamento positivo. Chama-se accionamento positivo, pois a baixa rotação aplicada nos rotores (lóbulos) empurra o produto sem amassar partículas em suspensão, e sem a agitação de bombas centrífugas convencionais. Figura 45 Funcionamento de uma bomba de lóbulos www.seltov.com.br Regra 21 Dispositivos de bombeamento para esgoto dos porões 1.2 As bombas sanitárias, as de lastro e as de serviço geral podem ser consideradas como bombas de esgoto independentes, accionadas por suas próprias fontes de energia, se estiverem dotadas das conexões necessárias com a rede de esgoto. 1.3 Todas as canalizações da rede de esgoto dos porões, que atravessem ou passem por baixo de carvoeiras ou de tanques de óleo combustível ou que atravessem praças de máquinas ou de caldeiras, inclusive compartimentos onde estão situados tanques de sedimentação de óleo ou bombas de óleo combustível, devem ser de aço ou de outro material conveniente ao caso. 2.2 No mínimo três bombas, accionadas por uma fonte de energia e conectadas ao coletor principal de esgoto, uma das quais podendo ser movimentada pela máquina propulsora, deverão estar instaladas a bordo desses navios. Quando o Critério for 30 ou mais, deverá haver, a bordo, uma bomba independente adicional provida de fonte http://www.seltov.com.br/ de energia independente. 2.3 Sempre que possível, as bombas de esgoto dos porões, accionadas por uma fonte de energia, deverão ser colocadas em compartimentos estanques separados e de maneira tal que uma mesma avaria não venha a alagar esses compartimentos. Se a máquina propulsora, as máquinas auxiliares e as caldeiras estiverem instaladas em dois ou mais compartimentos estanques, as bombas, disponíveis para o serviço de esgoto dos porões, deverão, tanto quanto possível, ser distribuídas por esses diversos compartimentos. 2.4 Nos navios de comprimento igual ou superior a 91,5 m ou cujo Critério seja igual ou superior a 30 todas as medidas necessárias deverão ser tomadas para que pelo menos uma das bombas de esgoto movidas por uma fonte de energia possa ser utilizada normalmente, caso o navio venha a ser alagado no mar. Este requisito será considerado como satisfatório, se: .1 uma das bombas exigidas for uma bomba de emergência de um tipo submersível, aprovado, tendo sua fonte de energia situada em local acima do convés das anteparas; ou se .2 as bombas e suas fontes de energia forem de tal maneira dispostas ao longo do comprimento do navio que uma bomba, pelo menos, situada num compartimento não avariado, possa ser utilizada. 2.5 Cada bomba de esgoto exigida, com excepção das bombas suplementares que poderão ser providas somente para os compartimentos de colisão, deverá ser instalada de maneira tal que poderá aspirar água de um compartimento qualquer cujo esgoto é exigido nos termos do parágrafo 1.1. 2.6 Cada bomba de esgoto movida por fonte de energia, deverá ser capaz de bombear a água através do colector principal de esgoto dos porões numa velocidade, no mínimo, de 2 m/s. As bombas de esgoto dos porões, independentes, accionadas por fonte de energia e situadas no compartimento de máquinas, deverão aspirar directamente desses compartimentos, ressalvando-se que não poderão ser exigidas mais de duas aspirações para qualquer um desses compartimentos. Quando existirem duas ou mais dessas aspirações, dever-se-á prover a instalação, pelo menos, de uma aspiração em cada bordo do costado do navio. A Administração poderá exigir que as bombas de esgoto independentes, accionadas por fonte de energia, e situadas em outros compartimentos, tenham aspirações directas separadas. As aspirações directas deverão ser convenientemente dispostas e as que estiverem situadas num compartimento de máquinas deverão ser de diâmetro não menor do que é exigido para o colector principal de aspiração. 2.7.1 No compartimento de máquinas, além da aspiração ou das aspirações directas, exigidas pelo parágrafo 2.6, deverá haver uma aspiração directa da bomba de circulação principal para drenar o compartimento de máquinas e dotada de válvula de retenção. O diâmetro dessa canalização de aspiração directa deverá ser pelo menos igual a dois terços do diâmetro da canalização de aspiração da bomba, no caso dos navios a vapor, e igual ao da canalização de aspiração da bomba, no caso dos navios a motor. 2.7.2 Se, na opinião da Administração, a bomba principal de circulação não for adequada a tal propósito, uma canalização, para aspiração directa de esgoto de emergência deve ser ligada à maior das bombas independentes accionadas por fonte de energia e aspirando da praça de máquinas; a canalização em causa deve ter o mesmo diâmetro que o da admissão da bomba de esgoto utilizada. A capacidade dessa bomba deverá exceder à da bomba de esgoto de uma quantidade julgada satisfatória pela Administração. 2.8 As aspirações da rede de esgoto dos porões, até suas ligações com as bombas, deverão ser independentes as outras redes do navio. 2.11 Caixas de distribuição, torneiras e válvulas pertencentes ao sistema de esgoto devem estar dispostas de maneira tal que, em caso de alagamento, uma das bombas de esgoto possa fazer o esgoto de qualquer compartimento; além disso, a avaria em uma bomba ou na sua canalização de conexão ao colectar principal, quando ocorrida a uma distância do costado inferior a um quinto da boca do navio, não deverá pôr fora de acção o referido sistema. Se existir somente uma rede de canalizações comum a todas as bombas em causa, as válvulas, necessárias para controlar as aspirações, deverão poder ser comandadas de local situado acima do convés das anteparas. Se além da rede principal de esgoto, existir uma rede de emergência, deverá a mesma ser independente da referida rede principal e estar disposta de maneira tal que uma dessas bombas seja capaz de esgotar, em qualquer condição, qualquer compartimento, que esteja alagado, como especificado no parágrafo 2.1; em tal caso, somente as válvulas, necessárias para a operação da rede de esgoto de emergência, têm que poder ser manobradas de local acima do convés das anteparas. Regra 32 - Caldeiras de vapor e sistemas de alimentação das caldeiras 4 Todo sistema gerador de vapor que preste serviços essenciais à segurança do navio, ou que possa vir a se tornar perigoso no caso de falha de suprimento de água de alimentação, deverá estar provido de não menos do que dois sistemas de alimentação separados, incluindo as bombas de alimentação, observando-se que uma só entrada no tubarão de vapor é aceitável. Quando o excesso de pressão não for evitado pelas próprias características das bombas de alimentação, deverão existir meios para evitar excesso de pressão em qualquer parte desses sistemas. Regra 39 - Localização de instalações de emergência em navios de passageiros Fontes de energia de emergência, bombas de incêndio, bombas de esgoto dos porões, executando-se aquelas que especificamente servem a espaços a vante da antepara de colisão, qualquer sistema fixo de extinção de incêndio exigido pelo capítulo II-2 e outras instalações de emergência essenciais à segurança do navio, exceptuada a máquina de suspender, não deverão ser instaladas a vante da antepara de colisão.
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