TA 631 – OPERAÇÕES UNITÁRIAS I Aula 11: 19/04/2012 BOMBAS

Classificação das bombas As bombas são equipamentos que fornecem energia mecânica a um fluido incompressível. No caso de fluidos compressíveis, esses equipamentos, são denominados ventiladores e compressores (outras operações unitárias). Classificação das bombas Dividem-se em 2 grandes grupos de acordo a forma como a energia é fornecida ao fluido. 1. Bombas cinéticas (centrífugas) 2. Bombas de deslocamento positivo

1. Bombas centrífugas: A energia é fornecida continuamente ao fluido por um rotor, que gira a alta velocidade fornecendo a energia cinética ao fluido que depois é transformada em energia de pressão. O movimento do rotor produz uma zona de vácuo (no centro) e outra de alta pressão (na periferia). O líquido é aspirado pela ação do rotor que gira rapidamente dentro da carcaça. Carcaça Descarga Voluta Sucção Pás Rotor

Corte frontal Corte lateral

Ação radial Ação axial

DESCARGA RADIAL VOLUTA ROTOR

ESTA BOMBA É AXIAL OU RADIAL?

Bomba com difusor: Figura 10.2. Escoamento dentro de uma bomba centrífuga. a) Bomba de voluta simples; b) Bomba com difusor. Após ser impulsionado pelo rotor o fluido escoa através de um conjunto de palhetas fixas (um anel difusor). Aumenta a conversão da energia cinética em energia de pressão (mais do que na bomba de voluta simples).

O fluido é descarregado na voluta (difusor), onde é desacelerado O fluido é descarregado na voluta (difusor), onde é desacelerado. A energia cinética é convertida em energia de pressão. Quanto maior for o número de palhetas menor é a perda por correntes de Eddy (turbulência).

Escoamento Radial: Descarrega o fluido radialmente (para baixas vazões e altas pressões,) Escoamento Axial: Descarrega o fluido axialmente (é adequado para altas vazões e baixas pressões) Misto

Tipos de rotores: Fechado: Para líquidos sem partículas em suspensão. Semi-aberto: Incorpora uma parede no rotor para prevenir que matéria estranha se aloje no rotor e interfira na operação.. Aberto: Vantagem: bombear líquidos com sólidos em suspensão. Desvantagem: desgaste.

Impulsor de uma bomba com sucção dupla Tipos de entrada: Simples: Utilizada em pequenas unidades. Dupla: Quando há entradas simétricas em ambos os lados do impulsor. Nesse caso há melhor distribuição dos esforços mecânicos, além de proporcionar uma área de sucção maior, o que permite trabalhar com uma menor altura positiva na sucção (NPSH; Net Positive Suction Head) e diminui a possibilidade de cavitação. Impulsor de uma bomba com sucção dupla

Número de rotores: Um rotor: Simples estágio Vários rotores: Múltiplos estágios (vários rotores operando em série) que permitem o desenvolvimento de altas pressões

Bomba auto-escorvante A bomba centrífuga deve ser escorvada antes de funcionar. A linha de sucção deve estar cheia de líquido, pois quando tem ar, a pressão desenvolvida é mínima devido à baixa densidade do ar. Dois tipos de escorva Bomba auto-escorvante

As bombas centrífugas podem ser : Fluxo axial: simples ou múltiplo estágio rotor aberto/fechado - Fluxo misto entrada simples auto-escorvante estágio simples - Fluxo radial entrada dupla não-escorvante múltiplo estágio Nos dois últimos casos, o rotor pode ser: aberto, semi-aberto ou fechado.

Vantagens das bombas centrífugas: Construção simples e baixo custo b) Fluido é descarregado a uma pressão uniforme, sem pulsações c) A linha de descarga pode ser estrangulada (parcialmente fechada) ou completamente fechada sem danificar a bomba d) Permite bombear líquidos com sólidos e) Pode ser acoplada diretamente a motores Não há válvulas envolvidas na operação de bombeamento Menor custo de manutenção que outros tipos de bombas Operação silenciosa (depende da taxa de rotação, de não ter sólidos em suspensão e de não cavitar)

Desvantagens das bombas centrífugas: Não servem para pressões muito altas b) Sujeitas à incorporação de ar precisam ser escorvadas c) A máxima eficiência da bomba ocorre dentro de um curto intervalo de vazões d) Não consegue bombear líquidos viscosos (limite 40 cP)

Bomba de turbina regenerativa Também chamada de bomba cinética, ela gera maior pressão que as bombas centrifugas

2. Bombas de deslocamento positivo A energia é fornecida a intervalos, mediante superfícies sólidas móveis, que deslocam porções de fluido desde a sucção até a linha de descarga. A pressão de saída é regulada através de válvulas de descarga unidirecionais. Princípio de funcionamento As bombas de deslocamento positivo liberam um determinado volume de fluido de acordo com a velocidade do sistema. Quando a saída se fecha a pressão aumenta e o fluxo da bomba deve ser dirigido para outro lugar, de maneira que se evite a sobre-pressurização.

Para proteger a bomba, o fluido deve ser desviado por um by-pass, ou por meio da circulação dentro da própria bomba (enviando o fluido da zona de alta pressão (da descarga) para a de baixas pressões ( a sucção). Válvulas de alívio internas: Muitos fabricantes fornecem bombas que incorporam válvulas de alívio internas. Quando uma válvula de alívio interna se aproxima do valor máximo de pressão permitido, se abre e então o fluido se dirige internamente para a zona de sucção. Dessa forma se evita o excesso de pressão que pode danificar a bomba e da tubulação e dos acessórios.

Alívio externo e válvulas de by-pass: No projeto de um sistema de escoamento, quando se utilizam bombas de deslocamento positivo e existe o risco de queda de vazão, é necessário considerar um arranjo de by-pass externo que devolva o líquido para a sucção. Válvula reguladora de pressão A válvula do by-pass abrirá a uma pressão pré-determinada, permitindo que a pressão interna não exceda níveis muito altos e evitando também que a bomba cavite.

As válvulas de alívio internas são projetadas para proteger o sistema por períodos curtos de tempo. Quando o fluido recircula dentro da bomba, a potência introduzida pela bomba se dissipa na forma de calor, aumentando a temperatura do produto. Mesmo se o período de tempo é curto, a temperatura do produto pode subir até o ponto de evaporação na zona de baixas pressões. Quando há cavitação na zona de baixas pressões pode ocorrer a destruição da bomba. Cavitação em uma bomba de deslocamento positivo com dispositivo de segurança temporário.

A cavitação é uma situação que pode ocorrer em qualquer tipo de bomba A cavitação é uma situação que pode ocorrer em qualquer tipo de bomba. Geralmente acontece quando há falta de fornecimento de líquido e a bomba trabalha com uma vazão menor daquela para a qual foi projetada. A cavitação diminui a eficiência, desgasta os metais das pás do rotor, gera vibração mecânica e ruído. As causas comuns da cavitação são a diminuição da pressão de sucção, ou operação a velocidades muito altas. Geralmente o ponto crítico depende da velocidade do rotor. Devem-se consultar os catálogos dos fabricantes para obter esse valor (NPSH). Isso será visto em uma próxima aula.

2.1.1. Bombas tipo pistão, com válvulas de retenção 2.1. Bombas alternativas 2.1.1. Bombas tipo pistão, com válvulas de retenção Linha de descarga Válvulas de retenção Linha de sucção Pistão cilindro Quando o pistão se desloca para a esquerda, a pressão no cilindro se reduz, a válvula de retenção na linha de sucção se abre e o líquido entra. Quando o pistão chega ao final do cilindro, o movimento se inverte e o pistão se desloca para a direita. Aumenta a pressão no cilindro e a válvula de admissão fecha. A pressão aumenta e a válvula de descarga se abre e o líquido sai pressurizado.

2.1.2. Bombas de diafragma Funcionam como bombas de pistão. O movimento é alternativo e provocado por um elemento flexível de metal, borracha ou plástico. É adequada para fluídos tóxicos e corrosivos pois se elimina o contato do líquido com os selos mecânicos.

Bombas de diafragma

2.1.3. Bombas rotativas Na figura abaixo pode-se observar o princípio de funcionamento das bombas rotativas. Dentre as bombas rotativas, a de lóbulos é a mais amplamente usada na indústria de alimentos. a) b) c) Posição 0º: O fluido escoa através do lóbulo superior. O selo é no lóbulo inferior. Posição 90º: O fluido escoa através do lóbulo inferior. O selo é no lóbulo superior. Movimento reverso

Exemplos de bombas rotativas

Bombas sanitárias As bombas sanitárias são especificamente projetadas para manusear alimentos. Consequentemente devem preencher uma série de requisitos para serem adequadas: Acabamento liso. Altamente resistentes à corrosão Facilmente desmontáveis para limpeza Não provocam a formação de espuma O sistema de lubrificação não deve contaminar o alimento O atrito entre as partes internas deve ser mínimo para não haver incorporação de elementos metálicos no alimento

O sistema de selo mecânico deve vedar a carcaça. O desenho mecânico das superfícies deve apresentar curvas suaves, sem espaços mortos, nos quais o alimento possa acumular-se. Bomba de lóbulos sanitária. O sistema de selo mecânico deve vedar a carcaça.

Condições ótimas de utilização das bombas Todas as bombas têm condições ótimas de utilização, ou seja, são mais adequadas para um determinado tipo de fluido, em uma faixa de pressão e a uma dada vazão volumétrica. As bombas centrífugas são construídas de modo a fornecerem uma ampla faixa de vazões, desde uns poucos l/min até 3.104 l/min. Mas a faixa de operação de uma bomba é estreita. As pressões de descarga podem atingir até dezenas de mca. Elas trabalham com líquidos límpidos, líquidos com sólidos inclusive abrasivos e corrosivos ou frágeis, desde que o líquido não seja muito viscoso (40 cP ou 400 centiStokes de viscosidade cinemática). 1 Stoke = 100 centiStokes = 1 cm2/s = 0.0001 m2/s).

As bombas alternativas de pistão só podem ser utilizadas para deslocamento de fluidos clarificados e limpos, não podendo manusear fluidos abrasivos. São utilizadas para altas pressões, que somente são alcançadas para esses tipos de bombas, porém fornecem baixas vazões. Por outro lado, as bombas de diafragma e as peristálticas são específicas para líquidos corrosivos, soluções alcalinas, polpas, líquidos biológicos, dosagem de volumes, etc.. As bombas rotativas são especificamente indicadas para fluidos viscosos, porém não abrasivos. Por isso são usadas, especialmente, com sucos concentrados, chocolate e geléias.

Algumas características das bombas: Centrifuga radial Centrifuga axial Rotatória, parafuso, engrenagens Alternativas Vazão na descarga Estacionária Pulsante NPSH: altura de sucção máxima permitida 5 m 6,5 m Líquidos Claros, limpos Abrasivos, partículas solidas Viscosos não abrasivos Limpos e claros Faixa de pressão Baixa, média e pouco alta Baixa Baixa- Média Baixa até máxima Faixa de vazão Pequena - máxima Pequena - média Pequena Pouco viscosos

Em caso de dúvidas consulte aos fornecedores ou aos fabricantes Procure e use os catálogos.