Disciplina: ME67B – Máquinas de Fluxo

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1 Disciplina: ME67B – Máquinas de Fluxo
Aula 01

2 Máquinas de Fluxo - História
As primeiras máquinas de fluxo desenvolvidas foram rodas de conchas – datam de aproximadamente 1000 AC. - e bombas de parafusos (Archimedes’s screw pump) para elevação de água.

3 Máquinas de Fluxo As máquinas de fluxo podem ser classificadas, de modo amplo, como máquinas de deslocamento positivo ou como máquinas dinâmicas. Máquinas de deslocamento positivo: a transferência de energia é feita por variações de volume que ocorrem devido ao movimento da fronteira na qual o fluido está confinado. Exemplos: Dispositivos do tipo cilindro-pistão; Bombas de engrenagens.

4 Máquinas de Fluxo

5 Alternativas Rotativas Simplex Acionadas por vapor Duplo efeito Pistão
Duplex Acionadas por motores de combustão interna ou elétricos Simples Efeito Duplo efeito Simplex Duplex Triplex Multiplex Alternativas Diafragma Acionadas por fluido ou mecanicamente Simples Efeito Duplo efeito Simplex Multiplex Deslizantes Oscilantes Flexíveis Palhetas Pistão rotativo Elemento flexível Parafuso simples Um só rotor Rotativas Exteriores Interiores Engrenagens Rotor lobular Pistões oscilatórios Parafusos Rotores múltiplos Duplos Múltiplos

6 Máquinas de Fluxo – Máquinas de Deslocamento Positivo
Características gerais das bombas alternativas: Líquidos muito viscosos e voláteis; Pressões muito altas; Vazão de baixa a moderada; Características gerais das bombas rotativas: Operam com pressões moderadas; Fornecem vazões quase constantes; Utilizadas no bombeamento de fluidos muito viscosos.

7 Máquinas de Fluxo – Máquinas de Deslocamento Positivo Vs Máquinas Dinâmicas

8 Máquinas de Fluxo – Máquinas Dinâmicas
Máquinas dinâmicas: direcionam o fluxo com lâminas ou pás, as quais são fixadas em um elemento rotativo (também são chamadas de turbomáquinas). Em contraste com as máquinas de deslocamento positivo, não há volume confinado em uma turbomáquina. Exemplos: Turbinas; Bombas centrífugas.

9 Máquinas de Fluxo – Máquinas Dinâmicas
Máquinas para extrair trabalho ou potência: as máquinas para extrair energia de um fluido na forma de trabalho (ou potência) são chamadas de turbinas.

10 Máquinas de Fluxo – Máquinas Dinâmicas
Máquinas para realizar trabalho sobre um fluido: as máquinas que adicionam energia a um fluido são denominadas bombas, quando o escoamento é líquido ou pastoso e, ventiladores, sopradores ou compressores em unidades que lidam com o ar ou vapor, dependendo da pressão.

11 Máquinas de Fluxo – Máquinas Dinâmicas

12 Disciplina: ME67B – Máquinas de Fluxo
Aula 02

13 Máquinas de Fluxo – Bombas Centrífugas
Nomenclatura: Bombas centrífugas – Definição; Bombas centrífugas – Princípio de operação; Potência; Perdas de Carga; Diâmetro da Tubulação; Tubulação; Curvas Características de Bombas Centrífugas; Método de Seleção de Uma Bomba.

14 Nomenclatura Altura de sucção: Desnível geométrico (altura em [m]), entre o nível dinâmico da captação e o bocal de sucção da bomba. Altura de recalque: Desnível geométrico (altura em [m]), entre o bocal de sucção da bomba e o ponto de maior elevação do fluido até o reservatório. Altura manométrica total: Altura total exigida pelo sistema. Leva-se em consideração os desníveis geométricos de sucção e recalque e a perda de carga.

15 Nomenclatura Nível estático: Distância vertical em [m], entre a borda do reservatório de sucção e o nível da água, antes do início do bombeamento. Nível dinâmico: Distância vertical em [m], entre a borda do reservatório de sucção e o nível mínimo da água, durante o bombeamento. Cavitação: Ocorre quando a pressão no fluido no interior da bomba atinge valores iguais ou inferiores a pressão de vapor do mesmo.

16 Nomenclatura NPSH: Net Positive Suction Head.
NPSH Disponível: Pressão absoluta por unidade de peso do fluido existente na sucção da bomba – este valor é característico do sistema. NPSH Requerido: Pressão absoluta mínima por unidade de peso, a qual deverá ser superior a pressão de vapor do fluido bombeado na sucção da bomba (entrada do rotor) – este valor é fornecido pelo fabricante da bomba. O NPSH Disponível deve ser sempre maior do que o NPSH Requerido:

17 Nomenclatura Válvula de pé: uma válvula instalada na extremidade da captação de uma bomba aspirada, com a função de impedir o retorno do fluido mantendo o conduto de sucção cheio, ou seja, escorvado. Crivo: Grade ou filtro de sucção, normalmente acoplado a válvula de pé. Válvula de retenção: Válvula de sentido único colocada na tubulação de recalque para evitar o golpe de aríete.

18 Nomenclatura Golpe de aríete: Impacto sobre todo o sistema hidráulico causado pelo retorno da água existente na tubulação de recalque quando a bomba para de funcionar. O golpe de aríete pode danifica a tubulação, seus componentes e até mesmo componentes da bomba.

19 Nomenclatura

20 Bombas Centrífugas - Definição
As bombas centrífugas podem ser subclassificadas com relação a direção do fluxo: Centrífugas (radial puro); Fluxo misto: Helicoidais; Diagonais. Fluxo axial.

21 Bombas Centrífugas - Definição
As bombas centrífugas podem ser subclassificadas com relação a direção do fluxo: Centrífugas (radial puro); Quando a direção do fluido bombeado é perpendicular ao eixo de rotação. Fluxo misto; inclinada em relação ao eixo de rotação. Fluxo axial; paralela em relação ao eixo de rotação.

22 Bombas Centrífugas - Definição

23 Bombas Centrífugas - Definição

24 Bombas Centrífugas - Definição
A configuração básica de uma bomba centrífuga compreende: Rotor, Eixo e Carcaça. O rotor também chamado impulsor ou impelidor, é um disco de formato cônico dotado de pás, que pode ser fechado ou aberto. O eixo é o elemento responsável pela transferência de energia mecânica do motor para o rotor; A carcaça é o corpo da bomba, o qual tem como finalidade direcionar o fluido para a tubulação de recalque.

25 Bombas Centrífugas - Definição
O rotor pode ser fechado, semiaberto ou aberto, dependendo do tipo de fluido a ser bombeado. Rotor semiaberto Rotor aberto Rotor fechado

26 Bombas Centrífugas - Definição
Bomba centrifuga radial: Apropriada para pressões menores e vazões maiores. Bomba centrifuga axial: Apropriada para vazões menores e pressões maiores.

27 Bombas Centrífugas - Definição
O eixo: A função do eixo é de transmitir o torque do acionador ao rotor. O eixo é projetado para que tenha uma deflexão máxima pré-estabelecida quando em operação, evitando-se desta forma que as folgas entre as peças rotativas e estacionárias se alterem em operação.

28 Bombas Centrífugas - Definição
A carcaça: envolve o rotor, direcionando o fluido para a tubulação de recalque.

29 Bombas Centrífugas - Definição
Bomba centrifuga com difusor: Neste tipo de bomba centrifuga, o fluido escoa através de uma série de palhetas fixas que formam um anel difusor. Isso aumenta a conversão da energia cinética em energia de pressão (mais do que em uma bomba com uma voluta simples).

30 NPSH e Cavitação Defini-se NPSH como a altura total de sucção referida à pressão atmosférica local existente no centro da conexão de sucção, menos a pressão de vapor do líquido.

31 NPSH da Bomba Vs NPSH da instalação
NPSH e Cavitação NPSH da Bomba Vs NPSH da instalação É comum desmembrar-se o NPSH em dois outros termos: NPSH Disponível (NPSHd): Pressão do fluido na entrada da bomba menos a pressão de vapor do mesmo. O NPSHd é calculado por que dimensiona o sistema. NPSH Requerido (NPSHr): É uma característica da bomba. Pode ser visto como um termo referente às perdas no interior da bomba. O NPSHr é fornecido pelo fabricante.

32 NPSH da Bomba Vs NPSH da instalação
NPSH e Cavitação NPSH da Bomba Vs NPSH da instalação Para o bom funcionamento da bomba, deve-se sempre garantir que:

33 NPSH da Bomba Vs NPSH da instalação
NPSH e Cavitação NPSH da Bomba Vs NPSH da instalação

34 NPSH da Bomba Vs NPSH da instalação
NPSH e Cavitação NPSH da Bomba Vs NPSH da instalação

35 NPSH da Bomba Vs NPSH da instalação
NPSH e Cavitação NPSH da Bomba Vs NPSH da instalação EXEMPLO Suponhamos que uma bomba de modelo hipotético seja colocada para operar com 35 mca de AMT, vazão de 32,5 m³/h, altura de sucção de 2 m e perda por atrito na sucção de 1,5 mca. A altura em relação ao nível do mar onde a mesma será instalada é de aproximadamente 600 m, e a temperatura da água é de 30 °C. Observando a curva característica da bomba em questão, esta funcionará normalmente?

36 NPSH da Bomba Vs NPSH da instalação
NPSH e Cavitação NPSH da Bomba Vs NPSH da instalação