MÁQUINAS DE FLUXO Carlos Santana Eng. Mecânico SENAI CIMATEC Engenharia Mecânica.

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1 MÁQUINAS DE FLUXO Carlos Santana Eng. Mecânico SENAI CIMATEC Engenharia Mecânica

2 Máquinas de Fluxo PROGRAMA AMT - ALTURA MANOMÉTRICA TOTAL CAVITAÇÃO NPSH – NET POSITIVE SUCTION HEAD - REQUERIDO - DISPONÍVEL

3 Máquinas de Fluxo Altura manométrica total (AMT) A Altura Manométrica Total (AMT) é também conhecida pelos nomes Carga da bomba Head (em inglês), mcl (metros de coluna de líquido) mca (metros de coluna d´água É a energia cedida pela bomba por unidade de massa do líquido bombeado. Mas usualmente é usada como energia cedida por unidade de peso.

4 Máquinas de Fluxo Na seleção de bombas centrífugas é mais comum usar AMT do que a pressão AMT é fixa, independe do líquido bombeado enquanto a pressão irá variar de acordo com o líquido. Pode-se entender a AMT como a energia fornecida pela bomba expressa sob a forma de altura de coluna de líquido (por isso mcl). Para cada vazão, a bomba centrífuga fornece uma AMT Nas bombas de deslocamento positivo não se usa AMT e sim a pressão, que é dada pelo sistema. AMT = energia cedida por uma bomba para uma determinada vazão, o cálculo é feito pela diferença de energias existentes entre a descarga e a sucção da bomba Altura manométrica total (AMT)

5 Máquinas de Fluxo Altura manométrica total (AMT)

6 Máquinas de Fluxo Medindo a AMT fornecida por uma bomba centrífuga para algumas vazões diferentes de uma bomba centrífuga radial para um determinado diâmetro de impelidor. Altura manométrica total (AMT) Se a mesma bomba puder usar diversos modelos de impelidores, eles também deverão ser identificados no gráfico

7 Máquinas de Fluxo A energia por unidade de peso de um líquido escoando (ou altura manométrica) em um determinado ponto da tubulação é composta pela soma da energia de três parcelas: E V - energia cinética (velocidade) E P - energia de pressão, E POT energia potencial (de altura) em relação a um plano horizontal. A expressão dessas energias, em metros, é dada por: ENERGIA TOTAL = E V + E P + E POT Altura manométrica total (AMT) V – Velocidade de escoamento (m/s) g – Aceleração da gravidade 9,81m/s 2 (no nível do mar) P – Pressão em kgf/cm 2  – Peso específico do líquido em gf/cm 3 (igual à densidade) h - Altura do líquido em relação a um plano horizontal de referência (hd e hs)

8 Máquinas de Fluxo Altura manométrica de sucção (calculada no flange de sucção) Altura manométrica de descarga (calculada no flange de descarga) A energia cedida pela bomba (AMT) para a vazão em questão será igual à diferença entre as energias na descarga e na sucção Altura manométrica total (AMT)

9 Máquinas de Fluxo As velocidades usuais de escoamento na sucção e na descarga das bombas costumam ser inferiores a 3 m/s. Estas velocidades podem ser facilmente obtidas, dividindo-se a vazão pela área interna da respectiva tubulação. Altura manométrica total (AMT)

10 Máquinas de Fluxo Quando a diferença entre Pd e Ps é maior que 3 kg/cm 2, as parcelas de energia de velocidade E V e de altura E POT ( hd e hs), geralmente da ordem de 0,30 m ou 0,40 m, ficam pequenas em relação à parcela da energia de pressão. Portanto, numa primeira aproximação, podem ser desconsideradas para efeito de avaliação rápida de campo Altura manométrica total (AMT)

11 Máquinas de Fluxo 1.Desprezando perdas de carga na tubulação, a diferença de altura H entre os níveis dos reservatórios 1 e 2 seria equivalente à AMT fornecida pela bomba. 2.À medida que se eleva o reservatório 2 (aumentando o H ou a AMT), a vazão da bomba seria reduzida. 3.Existe uma altura na qual a bomba não mais conseguirá bombear, portanto vazão nula. 4.Na curva da bomba, vazão nula corresponde a uma AMT total da bomba 5.Corresponde ao shutoff da bomba. Altura manométrica total (AMT)

12 Máquinas de Fluxo Tendo a curva da bomba, calculando a AMT, estima-se a vazão, ou o inverso: sabendo a vazão, pode-se obter a AMT Altura manométrica total (AMT)

13 Máquinas de Fluxo Independe do fluido a curva AMT x vazão é válida para qualquer fluido. Essa curva caracteriza a bomba, CURVA CARACTERÍSTICA Exceção: líquidos com viscosidade alta - tem um atrito muito elevado, necessitam de fatores de correções, a curva é modificada Altura manométrica total (AMT) Observação: A altura da coluna de líquido (AMT) que a bomba fornece é igual para os fluidos, porém a uma pressão diferente para cada fluido, devido ao seu peso específico (ou densidade).

14 Máquinas de Fluxo Altura manométrica total (AMT)

15 Máquinas de Fluxo Desgaste da bomba modifica a curva de AMT x vazão (afastada da curva prevista). Medidor de vazão e manômetros aferidos, um na sucção e outro na descarga, pode-se fazer uma avaliação do seu estado. Não há necessidade de levantar toda a curva, basta um ponto. Na falta de indicador de vazão, ou não confiável, mede-se a pressão na condição de vazão nula (shutoff), ou seja, com a válvula de descarga fechada. Importante: Cuidado para evitar que o líquido no interior da bomba venha a aquecer e acabe vaporizando. O teste deve ser bem rápido. Produtos com condições próximas da vaporização não é aconselhável Altura manométrica total (AMT)

16 Máquinas de Fluxo Exercício Uma bomba centrífuga, com curva característica de AMT abaixo, bombeando gasolina (densidade = 0,75 gf/cm 3 ) com a vazão de 70 m 3 /h, apresenta na sucção a pressão de 1,4 kg/cm 2 e na descarga, 7,8 kgf/cm 2. Avaliar se a bomba está em bom estado.

17 Máquinas de Fluxo Solução Calculando a AMT. Entrando com a vazão de 70 m 3 /h, encontramos 86 m para AMT, valor bem próximo dos 85,3 m verificados. Logo, a bomba pode ser considerada em bom estado Altura manométrica total (AMT)

18 Máquinas de Fluxo Exercício : Estimar a vazão de uma bomba cuja curva característica de AMT x Q é a mesma anterior Considerar que: A bomba está em bom estado Pressão medida na sucção é 2,5 kgf/cm 2 Pressão medida na descarga é 8,9 kgf/cm 2 A densidade do líquido é de 0,8 A viscosidade é baixa. Altura manométrica total (AMT)

19 Máquinas de Fluxo Solução Entrando na curva AMT = 80 m, obtemos a vazão Q = 90m 3 /h, a bomba pode ser considerada em bom estado Altura manométrica total (AMT)

20 Máquinas de Fluxo PERDA DE AMT DEVIDO AO DESGASTE INTERNO DA BOMBA. Com desgaste a vazão fica dependente – das folgas dos anéis de desgaste, – do estado do impelidor – da carcaça. Altura manométrica total (AMT) Ex.: AMT de 80 m Vazão de 90 m 3 /h reduz para 78 m 3 /h.

21 Máquinas de Fluxo Alguns sintomas podem ocorrer quando uma bomba centrífuga está funcionando Forte ruído (bombeando pedras). Vibração elevada (ponteiros dos manômetros oscilam). Pressão de descarga e a vazão ficam prejudicadas. Danos nos impelidores Casos mais severos, a bomba pode perder a escorva e deixar de bombear Há fortes indícios de um fenômeno chamado de cavitação Os efeitos da cavitação dependem: do tempo de duração; da intensidade da cavitação; da propriedade do líquido e resistência do material à erosão por cavitação Atenção estes sintomas podem ser decorrentes da recirculação interna ou da entrada de gases no líquido. Sintomas são bastante semelhantes mas as soluções são distintas Cavitação - NPSH disponível - NPSH requerido

22 Máquinas de Fluxo Bombas de porte médio e grande com rotores largos, operando com vazões reduzidas, podem ficar sujeitas ao problema da recirculação hidráulica. Quando a bomba opera nestas condições, parte do fluido que entra no rotor, retorna para a sucção. As conseqüências são: Diminuição do rendimento; Aumento do empuxo radial; Aumento do empuxo axial; A recirculação provoca vibrações, ruídos e danos ao rotor; Elevação da temperatura da bomba

23 Máquinas de Fluxo Alteração das curvas características; devido à diferença de voluma específico entre o líquido e o vapor, bem como pela turbulência gerada pelo fenômeno da cavitação. Cavitação - NPSH disponível - NPSH requerido

24 Máquinas de Fluxo Dano no material; choque continuo das bolhas contra as pás do impelidor, desgastam o material e alteram as condiciões normais de operação especificadas pelo fabricante. Segundo vários estudos experimentais, a freqüência do ciclo de choque é de 25.000 ciclos por segundo, ou em função de grandeza de 1000 atmosfera de pressão contra o impelidor Filme demonstrando Cavitação : Cavitation - Easily explained!.mp4 Cavitação - NPSH disponível - NPSH requerido

25 Máquinas de Fluxo 1. Vaporização do líquido no interior da bomba origina bolhas de vapor. 2. As bolhas de vapor são impulsionadas pelo impelidor e também arrastadas pelo líquido. 3. Ao atingir regiões com maior pressão há colapso, retornando à fase líquida. 4. Ocorre ruído e vibração Cavitação Quando as bolhas de vapor retornam à fase líquida, o volume ocupado pelo líquido é muito inferior ao do vapor. Instantaneamente, fica um vazio que será preenchido pelo líquido, criando um jato de líquido

26 Máquinas de Fluxo Quando um líquido vaporiza, há um aumento considerável de volume, e quando ele condensa, ocorre o inverso, uma redução considerável do volume. Abaixo uma tabela com o volume específico da água saturada e do vapor em equilíbrio para diversas temperaturas

27 Máquinas de Fluxo O ruído e a vibração não são provenientes da vaporização, mas da implosão das bolhas. A cavitação causa um ruído acentuado, desgaste no impelidor, vibração, oscilação das pressões, perda de vazão e de pressão. O desgaste no impelidor é na parte visível da sucção, logo no início das pás. Esses mesmos fenômenos acontecem quando se tem recirculação interna e entrada de gases na bomba. A principal solução para a cavitação é AUMENTAR A PRESSÃO DE SUCÇÃO, ou seja, aumentar o NPSH disponível. Cavitação

28 Máquinas de Fluxo CAVITAÇÃO

29 Máquinas de Fluxo Cavitação - NPSH disponível - NPSH requerido PRESSÃO DE VAPOR: pressão de vapor de um líquido a uma dada temperatura é aquela à qual o líquido coexiste em sua fase líquida e vapor.

30 Máquinas de Fluxo Cavitação - NPSH disponível - NPSH requerido PRESSÃO DE VAPOR: pressão de vapor de um líquido a uma dada temperatura é aquela à qual o líquido coexiste em sua fase líquida e vapor.

31 Máquinas de Fluxo Cavitação - NPSH disponível - NPSH requerido

32 Máquinas de Fluxo Um líquido pode atingir a pressão de vapor mantendo-se a temperatura constante e reduzindo-se a pressão (1– 2). Pode-se também manter a pressão constante e aumentar apenas a temperatura (1– 4), ou alterar a pressão e a temperatura simultaneamente (1– 3 ou 1– 5). A vaporização também pode ocorrer com a redução da temperatura, como mostrado em (1– 6). Numa bomba centrífuga até a entrada das pás do impelidor, o líquido ainda não recebeu energia, logo, ainda não aqueceu. Se vaporizar nessa região, será numa temperatura próxima da de sucção da bomba; portanto, deve ser pelo processo 1– 2, em que só a queda de pressão contribui A pressão de vapor de um líquido é sempre expressa em valores de pressão absoluta: por exemplo, kgf/cm 2 A, barA, psia etc. Para sabermos se um líquido está na eminência de vaporizar, deve-se comparar a pressão de vapor com a pressão absoluta do líquido e não com sua pressão manométrica. A pressão absoluta é obtida somando-se a pressão indicada pelo manômetro (pressão relativa ou manométrica) à pressão atmosférica local Cavitação - NPSH disponível - NPSH requerido

33 Máquinas de Fluxo Para cada vazão, a bomba requer uma energia mínima por unidade de peso do líquido bombeado no flange de sucção (pressão e velocidade) para evitar que a pressão interna do líquido caia abaixo da pressão de vapor, provocando a vaporização no seu interior. Essa energia no flange de sucção recebe o nome de NPSH requerido pela bomba. Equivalente a altura livre positiva de sucção Os fabricantes, por meio de cálculos e de testes de bancada, fornecem a curva do NPSH requerido versus vazão. ATENÇÃO: o NPSH requerido é sempre determinado para água fria, expresso em metros de coluna d’água, e crescente com a vazão. NPSH = Net Positive Suction Head = valor da altura manométrica de sucção positiva líquida. O termo “net = líquida” é a diferença entre a energia disponível e a da pressão de vapor. O termo “positiva” indica que essa diferença TEM DE SER POSITIVA, senão o líquido vaporizará. O termo “líquida” é o mesmo que se usa para cargas quando falamos em peso bruto e peso líquido. O NPSH é equivalente a uma AMT head ou carga. Cavitação - NPSH disponível - NPSH requerido

34 Máquinas de Fluxo O NPSH disponível é função apenas do sistema no qual a bomba se encontra instalada. Energia necessária para vencer as perdas de carga desde o flange de sucção até as pás do rotor, no ponto onde o líquido recebe o incremento de velocidade. NPSH é calculado no flange de sucção da bomba com referência a um plano horizontal No caso das bombas horizontais, o plano é o que passa pela linha de centro do impelidor. Nas bombas in-line e nas verticais, o plano é na linha de centro do flange de sucção NPSH disponível na fase de projeto: P rs – pressão no reservatório de sucção (kgf/cm²) P atm – pressão atmosférica local (kgf/cm²) P v – pressão de vapor do líquido na temperatura de bombeamento (kgf/cm²) H geos – altura geométrica de sucção (positiva ou negativa) (m) H p – perdas de carga na sucção(m) γ – peso específico do fluido na temperatura de bombeamento (kgf/m³)

35 Máquinas de Fluxo Outra forma de calcular: Cavitação - NPSH disponível - NPSH requerido P rs – pressão no reservatório de sucção (kgf/cm²) P atm – pressão atmosférica local (kgf/cm²) P v – pressão de vapor do líquido na temperatura de bombeamento (kgf/cm²) V s – velocidade do fluxo no flange de sucção (m/s) Z s –distância entre as linhas de centro da bomba e do manômetro (m) g – aceleração da gravidade γ – peso específico do fluido na temperatura de bombeamento (kgf/dm³)

36 Máquinas de Fluxo Esta equação é composta de três fatores Energia de pressão na sucção acima da pressão de vapor Energia cinética – velocidade de sucção Correção da pressão de sucção – hs medida na linha de centro no impelidor Variando a vazão apenas dois itens são alterados. Quais são? Velocidade de sucção e pressão de sucção Aumento da vazão aumento de velocidade aumenta a perda de carga entre o reservatório de sucção e a bomba reduz a pressão de sucção A perda de energia com a redução da pressão de sucção é maior que o ganho de velocidade NPSH disponível diminui com o aumento da vazão Calculo - NPSH disponível

37 Máquinas de Fluxo NPSH

38 Máquinas de Fluxo Calculo - NPSH disponível

39 Máquinas de Fluxo Para uma bomba funcionar sem haver vaporização do fluido NPSH disponível > NPSH requerido Se essa condição não existir CAVITAÇÃO Como saber qual a vazão máxima para trabalhar sem cavitar? Curvas de NPSH requerido x vazão Curvas de NPSH disponível x vazão Calculo - NPSH disponível – NPSH requerido

40 Máquinas de Fluxo NPSH requerido O NPSHreq é uma característica da bomba – pode ser determinado por testes de laboratório ou cálculo hidráulico, devendo ser informado pelo fabricante do equipamento. É a energia necessária para vencer as perdas de carga desde o flange de sucção até as pás do rotor, no ponto onde o líquido recebe o incremento de velocidade. NPSHreq é a energia do líquido que a bomba necessita para seu funcionamento interno. É fornecido em metros de coluna de água (mca). Para uma determinada vazão é a energia mínima total (pressão + velocidade) por unidade de peso no flange de sucção da bomba para que não ocorra vaporização no seu interior. Como o ponto de menor pressão é o 4 (antes das pás), o NPSH requerido será a diferença entre a energia total na sucção (pressão + velocidade) e o valor da pressão nesse ponto. Pode-se dizer também que o NPSH requerido para uma vazão é a soma da perda de carga entre o flange de sucção e o ponto 4 com a energia de velocidade no flange de sucção (V 2 /2g). NPSH req = V 2 /2g + perda de carga (flange sucção – ponto menor pressão) NPSH disponível x NPSH requerido

41 Máquinas de Fluxo NPSH disponível x NPSH requerido Pode-se calcular o NPSH requerido através de fórmulas empíricas, quando não houver registro das características da bomba.

42 Máquinas de Fluxo NPSH disponível x NPSH requerido Um método teórico para avaliação do NPSHr pode ser obtido através do número de Thoma (σ), também conhecido como coeficiente ou fator de cavitação. O número de Thoma é obtido através de gráficos em função da rotação específica n q, que pode ser obtida conforme indicado

43 Máquinas de Fluxo NPSH disponível x NPSH requerido

44 Máquinas de Fluxo NPSH disponível x NPSH requerido Vimos anteriormente que o coeficiente de cavitação ou número de Thoma( σ ) depende da velocidade específica da bomba. Estabeleceu-se a dependência entre essas duas grandezas através de um parâmetro denominado velocidade específica de sucção, representado pela letra S. S→velocidade específica de sucção n →rotação (rpm) Q →vazão (m³/h)

45 Máquinas de Fluxo NPSH disponível NPSH disponível para uma determinada vazão, é a energia total (de pressão + de velocidade) por unidade de peso que o sistema disponibiliza no flange de sucção da bomba acima da pressão de vapor. É uma característica do sistema no qual a bomba trabalha e da pressão de vapor do produto na temperatura de trabalho NPSH disponível x NPSH requerido

46 Máquinas de Fluxo Curva de NPSH requerido pela bomba. O sistema no qual a bomba se encontra instalada irá disponibilizar para cada vazão uma energia no flange de sucção da bomba. Essa energia sob a forma de energia absoluta (com pressão absoluta e velocidade), disponibilizada no flange de sucção da bomba, acima da pressão de vapor, é denominada NPSH disponível. É sempre expresso em metros ou em pés de coluna de líquido bombeado Cavitação - NPSH disponível - NPSH requerido Recirculação interna Influência do sistema

47 Máquinas de Fluxo O líquido só irá vaporizar se a linha de pressão absoluta cair abaixo da pressão de vapor NPSH disponível x NPSH requerido

48 Máquinas de Fluxo Exercício Uma bomba trabalhando ao nível do mar com a vazão de 60 m 3 /h bombeia água a 70 o C (água = 0,98 gf/cm 3 ). A pressão indicada no manômetro de sucção é negativa de 0,5 kgf/cm 2. O manômetro está 30 cm acima da linha de centro do impelidor. A tubulação em que está situado o manômetro é de 4"sch 40. O fabricante informa que, para a vazão de 60 m 3 /h, o NPSH requerido é 2,5 m. Analisar se teremos vaporização do líquido no interior da bomba NPSH disponível x NPSH requerido

49 Máquinas de Fluxo Solução Para sabermos se haverá vaporização, devemos comparar o NPSH disponível com o NPSH requerido Dados: Ps = – 0,5 kgf/cm 2 h = 30cm = 0,30m água = 0,98 gf/cm 3 Q = 60 m 3 /h T = 70ºC Tub = 4"sch 40 NPSH requerido = 2,5 m Patm = 1,033 kgf/cm 2 (nível do mar) NPSH disponível = ? determinação da pressão de vapor do líquido – ver tabela NPSH disponível x NPSH requerido

50 Máquinas de Fluxo Solução água (linha 26) com 70 o C (Pvap = 0,3 bar). (a pressão de vapor correta para água a 70 o C é 0,312 barA).

51 Máquinas de Fluxo Solução Pv = 0,3 bar a x 1,02 kgf/cm 2 = 0,306 kgf/cm 2 a tubo 4"sch 40 (área = 82 cm 2 ). velocidade de escoamento Vs = 2,78 x Q / A = 2,78 x 60 / 82 = 2,03 m/s NPSH disponível

52 Máquinas de Fluxo Solução Teoricamente não haverá evaporação. NPSH disp – NPSH req = 0,3 m, margem bem pequena, pode ser que o problema ocorra. Seria interessante uma margem maior. Utiliza-se na prática, que a margem entre o NPSHr e o NPSHd, deve ser no mínimo de 10 a 15%, porém não inferior que 0.5m.(recomendação KSB) (recomendação SCHNEIDER) Assim sendo, os valores de NPSHr informados pelo fabricante, são baseados no seguinte: Na queda de pressão, desde o flange de sucção até a pá do rotor. Na linha de centro da bomba.

53 Máquinas de Fluxo Solução Teoricamente não haverá evaporação. NPSH disp – NPSH req = 0,3 m, margem bem pequena, pode ser que o problema ocorra. Seria interessante uma margem maior. CURVA DE AMT X VAZÃO DE UMA BOMBA CAVITANDOPonto 1 – condição normal Ponto 2 – cavitação – perda de Vazão e AMT devido a bolhas Normals utilizam queda de AMT para determinar NPSHreq API 610 define NPSHreq para uma determinada vazão com a que leva a uma queda de 3% na AMT bombeando água fria. Usa-se uma bancada de teste

54 Máquinas de Fluxo NPSH disponível x NPSH requerido Teste em bancada Ajusta-se para uma vazão para qual se quer calcular o NPSH e uma pressão de sucção que resulta NPSH disponível alto bem superior ao NPSH requerido sem cavitar. Determina-se a AMT fornecida para esta vazão. Reduz-se o NPSH disponível A cada redução ajusta-se a vazão e mede-se a AMT Os valores são plotados num gráfico

55 Máquinas de Fluxo Pela equação o valor do NPSH disponível pode ser alterado por – Ps : pressão de sucção – Pvap : pressão de vapor – Peso específico Vs não altera – vazão está constante - g também não muda - h também não muda As bancadas de teste utilizam três métodos: Restringindo a válvula de sucção. Reduzindo o nível do reservatório de sucção. Aumentando o vácuo no vaso de sucção (válido, somente, quando o teste é realizado em circuito fechado). NPSH disponível x NPSH requerido

56 Máquinas de Fluxo Um outro modo de baixar o NPSH disponível seria aumentar a temperatura do líquido na sucção, o que elevaria a pressão de vapor Pvap conseqüentemente, reduziria o NPSH disponível. Variando a temperatura, também o peso específico do líquido. Esse método não é muito usado, prevalecendo o da redução de pressão na sucção Com o NPSHdisp = NPSHreq, a bomba já estará cavitando, embora com pequena intensidade. Chama-se cavitação incipiente. Não se nota a perda de desempenho, mas já há danos no impelidor Por esse motivo, é sempre desejável manter uma margem de NPSH, que alguns definem como diferença (NPSHdisp – NPSHreq) e outros, como a relação (NPSHdisp/NPSHreq). NPSH disponível x NPSH requerido

57 Máquinas de Fluxo Colocando as curvas de NPSH disponível e do requerido num mesmo gráfico, o NPSH disponível no flange da bomba cai com o aumento de vazão, enquanto o NPSH requerido aumenta com a vazão. Logo, quanto maior a vazão, menor a margem de NPSH. O ponto de cruzamento das duas curvas fornece a vazão máxima teórica com que a bomba pode trabalhar sem cavitar NPSH disponível x NPSH requerido

58 Máquinas de Fluxo Questões 1 – O que vem a ser AMT? Com que outros nomes é também conhecida? Como se calcula? 2 – Quais os 3 tipos de energia presentes na AMT? Como são numericamente calculadas? 3 – Para efeito de avaliação rápida de campo, numa primeira aproximação, quando a diferença entre as pressões de sucção e descarga for maior que 3 kg/cm2, desprezam-se as energias de velocidade e de cotas, como se calcula a AMT? 4 – O que é cavitação? Como ocorre? Quais são os sintomas que podem evidenciar esse fenômeno? Quais as consequências? 5 – O que é NPSH requerido? O que é NPSH disponível? Considerando estes dois fatores, qual a condição para ocorrer a cavitação? 6 – Como se faz para reduzir o NPSH disponível? Na prática qual o melhor meio? 7 – Qual o componente da bomba que mais sofre com a cavitação e em que região do mesmo ocorre o maior desgaste?

59 Máquinas de Fluxo A curva da bomba mostrada na figura deve operar em um sistema bombeamento de água. O sistema apresenta uma curva característica dada por: H = 30 + 0,035 Q 2 (m³/h ) (a)Mostre na figura o ponto de operação. (b)Determinar a potência considerando que o rendimento global é igual a 55%. (c) Determinar também a equação da curva característica de uma bomba (d) Depois de 02 bombas (iguais à mostrada no gráfico) associadas em paralelo. Considere a massa especifica da água igual a 1000 kg/m³.

60 Máquinas de Fluxo A cavitação é um fenômeno que pode aparecer nas instalações de bombas centrífugas. Ela diminui o rendimento e reduz drasticamente a vida útil da bomba. A cavitação pode ser eliminada: a) aumentando-se o diâmetro da tubulação de recalque. b) aumentando-se o diâmetro do rotor da bomba. c) reduzindo-se o diâmetro da tubulação de sucção. d) reduzindo-se a altura manométrica de sucção.

61 Máquinas de Fluxo Um fenômeno relativamente comum que ocorre nas instalações de bombeamento que utilizam bombas centrífugas é a cavitação, que pode provocar corrosão, desgaste, remoção de partículas e destruição de partes dos rotores das bombas. A respeito desse fenômeno, considere as seguintes afirmativas: 1.Para que não ocorra a cavitação, o NPSH disponível da bomba deve ser maior que o NPSH requerido. 2.Nas bombas radiais, uma das precauções para se evitar que ocorra a cavitação é o emprego de um rotor com poucas pás. 3.Nas bombas radiais de múltiplos estágios, a cavitação pode ser evitada adotando-se um pequeno valor para a altura de elevação a cargo de cada rotor. Assinale a alternativa correta. a) Somente a afirmativa 2 é verdadeira. b) Somente as afirmativas 1 e 2 são verdadeiras. c) Somente as afirmativas 1 e 3 são verdadeiras. d) Somente as afirmativas 2 e 3 são verdadeiras. e) As afirmativas 1, 2 e 3 são verdadeiras.

62 Máquinas de Fluxo Nas bombas centrífugas, a movimentação do líquido é produzida por forças desenvolvidas na massa líquida pela rotação de um rotor. Esse rotor é essencialmente um conjunto de palhetas ou de pás que impulsionam o líquido. As bombas centrífugas caracterizam-se por operarem com vazões elevadas, pressões moderadas e fluxo contínuo. Acerca de uma bomba centrífuga, assinale a alternativa INCORRETA. a)A determinação da vazão máxima permissível da bomba de um sistema é obtida pela interseção das curvas de NPSH disponível versus vazão e de NPSH requerido versus vazão. b)O aumento da vazão implica aumento do NPSH requerido e redução do NPSH disponível. c)O NPSH requerido em função da vazão é fornecido pelo fabricante da bomba e pode ser reduzido com a utilização de pás guias na entrada do impelidor, gerando, assim, uma pré- rotação, ou ainda através do uso de um rotor axial colocado na frente do impelidor convencional de uma bomba. d)Como, em regra, a vazão e a carga são proporcionais à rotação e ao seu quadrado, respectivamente, para um mesmo ponto de trabalho, é preferível usar rotações altas, pois conduzem a bombas menores. e)Utilizam-se rotações elevadas em situações em que as condições de sucção são desfavoráveis, porque o NPSH requerido varia com o quadrado da rotação.

63 Máquinas de Fluxo Considere as afirmações abaixo relativas ao fenômeno da cavitação em bombas. I - A cavitação tem como causa o aumento da pressão de sucção. II - A cavitação pode ocorrer em bomba centrífuga. III - A cavitação desgasta os metais das pás do rotor. É correto APENAS o que se afirma em a) I b) II c) III d) I e II e) II e III

64 Máquinas de Fluxo Um problema muito comum em deslocamento de fluidos por bombeamento é a cavitação que causa prejuízos de manutenção em bombas, além da perda de eficiência do transporte. Um dos motivos principais para que haja cavitação em bombas é a relação entre o NPSH disponível e o requerido. Para que a cavitação não ocorra, o NPSH disponível deve ser a) menor ou igual ao NPSHrequerido b) estritamente menor do que NPSHrequerido c) maior ou igual ao NPSHrequerido d) estritamente maior do que o NPSHrequerido e) igual a NPSHrequerido

65 Máquinas de Fluxo Considere as seguintes afirmações: I.A cavitação é a formação de bolhas de vapor causada por uma subpressão em consequência da baixa velocidade do rotor ou do excesso de altura de sucção. II.O fenômeno conhecido como golpe de aríete ocorre somente em bombas hidráulicas. III.Dentre os efeitos da cavitação, pode-se citar barulho excessivo, vibração e corrosão dos materiais da bomba hidráulica. IV.O golpe de aríete resulta de uma súbita interrupção do escoamento de um fluído. É correto o que consta APENAS em a) I e II. b) I e III. c) III e IV. d) I, II e IV. e) I, III e IV.

66 Máquinas de Fluxo Em sistemas de escoamento de fluidos (gases ou líquidos) é muito comum ser necessário adicionar-se energia para manter o escoamento. Bombas e compressores são exemplos de equipamentos que fornecem energia aos fluidos. Suponha que, em uma estação de tratamento de efluentes que opera em uma indústria, uma das bombas centrífugas usadas para garantir o escoamento do efluente está apresentando cavitação. O fabricante da bomba forneceu a curva da bomba e o NPSH característico para a operação dessa bomba. Tendo em vista essa situação, analise as afirmações a seguir. I.Se há cavitação, significa que o NPSH do sistema nas condições de operação é superior ao NPSH indicado pelo fabricante. II.Pode-se solucionar o problema de cavitação aumentando-se a rotação da bomba ou a vazão. III.O NPSH pode ser definido como a diferença entre a carga estática na entrada da sucção e a carga correspondente à pressão de vapor do líquido na entrada da bomba. IV.Cavitação é a formação de regiões de baixa pressão, que ocorre quando a pressão fica abaixo da pressão de vapor do líquido e ocorre a vaporização nesses pontos. As bolhas deslocam-se para regiões de maior pressão e colapsam. É correto apenas o que se afirma em a) I. b) II. c) II e IV. d) I e III. e) III e IV.

67 Máquinas de Fluxo No que diz respeito ao escoamento de fluidos, considere as afirmativas abaixo. I.A cavitação ocorre sempre nas regiões de maior pressão do fluido em escoamento. II.Em bombas centrífugas, a cavitação ocorre normalmente na entrada do impelidor. III.NPSH requerido é a quantidade mínima de energia que deve existir no flange de sucção da bomba, acima da pressão de vapor do líquido, para que não ocorra cavitação. IV.Para que não ocorra cavitação, basta garantir que o NPSH requerido seja superior ao NPSH disponível. São corretas APENAS as afirmativas a) I e II. b) I e IV. c) II e III. d) III e IV. e) I, II e IV..

68 Máquinas de Fluxo Considerando as bombas centrífugas operando com água líquida, analise as afirmativas a seguir. I - O NPSH requerido aumenta com o aumento da vazão volumétrica da água. II - O NPSH requerido aumenta com o aumento da temperatura da água. III - O NPSH disponível aumenta com o aumento da temperatura da água. Está correto APENAS o que se afirma em a) I. b) II. c) III. d) I e II. e) I e III.