Bombas e compressores

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Bombas e compressores

  1. 1. INTRODUÇÃO 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 é denominamos de Bomba. Figura 1: Exemplo de bomba Tipos de Bombas Existem dois tipos de bombas, as de deslocamento positivo, que podem ser alternativas e rotativas, e bombas centrifugas. Bombas de Deslocamento Positivo As bombas de deslocamento positivo impelem uma quantidade definida de fluido em cada golpe ou volta do positivo e o volume do fluido é proporcional a velocidade
  2. 2. Bombas Alternativas Nestas bombas acontece um movimento de vai e vem de um pistão cilíndrico que resulta num escoamento intermitente. Para cada golpe de pistão, um volume fixo do liquido é descarregado na bomba. A taxa de fornecimento do liquido é função do volume varrido pelo pistão no cilindro e o número de golpes do pistão por unidade de tempo.
  3. 3. Figura 2: Exemplo de bomba alternativa. Figura 3: Principio da bomba alternativa. Aplicações das Bombas Alternativas: - bombeamento de água de alimentação de caldeiras, óleos e de lamas; - imprimem as pressões mais elevadas dentre as bombas; - Podem ser usadas para vazões moderadas;
  4. 4. Vantagens - podem operar com líquidos voláteis e muito viscosos; - capaz de produzir pressão muito alta; Desvantagens - Produz fluxo pulsante; - Capacidade de intervalo limitado; - Opera com baixa velocidade; - precisa de mais manutenção; Bombas Rotativas As Bombas Rotativas depende de um movimento de rotação que resulta em um escoamento continuo. 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.
  5. 5. À medida que o elemento gira, o líquido fica retido fica retido entre os componentes do rotor e a carcaça da bomba. Figura 4: principio de funcionamento de uma bomba rotativa. 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".
  6. 6. Tipos: - Engrenagens (para óleos); - atuada externamente (as duas engrenagens giram em sentidos opostos); - atuada internamente (só um rotor motriz); - Rotores lobulares: bastante usada em alimentos; - Parafusos helicoidais (maiores pressões); - Palhetas: fluidos pouco viscosos e lubrificantes; - Peristáltica: pequena vazão permite transporte asséptico. Usos: As bombas rotativas costumam ser de grande utilidade nas indústrias farmacêuticas, de alimentos e de petróleo. Bomba Centrifuga Características: - Opera com vazão constante; - Simplicidade de modelo;
  7. 7. - Muito utilizadas na indústria: pequeno custo inicial, manutenção barata e flexibilidade de aplicação; - Permite bombear líquidos com sólidos em suspensão; - Vazão desde 1 Gal/min até milhares galões/min, e centenas psi; - Constitui em duas partes: carcaça e rotor; - O fluido entra nas vizinhanças do eixo do rotor e é lançado para a periferia pela ação centrífuga. Energia Cinética: Aumenta do centro para a periferia do rotor (ponta das palhetas propulsoras). Esta energia cinética é então convertida em pressão quando o fluido sai do rotor para a carcaça espiral (voluta ou difusor). A bomba centrifuga transforma energia mecânica em energia cinética. Bomba centrifuga com Difusor:
  8. 8. 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 na bomba de voluta simples). Figura 5: Escoamento dentro de uma bomba centrífuga. a) Bomba de voluta simples; b) Bomba com difusor. O fluido é descarregado na voluta ou no difusor, onde é desacelerado. A energia cinética é convertida em energia de pressão. Quanto maior é o número de palhetas menor é a perda por turbulência. Voluta:
  9. 9. O rotor descarrega fluido num canal de área de seção reta contínua e crescente. Aumentando a área, a velocidade diminui, reduzindo assim a formação de turbilhões. Escoamento Axial: Descarrega o fluido axialmente (é adequado para altas vazões e baixas pressões). Escoamento Radial: Descarrega o fluido na periferia radialmente (desenvolve altas pressões, adequado para baixas vazões). Figura 6
  10. 10. Figura 7 Rotor: É o coração da bomba. É constituído de diversas palhetas ou lâminas conformadas de modo a proporcionarem um escoamento suave do fluido em cada uma delas. Existem 3 diferentes tipos de rotores: Rotor Fechado: Para líquidos que sem partículas em suspensão. Rotor Semiaberto: Incorpora uma parede no rotor para prevenir que matéria estranha se aloje no rotor e interfira na operação. Rotor Aberto: Palhetas montadas sobre o eixo. Vantagem: líquidos com sólidos em suspensão. Desvantagem: sofrer maior desgaste.
  11. 11. Figura 8: Diferentes tipos de rotores. Número de rotores: Bombas que possuem apenas um rotor são chamadas de bombas de simples estágio e as bombas que possuem 2 ou mais rotores são chamadas de bombas de múltiplos estágios (vários rotores operando em série) que permitem o desenvolvimento de altas pressões.
  12. 12. Figura 9: Bomba com vários rotores. Operação: A bomba centrífuga geralmente opera a velocidade constante e a capacidade da bomba depende somente da pressão total do projeto e das condições de sucção. 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 alternativas de pistão só podem ser utilizadas para deslocamento de fluidos clarificados e limpos, não podendo manusear fluidos
  13. 13. abrasivos. São utilizadas para altas pressões, que somente são alcançadas para esses tipos de bombas, porém fornecem baixas vazões. As bombas rotativas são especificamente indicadas para fluidos viscosos, porém não abrasivos. Por isso são usadas, especialmente, com sucos concentrados, chocolate e geléias. As bombas centrífugas são construídas de modo a fornecerem uma ampla faixa de vazões, desde uns poucos l/min até 3.104 l/min. As pressões de descarga podem atingir algumas centenas de atmosferas. Elas trabalham com líquidos límpidos, líquidos com sólidos abrasivos ou ainda, com alto conteúdo de sólidos, desde que o líquido não seja muito viscoso (500 centi-Stokes). 1 Stoke = 100 centistokes = 1 cm2 /s = 0.0001 m2 /s). Compressores Os compressores se dividem em quatro grandes grupos: Os alternativos ou a pistão, que inclui os de diafragma, são aqueles nos quais o gás é movimentado pelo movimento linear de um pistão num espaço confinado, cilíndrico ou não. As turbomáquinas, são aqueles em que energia cinética é conferida ao gás mediante palhetas rotativas confinadas numa carcaça. A energia cinética é transformada depois em energia de pressão. Esta categoria inclui os de fluxo axial, radial e os centrífugos.
  14. 14. Os rotativos, como os de hélice, de lóbulos rotativos ou outros tipos, nestes o ar é impelido pela ação de lóbulos rotativos ou por outro tipo de impelidor. Os ejetores. Estes últimos pertencem à outra categoria, são estáticos, sem peças móveis, e funcionam na base da energia de uma corrente de gases a alta velocidade e alta pressão, que “suga”, numa câmara, outra corrente de menor pressão e velocidade. Compressores de deslocamento positivo Compressores Alternativos:
  15. 15. Os compressores alternativos podem fornecer gás com pressão de algumas frações de atm até pressões muito elevadas (~2400 atm manométricas). As peças características são as mesmas das bombas alternativas: pistão, um cilindro com válvulas para admissão e exaustão. Pode-se usar único estágio ou multiestágio. No caso da compressão multiestágio é comum o resfriamento do gás entre os estágios. Figura 10: Esquema de um compressor alternativo. Figura 11: Princípio de funcionamento de um compressor alternativo. Compressores Rotativos:
  16. 16. Este tipo de compressores são largamente utilizados na Indústria, para processos que precisem de ar comprimido. São adequados para grandes volumes de ar, mas relativamente baixas pressões. Sua faixa normal de trabalho é 0- 4 bares de pressão manométrica. Possuem engrenagem com dois lóbulos e também são bilobados, possuem alta capacidade (7 m3 /s) e trabalham a uma pressão intermediaria de 0.8 atm. Figura 13: Compressor rotativo (de parafuso) aberto. Compressores Centrífugos Figura 12a: Compressor rotativo (de parafuso) simples estágio. Figura 12b: Compressor rotativo (de parafuso) duplo estágio.
  17. 17. Os compressores de fluxo centrífugo se caracterizam porque o escoamento entra no rotor paralelo ao eixo e sai dele perpendicular ao mesmo. Eles são utilizados nos sistemas de turbocompressão em motores alternativos (de combustão interna a pistão). Embora, são também utilizados em certo tipo de turbinas a gás, particularmente aquelas de menor potência. Os compressores centrífugos são mais adequados quando se precisa trabalhar numa faixa mais ampla de fluxo mássico (variável), sem mudar a rotação. Este tipo de compressor é mais adequado para baixas pressões, razões de pressão de 4:1 são as mais comuns neles. Novos desenvolvimentos na forma das pás e a utilização de ligas de titânio permitiram chegar até razões de pressão de 8:1 em compressores centrífugos de um único estágio. Um compressor centrífugo consta de quatro partes: entrada, rotor, estator ou difusor e coletor (em alguns casos o coletor pode não existir). A entrada pode (ou não) possuir palhetas fixas que direcionem o escoamento. O rotor possui palhetas com formato característico. O estator tem por missão frear o escoamento e transformando a energia cinética em energia de estagnação. O coletor atua como um acumulador de ar pressurizado (absorve flutuações de pressão) Figura 14: Esquema de um compressor centrífugo.
  18. 18. O tamanho do tubo central vai aumentando a medida que o ar vai sendo comprimido e avança ao longo do eixo. As pás, em troca, vão sendo cada vez de menor tamanho. Centrifugo de Fluxo Radial: O gás escoa através do olho do rotor, acelerado radialmente, saindo com um aumento da velocidade, da periferia ao difusor (variação da energia cinética para energia de pressão). Figura 106: Compressor centrífugo integrado, multiestágio Figura 15a: boca de entrada do ar no Compressor Centrifugo. Figura 15b: Detalhe do compressor, observar o formato das pás, e o raio do tubo central.
  19. 19. Centrífugos de Fluxo Axial: È constituído por uma coroa de palhetas acopladas ao eixo rotatório permitindo fluxo axial. Esse tipo de compressor tem eficiência mais elevada que os radiais, são menores e mais leves para a mesma capacidade, porem o custo é mais elevado. A faixa de operação é mais limitada e são mais sensíveis a corrosão. Figura 17: Compressor de fluxo axial multiestágio - Máximo de 100psia (6,89 105Pa) 9 estágios axiais e um centrífugo no lado da pressão baixa(lado direito). Rotores de Compressores centrífugos:
  20. 20. As palhetas do rotor podem ter diferentes desenhos, a sua missão é a de dar energia cinética ao fluído e também mudar a direção do escoamento em direção perpendicular ao eixo, daí a forma característica destes rotores. Figura 18: Rotores de Compressores centrífugos, utilizados em motores de combustão interna
  21. 21. Conclusão Enfim, existem vários tipos de bombas e compressores no mercado. E Quando for necessária a aquisição de algum destes, deve se levar em conta, além do preço, as características de uso ao qual o compressor ou a bomba vai ser submetido, como temperatura, pressão, viscosidade do líquido e etc. evitando assim desperdício de tempo e dinheiro.
  22. 22. Referencias www.fem.unicamp.br~em672Aulas%252015-16%2520-2003%2520 %2520compressores%2520alternativos.pdf+compressores+aula&cd=4&hl=pt- BR&ct=clnk&gl=br http://www.ebah.com.br/bombas-e-compressores-ppt-a8605.html# Internal Combustion Engines Fundamentals”, de John H. Heywood, McGraw – Hill International Editions, 1988. http://www.ebah.com.br/bombas-e-compressores-ppt-a8605.html

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