O documento discute conceitos fundamentais de hidrodinâmica aplicados a máquinas volumétricas como bombas. Aborda o princípio da continuidade, forças exercidas por líquidos em escoamento, tipos de energia e sua conversão em bombas de deslocamento positivo de pistão ou rotor. Descreve características e aplicações de bombas alternativas, rotativas de palhetas deslizantes, pistão radial e peristálticas.

1. ENG 03113 – MÁQUINAS VOLUMÉTRICAS bombas Deslocamento positivo UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL

2. Noções fundamentais de hidrodinâmica Equação da continuidade o sistema é conservativo Não há concentração ou diluição do conjunto das moléculas; Não há acréscimo ou subtração de matéria. P FLUIDO P FLUIDO

3. Noções fundamentais de hidrodinâmica Forças exercidas por um líquido em escoamento permanente SEÇÃO INICIAL A o .b o SEÇÃO FINALL A 1 .b 1

4. Noções fundamentais de hidrodinâmica Forças exercidas por um líquido em escoamento permanente FORÇA PESO FORÇA DE PRESSÃO FORÇA DE VELOCIDADE

5. Noções fundamentais de hidrodinâmica Forças exercidas por um líquido em escoamento permanente A força de reação é a responsável pelo funcionamento das chamadas máquinas de reação, tanto hidrodinâmicas quanto a gás, e pela propulsão dos foguetes; e suas aplicações no campo da hidrodinâmica e da aerodinâmica são muito importantes.

6. Noções fundamentais de hidrodinâmica Energia cedida por um líquido em regime de escoamento permanente Trabalho

7. Noções fundamentais de hidrodinâmica Energia de posição O termo P h representa o trabalho que o peso P do líquido, situado a uma cota h, acima do plano de referência, pode realizar, se abandonado à ação da gravidade. A essa capacidade de realizar trabalho que o peso possui denomina-se energia de posição , energia potencial de altitude , ou energia topográfica total . Se P estiver a uma cota - h e, portanto, abaixo do plano de referência, é necessário despender uma energia P h para elevá-lo ao plano. Energia cedida por um líquido em regime de escoamento permanente

8. Noções fundamentais de hidrodinâmica Energia de pressão O termo P p representa o trabalho que o peso P, de líquido de peso específico  , pode realizar quando submetido à pressão p. A essa capacidade denomina-se energia potencial de pressão . Então, um elemento líquido, de peso específico, quando submetido à pressão p, pode elevar-se, no vácuo, a uma cota sob a ação dessa pressão. O termo que é homogêneo a um comprimento, é denominado altura representativa de pressão , energia específica de pressão , cota piezométrica ou piezocarga . Energia cedida por um líquido em regime de escoamento permanente

9. Noções fundamentais de hidrodinâmica Energia cedida por um líquido em regime de escoamento permanente Energia de pressão Coluna líquida de altura h em contato com a atmosfera, e desejar-se saber a pressão na base da coluna. A altura representativa da pressão será, neste caso, altura representativa da pressão atmosférica [H b ]

10. Noções fundamentais de hidrodinâmica Energia cedida por um líquido em regime de escoamento permanente Energia de cinética O termo P c representa o trabalho que o peso P de líquido, dotado de velocidade inicial V , é capaz de realizar, elevando-se no vácuo a uma altura igual a acima do plano de referência. A essa capacidade denomina-se energia cinética ou energia de velocidade .

11. Noções fundamentais de hidrodinâmica Queda hidráulica. Altura de elevação Queda hidráulica ou energia específica sempre que o líquido realiza trabalho ou cede energia Altura de elevação quando o líquido ganha energia ou sobre ele se executa um trabalho, como ocorre nas máquinas hidráulicas geratrizes (bombas). 1 2 ( 1 > 2 ) ( 1 < 2 )

12. Noções fundamentais de hidrodinâmica Perda de Carga A grandeza H, quando representa energia cedida pelo líquido em escoamento devido ao atrito e perturbações no escoamento, chama-se perda de carga ou energia perdida , e se representa por J

13. Noções fundamentais de hidrodinâmica Perda de Carga

14. Noções fundamentais de hidrodinâmica Pressão absoluta e pressão relativa A superfície de um líquido a uma temperatura de 15 ºC, sujeita à pressão atmosférica, se diz submetida a uma atmosfera . Se considerarmos a pressão atmosférica ao nível médio do mar, essa pressão é de 10,33 m.c.a. ou 1,033 kgf/cm 2 , sendo, normalmente chamada de pressão barométrica [ H b ]

15. Noções fundamentais de hidrodinâmica Pressão absoluta e pressão relativa Pressão absoluta positiva é a soma da pressão relativa positiva lida no manômetro com a pressão atmosférica. Pressão absoluta negativa é a diferença entre a pressão atmosférica e a pressão no ponto considerado.

16. Noções fundamentais de hidrodinâmica Influência do peso específico

17. BOMBAS Bombas são máquinas geratrizes, isto é, que recebem trabalho mecânico, geralmente fornecido por uma máquina motriz, e o transformam em energia hidráulica, comunicando ao líquido um acréscimo de energia sob as formas de energia potencial de pressão e cinética.

18. BOMBAS Classificação O modo pelo qual é feita a transformação do trabalho em energia hidráulica e o recurso para cedê-la ao líquido aumentando sua pressão e/ou sua velocidade permitem classificar as bombas em: bombas de deslocamento positivo ou volumógenas ; turbobombas , chamadas também hidrodinâmicas ou rotodinâmicas ou simplesmente d inâmicas ; bombas especiais (bomba com ejetor; pulsômetro; bomba de emulsão de ar).

19. Bombas de Deslocamento Positivo Possuem uma ou mais câmaras, em cujo interior o movimento de um órgão propulsor comunica energia de pressão ao líquido, provocando o seu escoamento.

20. Bombas de Deslocamento Positivo

21. Bombas de Deslocamento Positivo Bombas Alternativas Simples efeito - quando apenas uma face do êmbolo atua Duplo efeito - quando as duas faces atuam. Simplex - quando existe apenas uma câmara com pistão ou êmbolo. Duplex - quando são dois os pistões ou êmbolos. Triplex - quando são três os pistões ou êmbolos. Multiplex - quando são quatro ou mais pistões ou êmbolos.

22. Bombas de Deslocamento Positivo Bombas Rotativas Nas bombas rotativas, o líquido recebe a ação de forças provenientes de uma ou mais peças dotadas de movimento de rotação que, comunicando energia de pressão, provocam seu escoamento. A ação das forças se faz segundo a direção que é praticamente a do próprio movimento de escoamento do líquido. A descarga e a pressão do líquido bombeado sofrem pequenas variações quando a rotação é constante. Podem ser de um ou mais rotores.

23. Bombas de Deslocamento Positivo Bombas Rotativas (a) Bomba de engrenagens (b) Bomba de rolos (c) Bomba helicoidal (d) Bomba de excêntrico (e) Bomba de palhetas (f) Bomba de pistão giratório

24. Bombas de Deslocamento Positivo Campo de Emprego das Bombas

25. Bombas Alternativas Bomba de êmbolo ou pistão Como as bombas de pistão não recalcam o líquido de maneira contínua e uniforme, instalam-se câmaras de ar , que funcionam como amortecedores de pulsação, produzindo uma descarga praticamente constante na instalação de bombeamento. Simplex Duplex Triplex Multiplex Simples efeito Duplo efeito

26. Bombas Alternativas Bomba de êmbolo ou pistão Outra maneira de atenuar a variação de vazão em virtude do movimento periódico do pistão é a colocação de vários cilindros em paralelo, com descargas defasadas.

27. ‘ Bombas Alternativas Bomba de êmbolo ou pistão Vazão média de uma bomba de pistão de simples efeito Bomba de pistão de duplo efeito

28. Bombas Alternativas Bomba de êmbolo ou pistão não têm limite de pressão, bastando para isto construí-la mais robusta e acioná-la por um motor mais potente. são construídas para alturas manométricas superiores a 30.000 m (pressões da ordem de 300 MPa), numa faixa de vazões que vai de 0,1 a 300 m 3 /h. variação da velocidade de rotação variação do curso do pistão variação da admissão recirculação Forma de controle:

29. Bombas Alternativas Bomba de diafragma É uma bomba em que um elemento elástico (membrana ou diafragma) substitui o pistão como órgão de movimentação do líquido. O diafragma é fabricado de qualquer material elástico, como borracha, plástico ou metal, dependendo do líquido a ser bombeado . Pode ser acionado mecânica, hidráulica ou pneumaticamente

30. Bombas Rotativas Classificação

31. Bombas Rotativas (1 rotor) Bombas de palhetas deslizantes Bombas de vácuo. Pressão: 7 - 20 kgf/cm 2 . Rotação: 20 - 500 rpm, Vazão: 3 a 20 m 3 /h, de descarga constante de descarga variável Modalidades:

32. Bombas Rotativas (1 rotor) Bombas de palhetas deslizantes de descarga constante

33. Bombas Rotativas (1 rotor) Bombas de palhetas deslizantes de descarga constante Exemplo: Dispõe-se de uma bomba de palhetas, cujas dimensões estão a seguir indicadas. Deseja-se obter uma descarga de 3,3 l/s. Com que número de rotações por minuto deverá a bomba funcionar ? Dados: D = diâmetro interno da caixa = 0,015 m. d = diâmetro externo do rotor = 0,013 m. E = excentricidade = (0,015 - 0,013)/ 2 = 0,010 m. I = largura do rotor = 0,025 m. Z = número de palhetas = 8. e = espessura das palhetas = 0,004 m.

34. Bombas Rotativas (1 rotor) Bombas de palhetas no estator Possuem um cilindro giratório elíptico que desloca uma palheta que é guiada por uma ranhura na carcaça da bomba

35. Bombas Rotativas (1 rotor) Bombas de pistão radial O eixo motor possui dois excêntricos defasados de 180º que movimentam, cada qual, um tambor contendo um êmbolo que se desloca num pino rotativo articulado. Ao girar o tambor, o êmbolo oscila, funcionando como uma válvula de controle do líquido, da boca de aspiração até a de recalque

36. Bombas Rotativas (1 rotor) Bombas de palhetas flexíveis O rotor possui pás de borracha que durante a rotação, se curvam, permitindo que entre cada duas delas seja conduzido um volume de líquido da boca de aspiração até a de recalque.

37. Bombas Rotativas (1 rotor) Bombas de guia flexível Um excêntrico desloca uma peça tubular (&quot;camisa&quot;) tendo em cima uma palheta guiada por uma ranhura fixa.

38. Bombas Rotativas (1 rotor) Bombas Peristáltica Uma roda excêntrica, dotada de dois ou três roletes comprime um tubo de borracha muito flexível e resistente. A passagem dos rolos comprimindo o tubo determina um escoamento pulsativo do líquido contido no tubo (bomba de tubo flexível)

39. Bombas Rotativas (1 rotor) Bombas Peristáltica Percebe-se que o líquido passa ao longo do tubo sem contato com qualquer parte da bomba. Utilização: líquidos altamente corrosivos (ácidos acético, clorídrico, fosfórico, crômico, sulfúrico, nítrico, fluorídrico etc); banhos eletrolíticos de fosfatação; líquidos abrasivos, viscosos; produtos alimentícios; soluções radioativas; líquidos venenosos; (bomba de tubo flexível)

40. Bombas Rotativas (1 rotor) Bombas peristáltica Bombas peristálticas especiais têm sido empregadas na circulação extracorpórea do sangue durante intervenções cirúrgicas do coração, funcionando como coração artificial. A bomba nesse sistema é da ordem de 1/6 CV e gira com 150 rpm, variando a velocidade de modo a poder atender às necessidades ditadas pelo momento conforme as reações do paciente. (bomba de tubo flexível)

41. Bombas Rotativas (1 rotor) É constituída por parafuso helicoidal e um estator no interior do qual se encontra vulcanizada uma camisa de elastômero Esta camisa de elastômero possui uma cavidade interna em forma de rosca helicoidal, orientada em oposição à hélice do rotor. Bomba de parafuso único ( bomba helicoidal de câmara progressiva )

42. Bombas Rotativas (1 rotor) Durante o movimento do rotor, formam-se recintos vazios e estanques na cavidade do estator, que são preenchidos pelo líquido a ser bombeado. Com o giro do rotor, estes vazios deslocam-se contínua e progressivamente no sentido do passo da hélice, arrastando o líquido na direção da descarga da bomba Bomba de parafuso único ( bomba helicoidal de câmara progressiva )

43. Bombas Rotativas (1 rotor) transportar líquidos com elevado teor de sólidos , materiais pastosos (chocolate, graxas, sorvetes, pirões e massas cerâmicas) Admitem uma altura de sucção de até 7,5 m de coluna d'água e podem ter a vazão regulada pela variação da velocidade de rotação do rotor. Bomba de parafuso único ( bomba helicoidal de câmara progressiva )

44. Bombas Rotativas (com +1 rotor) Destinam-se ao bombeamento de substâncias líquidas e viscosas, lubrificantes ou não, mas que não contenham particulados ou corpos sólidos granulados. Bomba de engrenagem externa

45. Bombas Rotativas (com +1 rotor) Destinam-se ao bombeamento de substâncias líquidas e viscosas, lubrificantes ou não, mas que não contenham particulados ou corpos sólidos granulados. Bomba de engrenagem externa

46. Bombas Rotativas (com +1 rotor) A descarga, as alturas de aspiração e de recalque dependem consideravelmente das condições de engreno, das folgas previstas e da precisão da usinagem. Bomba de engrenagem externa Os dentes podem ser retos ou helicoidais . Quando helicoidais , ocorre um esforço longitudinal, paralelamente ao eixo, na ação de engrenamento. Pode-se anular esse esforço, que se transmite a mancais de escora, adotando-se rodas denteadas helicoidais dupla.

47. Bombas Rotativas (com +1 rotor) Bomba de engrenagem externa Servem para o bombeamento de óleos minerais e vegetais, graxas, parafinas, sabões, termoplásticos etc. Pressão: de 200 kgf/cm 2 até maiores. Vazão: só pode ser aumentada pelo aumento das dimensões dos dentes da engrenagem ou do núméro de rotações. Em geral, os dentes das engrenagens das bombas desse tipo são em número de 6 a 10.

48. Bombas Rotativas (com +1 rotor) Bomba de engrenagem interna com crescente A cada rotação, uma quantidade de líquido é conduzida ao interior da bomba, enchendo os espaços entre os dentes da roda motora e da roda livre quando passam pela abertura de aspiração. O líquido é expelido dos espaços entre os dentes em direção à saída da bomba pelo engrenamento dos dentes numa posição intermediária entre a entrada e a saída. roda denteada exterior presa ao eixo roda denteada livre interna acionada pela externa

49. Bombas Rotativas (com +1 rotor) Bomba de engrenagem interna com crescente A cada rotação, uma quantidade de líquido é conduzida ao interior da bomba, enchendo os espaços entre os dentes da roda motora e da roda livre quando passam pela abertura de aspiração. O líquido é expelido dos espaços entre os dentes em direção à saída da bomba pelo engrenamento dos dentes numa posição intermediária entre a entrada e a saída. roda denteada exterior presa ao eixo roda denteada livre interna acionada pela externa

50. Bombas Rotativas (com +1 rotor) Bomba de engrenagem interna com crescente Aplicação: bombeamento de água, óleos minerais e vegetais ácidos, álcool, tintas, benzeno, chocolate, asfalto, eter etc. Pressão: de 8 kgf/cm 2 - 14 kgf/cm 2 .

51. Bombas Rotativas (com +1 rotor) Bomba de lóbulos Bomba de lóbulos duplos Bomba de lóbulos duplos Bomba de lóbulos triplos O Rendimento volumétrico das bombas de três lóbulos é superior ao das de dois, por isso as primeiras são mais usadas

52. Bombas Rotativas (com +1 rotor) Bomba de lóbulos Utilização: bombeamento de produtos químicos, líquidos lubrificantes ou não-lubrificantes de todas as viscosidades. Vazões: até 360.000 l/h Pressões: até 10 kgf/cm 2

53. Bombas Rotativas (com +1 rotor) Bomba de pistões radiais Constam de um tambor excêntrico ou rotor contendo orifícios cilíndricos onde são colocados os pistões e que gira no interior de uma caixa em tomo de um pivô distribuidor fixo. ( bomba pistões radiais, oscilatórios ou rotativos )

54. Bombas Rotativas (com +1 rotor) Bomba de parafusos As bombas de parafusos ou de helicóides constam de dois ou três parafusos helicoidais, conforme o tipo, e equivalem teoricamente a uma bomba de pistão com curso infinito

55. Bombas Rotativas (com +1 rotor) Bomba de parafusos Utilização: líquidos e gases sem impurezas mecânicas Pressão: até 200 kgf/cm 2 . Rotação: até 10.000 rpm Vazão: 3 a 300 m 3 /h. Os dentes não transmitem movimento para não se desgastarem. O movimento se realiza com engrenagens localizadas em caixa com óleo ou graxa para lubrificação. São silenciosas e sem pulsação.

56. Bombas Rotativas (com +1 rotor) Bomba de fuso O formato e o traçado dos dentes helicoidais retangulares caracterizam as bombas de fuso, ( modalidade bomba de parafusos )

57. Bombas Rotativas (com +1 rotor) Bomba de fuso Utilização: bombeamento de substâncias que possuem ação lubrificante ou meio lubrificante, viscosas ou não, desde que não contenham substâncias sólidas abrasivas. ( modalidade bomba de parafusos ) - óleo lubrificante - óleo combustível - óleo cru - óleo para engrenagens - óleo diesel - óleos vegetais - gasolina - asfalto - solventes - produtos químicos - querosene - piche - parafina - produtos alimentícios

58. Bombas Rotativas Funcionamento e Grandezas Características Capacidade teórica É o volume que os elementos giratórios podem deslocar sem carga ou pressão. Deslizamento (slip) ou retorno É o volume de líquido que volta da descarga à sucção, devido às folgas entre as peças móveis e entre estas e a carcaça.

59. Bombas Rotativas Funcionamento e Grandezas Características Descarga efetiva É aquela que sai da boca de recalque. É igual à que corresponde à capacidade teórica menos a de retorno. Altura manométrica H É a altura representativa da diferença de pressões à saída e à entrada da bomba.

60. Bombas Rotativas Funcionamento e Grandezas Características Válvula de alívio No início do recalque deve ter uma válvula de alívio que limite a pressão a um valor predeterminado.

61. Bombas Rotativas Funcionamento e Grandezas Características Característica de Funcionamento

62. Bombas Rotativas EMPREGO Sistemas de lubrificação sob pressão; Processos químicos; Comandos e controles hidráulicos de máquinas operatrizes e máquinas de terraplenagem, conforme já foi referido; Transmissões hidráulicas funcionando como máquinas geratrizes ou como motores hidráulicos; Bombeamentos de petróleo e de gases liquefeitos de petróleo e nas instalações petroquímicas; Indústrias de alimentos laticínios e bebidas; Indústrias de cosméticos e cerâmica; Construção naval; Indústrias de papel e celulose.