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centrifugas introdução a operação e funcio
- 1. Fenômenos de Transporte Prof.Dr. Felipe Corrêa Regime de escoamento e turbomaquinas
- 2. Fenômenos de Transporte Regimede escoamento O cientista britânico Osborne Reynolds realizou experiências que permitiram visualizar os diferentes regimes de escoamento numa tubulação. Em que é injetado líquido colorido numa tubulação na qual escoa água. Regulando a vazão com um registro detectou-se diferentes regimes de escoamento. Para uma vazão " baixa" o fluido se comporta como lâmina sem perturbação, sendo o escoamento denominado laminar. Para "grandes" vazões o líquido mostra-se com flutuações aleatórias típicas de um escoamento turbulento. Para vazões "intermediárias" o fluido colorido apresenta leves flutuações no espaço e no tempo. Neste caso o escoamento esta numa fase de transição entre laminar e turbulento. Foi observado que a natureza laminar ou turbulenta estava relacionada com o diâmetro (D) da tubulação, a velocidade média do escoamento (V) e a viscosidade cinemática do fluido ν. Foi assim definido um número característico denominado na sua homenagem número de Reynolds. Considera-se que para número de Reynolds menores que 2000 o escoamento é laminar e para Reynolds maiores que 4000 o escoamento é plenamente turbulento.
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- 5. Escoamento e transferênciade fluido • Definição • Aplicações • Equipamento para bombeamento de fluidos • Tipos de Bombas BOMBAS INDUSTRIAIS • Introdução • Princípios de Funcionamento • Termos Importantes • Curvas Características • Ponto ótimo de trabalho • Associação de bombas • Operação de Bombas Centrífugas BOMBAS CENTRÍFUGAS
- 7. Definindo maquinas.... • Sãoequipamentos mecânicos destinados á transferência de líquidos de um ponto para outro com auxílio de tubulações, fornecendo-lhe um acréscimo de energia. • Essa transferência ocorre em função da bomba fornecer ao liquido aumento de energia de pressão e velocidade • Aplicações: – Usos Domiciliares – Industria Química, Petroquímica e Petrolífera – Serviço de abastecimento d' água e Esgoto – Sistema de drenagem
- 8. Equipamento para bombeamento defluidos • A escolha de uma bomba para uma determinada operação é influenciada pelos seguintes fatores: • A quantidade de líquido a transportar. • A carga contra a qual há que bombear o líquido. • A natureza do líquido a bombear. • A natureza da fonte de energia. • Se a bomba é utilizada apenas intermitente.
- 9. Tipos de Bombas •Bombas de Deslocamento Positivo –São usadas para bombeamento contra altas pressões e quando requerem vazões de saída quase constantes. As bombas de deslocamento positivo se dividem em dois tipos: • Alternativas • Rotativa • Bombas Centrífugas - Caracterizam-se por operarem com altas vazões, pressões moderadas e fluxo contínuo. • Radias • Francis • Bomba Diafragma –São usadas para suspensões abrasivas e líquidos muito viscosos. • Bomba A Jato – Usam o movimento de uma corrente de fluido a alta velocidade para imprimir movimento a outra corrente, misturando as duas. • Bomba Eletromagnética – Princípio igual ao motor de indução usada com líquidos de alta condutividade elétrica não tem partes mecânicas móveis.
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- 11. Comparativo CENTRIFUGAS ALTERNATIVAS ROTATIVAS Ausênciade ponto morto Melhor rendimento que as bombas centrifugas Ausência de ponto morto Menor preço de aquisição São indicadas para trabalharem com baixa vazão e alta pressão Ocupam espaço reduzido Baixo custo de manutenção Não há necessidades de escovamento Vazão uniforme Ocupa menor espaço físico Baixa vibração Não possuem válvulas Necessitam de fundações simples Menor vibração Mais eficiente que as bombas centrífugas Necessitam de fundações mais simples Bombeiam liquido com impurezas como lodo, lama e etc Menor rendimento Vazão pulsátil e função do seu movimento retilíneo alternado Não são aconselháveis para líquidos abrasivos Aspiração mais difícil Ocupam grande espaço Contra indicadas para grandes vazões Escorvamento Requer fundações mais rígidas Requer manutenção mais freqüente que as bombas centrífugas Não é aconselhável para trabalhar com pequenas vazões e altas pressões. Possuem válvulas internamente Vibram muito, mesmo que em marcha lenta Mais alto custo de aquisição e manutenção DESVANTAGENS VANTAGENS
- 12. Bombas Centrífugas Bombas sãoequipamentos que conferem energia de pressão aos líquidos com a finalidade de transportá- los de um ponto para outro.
- 13. Bombas Centrífugas Nas bombascentrífugas, a movimentação do líquido é produzida por forças desenvolvidas na massa líquida pela rotação de um rotor
- 14. Introdução Os principais requisitospara que uma bomba centrífuga tenha um desempenho satisfatório: – Instalação correta, – Operação com os devidos cuidados e, – Manutenção adequada Condições de perda de fluxo, : – Problemas de vedação – Problemas relacionados a partes da bomba ou do motor: • Perda de lubrificação • Refrigeração • Contaminação por óleo – Vazamentos na carcaça da bomba – Níveis de ruído e vibração muito altos – Problemas relacionados ao mecanismo motriz (turbina ou motor) Qualquer operador que deseje proteger suas bombas de falhas freqüentes, além de um bom entendimento do processo, também deverá ter um bom conhecimento da mecânica das bombas
- 15. Princípios de Funcionamento •O líquido entra no bocal de sucção e no centro de um dispositivo rotativo conhecido como impulsor. • Quando o impulsor gira, ele imprime uma rotação ao líquido situado nas cavidades entre as palhetas externas, proporcionando-lhe uma aceleração centrífuga. • Cria-se uma área de baixa-pressão no olho do impulsor causando mais fluxo de líquido através da entrada, como folhas líquidas. • Como as lâminas do impulsor são curvas, o fluido é impulsionado nas direções radial e tangencial pela força centrífuga.
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- 17. Princípios de Funcionamento Todoo funcionamento da bomba se baseia na criação de um diferencial de pressão no seu interior 1. Escorvamento 2. Rotação (centrípeta) 3. Vácuo Centro 4. Crescimento da área de liquido na periferia 5. Diminuição da velocidade 6. Aumento Pressão
- 18. Partes de umaBomba Centrífuga
- 19. Partes de umaBomba Centrífuga
- 20. Partes de umaBomba Centrífuga
- 21. Partes de umaBomba Centrífuga
- 22. Carga Total • Acarga total, H, desenvolvida por uma bomba é determinada por • Onde – H = carga total desenvolvida pela bomba em metros de coluna do líquido bombeado – pd, p1 = pressões na zona de descarga e na zona de sucção, respectivamente, Pascal – Hg = altura geométrica a qual o líquido é elevado, m – h = carga requerida para criar uma velocidade e para superar a resistência do atrito nos tubos e obstáculos locais nas linhas de sucção e descarga, m – g = 9,81 m/s2 = aceleração da gravidade
- 23. NPSH As operações debombeamento, a pressão em qualquer ponto da linha de sucção nunca deve ser menor que a pressão de vapor Pv do líquido bombeado na temperatura de trabalho, caso contrário haveria vaporização do líquido, com conseqüente redução da eficiência de bombeio. Para evitar estes efeitos negativos, a energia disponível para levar o fluido do reservatório até o bocal de sucção da bomba deverá ser a altura estática de sucção hs menos a pressão de vapor do líquido na temperatura de bombeio. Esta energia disponível é chamada Saldo de Carga de Sucção (em inglês, Net Positive Suction Head - NPSH).
- 24. NPSH • NPSH disponível(NPSHd): é característica do sistema no qual a bomba opera • NPSH requerido (NPSHr): enquanto que o NPSH requerido é função da bomba em si, representando a energia mínima que deve existir entre a carga de sucção e a pressão de vapor do líquido para que a bomba possa operar satisfatoriamente.
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- 26. Potência e Eficiência • Potênciade Freio (BHP = break horse power): É o trabalho executado por uma bomba; é função da carga total e do peso do líquido bombeado, em um determinado período de tempo. • Potência de Entrada da Bomba ou potência de freio (BHP) é a potência real entregue ao eixo da bomba. • Produção da Bomba, ou Potência Hidráulica, ou Potência de água (WHP) é a potência do líquido entregue pela bomba.
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- 28. Associação de Bombas •Razões técnicas : quando um desnível elevado acarretar um rotor de grande diâmetro e alta rotação, e com isso altas acelerações centrífugas e dificuldades na especificação de materiais. • ·Razões econômicas : quando o custo de duas bombas menores é inferior ao de uma bomba de maiores dimensões para fazer o mesmo serviço.
- 29. Associação de Bombas emParalelo • Todas as bombas hidráulicas succionam líquido do mesmo reservatório e o entregam no mesmo ponto, o barrilete. • Portanto todas as máquinas funciona sob a mesma diferença de pressões. Por outro lado, a vazão que sai do barrilete é a soma das vazões que passa por cada bomba.
- 30. Associação de Bombas em Paralelo •É considerada quando é necessário um aumento de vazão. • O acréscimo na vazão não é linear com o aumento do número de bombas. • A curva característica de uma associação em paralelo é obtida das curvas originais de cada bomba pela soma das vazões unitárias para uma mesma pressão.
- 31. Associação de Bombasem Série É considerada em sistemas de grande desnível geométrico, quando mantém-se a vazão e as pressões são somadas. Como neste caso o fluido atravessa as bombas em série, isto é, a saída de uma bomba está ligada à entrada da outra, elas transportam a mesma vazão, então a curva da associação é obtida da soma das pressões, para uma mesma vazão. A curva característica de uma associação em série é obtida das curvas originais de cada bomba pelas soma das pressões unitárias para uma mesma vazão.
- 32. Problemas Mais Comuns •Ataques Químicos (interna) • Meio Ambiente (externa) • - Falta de Limpeza (interna) • - Cavitação
- 33. Cavitação • Ocorre quandoa pressão de sucção está abaixo da requerida pela bomba, formando bolhas de vapor nas cavidades do rotor e são transportados para a região de alta pressão ocorre vibração do equipamento e destruição.
- 34. Problemas com oAcionador problemas mecânicos na bomba; altura manométrica total muito baixa, bombeando líquido demais; altura manométrica total do sistema mais elevada que a de projeto da bomba; rotor parcial ou totalmente obstruído; viscosidade ou densidade do líquido bombeado diferente daquela para a qual a bomba foi projetada. Fatores externos ao acionador que provocam sobrecarga de corrente:
- 35. Sabendo que aviscosidade dinâmica é 0,000115 Pa.s, que a massa especifica é 0,65 g/cm³; a vazão é 1000 L/h e que o número de Reynolds nos pontos 1 e 2 são 35 000 e 55 000 respectivamente e que a temperatura do fluido é 300 K. Determine a perda de carga distribuída entre os pontos indicados na figura.
- 36. 𝝁 = 𝟎,𝟎𝟎𝟎𝟏𝟏𝟓 𝑷𝒂. 𝒔 𝝆 = 𝟎, 𝟔𝟓 𝒈 𝒄𝒎𝟑 ↔ 𝟔𝟓𝟎 𝒌𝒈 𝒎𝟑 𝝑 = 𝝁 𝝆 → 𝟎, 𝟎𝟎𝟎𝟏𝟏𝟓 𝟔𝟓𝟎 = 𝟏, 𝟕𝟔𝟗 ∗ 𝟏𝟎−𝟕 ( 𝒎𝟐 𝒔 ) 𝑹𝒆𝒚 = 𝑽𝑫 𝝑 → 𝑸 𝟒 𝑫 𝝅𝑫𝟐𝝑 → 𝟒𝑸 𝝅𝑫𝝑 𝑸 = 𝟏𝟎𝟎𝟎𝑳 𝒉 → 𝟐, 𝟕𝟖 ∗ 𝟏𝟎−𝟒 𝒎𝟑 /𝒔 𝑫 = 𝟒𝑸 𝝅 𝑹𝒆𝒚 𝝑 𝑫𝟏 = 𝟒 ∗ 𝟐, 𝟕𝟖 ∗ 𝟏𝟎−𝟒 𝝅 ∗ 𝟑𝟓𝟎𝟎𝟎 ∗ 𝟏, 𝟕𝟔𝟗 ∗ 𝟏𝟎−𝟕 = 𝟎, 𝟎𝟓𝟕𝟐 𝒎 𝑫𝟐 = 𝟒 ∗ 𝟐, 𝟕𝟖 ∗ 𝟏𝟎−𝟒 𝝅 ∗ 𝟓𝟓𝟎𝟎𝟎 ∗ 𝟏, 𝟕𝟔𝟗 ∗ 𝟏𝟎−𝟕 = 𝟎, 𝟎𝟑𝟔 𝒎 𝑽 = 𝑸 𝑨 𝑽𝟏 = 𝟐, 𝟕𝟖 ∗ 𝟏𝟎−𝟒 𝟎, 𝟎𝟓𝟕𝟐𝟐 𝟒 𝝅 = 𝟎, 𝟏𝟏 𝒎/𝒔 𝑽𝟐 = 𝟐, 𝟕𝟖 ∗ 𝟏𝟎−𝟒 𝟎, 𝟎𝟑𝟔𝟐 𝟒 𝝅 = 𝟎, 𝟐𝟕𝟑𝒎/𝒔
- 37. 𝑷𝟏 𝜸 + 𝒁 + 𝑽𝟏𝟐 𝟐𝒈 = 𝑷𝟐 𝜸 +𝒁 + 𝑽𝟐𝟐 𝟐𝒈 + 𝒉𝒇 ∆𝒁 = ? → 𝒔𝒆𝒏 𝟐𝟎 ∗ 𝟏𝟎𝟎 = 𝟑𝟒, 𝟐 𝒎 𝑷𝟏 𝜸 + 𝟑𝟒, 𝟐 + 𝟎, 𝟏𝟏𝟐 𝟐 ∗ 𝟗𝟖𝟏 = 𝑷𝟐 𝜸 + 𝟎 + 𝟎, 𝟐𝟕𝟑𝟐 𝟐 ∗ 𝟗, 𝟖𝟏 + 𝒉𝒇 𝑷𝟏 + 𝟑𝟒, 𝟐 ∗ 𝟗𝟖𝟏𝟎 + 𝟎, 𝟓𝟓 ∗ 𝟗𝟖𝟏𝟎 − 𝟎, 𝟓𝟓 ∗ 𝟏𝟑𝟑𝟒𝟏𝟔 − 𝑷𝟐 = 𝟎 ∆𝑷 = −𝟐𝟔𝟕𝟓𝟏𝟖, 𝟕 𝑷𝒂 → −𝟐𝟕, 𝟐𝟕 𝒎𝒄𝒂 𝒉𝒇 = 𝟐𝟕, 𝟐𝟕 + 𝟑𝟒, 𝟐 + 𝟑, 𝟏𝟖 ∗ 𝟏𝟎−𝟑 𝒉𝒇 = 𝟔, 𝟗𝟑 𝒎𝒄𝒂
- 38. • Determine aaltura “h” de ascensão do mercúrio figura abaixo. Em um momento anterior a este ensaio (Ensaio com o tubo de Venturi) foi realizado o experimento das placas paralelas para determinar a viscosidade. Neste ensaio observou-se que a taxa de deformação do fluido foi de 500 s-1 quando submetido a uma tensão de 11,5Pa, além disso, ainda se observou que a viscosidade cinemática foi de 2,25 10-5 m²/s. Em um segundo momento foi instalado um tubo de Venturi com o mesmo fluido do primeiro ensaio conforme a figura abaixo. Na seção em que se observa o ponto 1 sabe-se que o número de Reynolds é de apenas 8966,7 e que a taxa de escoamento é de 1,018 milhões de litros por dia. Ainda se sabe que a seção 1 é três vezes maior que o da seção 2.
- 39. 𝝁 = 𝝉 𝒅𝑽 𝒅𝒆 = 𝟏𝟏, 𝟓 𝟓𝟎𝟎 =𝟎, 𝟎𝟐𝟑 𝒑𝒂. 𝒔 𝝑 = 𝝁 𝝆 → 𝝆 𝝁 𝝑 = 𝟎, 𝟎𝟐𝟑 𝟐, 𝟐𝟓𝟏𝟎−𝟓 = 𝟏𝟎𝟐𝟐, 𝟐𝟐 ( 𝒌𝒈 𝒎𝟑 ) 𝑸 = 𝟎, 𝟎𝟏𝟏𝟕𝟖 𝒎𝟑 /𝒔 𝑹𝒆𝒚 = 𝑽𝑫 𝝑 → 𝑸 𝟒 𝑫 𝝅𝑫𝟐𝝑 → 𝟒𝑸 𝝅𝑫𝝑 𝑫 = 𝟒𝑸 𝝅 𝑹𝒆𝒚 𝝑 𝑫𝟏 = 𝟒 ∗ 𝟎, 𝟎𝟏𝟏𝟕𝟖 𝝅 ∗ 𝟖𝟗𝟔𝟔, 𝟕 ∗ 𝟐, 𝟐𝟓 ∗ 𝟏𝟎−𝟓 = 𝟕𝟒, 𝟑𝟒 𝒎𝒎 𝑸𝟏 = 𝑸𝟐 → 𝑽𝟏 ∗ 𝑨𝟏 = 𝑽𝟐 ∗ 𝑨𝟐 𝑽𝟏 = 𝑸 𝑨 = 𝟎, 𝟎𝟏𝟏𝟕𝟖 𝝅 ∗ 𝟎, 𝟎𝟕𝟒𝟑𝟒 𝟐 𝟐 = 𝟐, 𝟕𝟏𝟒 ( 𝒎 𝒔 ) 𝐀𝟏 = 𝟑𝐀𝟐 → 𝑽𝟐 = 𝟑𝑽𝟏 𝑽𝟐 = 𝟑 ∗ 𝟐, 𝟕𝟏𝟒 = 𝟖, 𝟏𝟒𝟐 ( 𝒎 𝒔 ) ∆𝑷 = 𝜸 ∗ ∆𝑽𝟐 𝟐𝒈 ∆𝑷 = 𝜸 ∗ ∆𝒁 + ∆𝑽𝟐 𝟐𝒈 ∆𝑷 = 𝟗𝟖𝟏𝟎 ∗ 𝟖, 𝟏𝟒𝟐𝟐 − 𝟐, 𝟕𝟏𝟒𝟐 𝟐 ∗ 𝟗, 𝟖𝟏 = 𝟐𝟗𝟒𝟔𝟑, 𝟏𝟖 𝑷𝒂 𝑷𝟏 + 𝒉 ∗ 𝟗𝟖𝟏𝟎 − 𝒉 ∗ 𝟏𝟑𝟑𝟒𝟏𝟔 − 𝑷𝟐 = 𝟎 𝟐𝟗𝟒𝟔𝟑, 𝟏𝟖 = 𝒉(𝟏𝟑𝟑𝟒𝟏𝟔 − 𝟗𝟖𝟏𝟎) 𝒉 ≅ 𝟎, 𝟐𝟑𝟖 𝒎
- 40. A água escoapelo tubo indicado na figura abaixo, cuja a seção varia entre o ponto 1 e 2. Determine a massa escoada em meia hora.
- 41. 𝑷𝟏 𝜸 + 𝒁 + 𝑽𝟏𝟐 𝟐𝒈 = 𝑷𝟐 𝜸 +𝒁 + 𝑽𝟐𝟐 𝟐𝒈 + 𝒉𝒇 𝒉𝒇 = 𝑱 ∗ 𝑳 𝑳 = 𝟓𝟖 𝐜𝐨𝐬 𝟐𝟓 ≅ 𝟔𝟒 𝒎 ∆𝒁 = 𝟐𝟕, 𝟎𝟔 𝒎 𝒉𝒇 = 𝟎, 𝟏𝟓𝟔𝟐𝟓 ∗ 𝟔𝟒 ≅ 𝟏𝟎 𝒎𝒄𝒂 𝑷𝟏 = 𝟑𝟎𝟎𝟎𝒌𝑷𝒂 → 𝟑𝟎𝟓, 𝟖 𝒎𝒄𝒂 𝑷𝟐 = 𝟐𝟐𝟎𝟎 𝒌𝑷𝒂 → 𝟐𝟐𝟒, 𝟑 𝒎𝒄𝒂 𝑸𝟏 = 𝑸𝟐 → 𝑽𝟏 ∗ 𝑨𝟏 = 𝑽𝟐 ∗ 𝑨𝟐 𝑽𝟐 = 𝟐𝑽𝟏 𝟑𝟎𝟓, , 𝟖 + 𝟎 + 𝑽𝟏𝟐 𝟐𝒈 = 𝟐𝟐𝟒, 𝟑 + 𝟐𝟕, 𝟎𝟔 + 𝑽𝟐𝟑 𝟐𝒈 + 𝟏𝟎 𝟑𝟎𝟓, , 𝟖 + 𝟎 + 𝑽𝟏𝟐 𝟐𝒈 = 𝟐𝟐𝟒, 𝟑 + 𝟐𝟕, 𝟎𝟔 + 𝟐𝑽𝟏𝟑 𝟐𝒈 + 𝟏𝟎 𝟐𝑽𝟏 𝟐 − 𝑽𝟏𝟐 𝟐𝒈 = 𝟑𝟎𝟓, 𝟖 − 𝟐𝟐𝟒, 𝟑 − 𝟐𝟕, 𝟎𝟔 − 𝟏𝟎 𝟒𝑽𝟏𝟐 − 𝑽𝟏𝟐 𝟐𝒈 = 𝟒𝟒, 𝟒 𝟑𝑽𝟏𝟐 = 𝟖𝟕𝟏, 𝟗 𝑽𝟏 = 𝟖𝟕𝟏, 𝟗 𝟑 = 𝟏𝟕, 𝟎𝟓 ( 𝒎 𝒔 ) 𝑸 = 𝟏𝟕, 𝟎𝟓 ∗ 𝟏𝟎−𝟐 = 𝟎, 𝟏𝟕𝟎𝟓 ( 𝒎𝟑 𝒔 ) ሶ 𝒎 = 𝑸 ∗ 𝝆 ∗ ∆𝑻 ሶ 𝒎 = 𝟎, 𝟏𝟕𝟎𝟓 ∗ 𝟏𝟎𝟎𝟎 ∗ 𝟏𝟖𝟎𝟎 = 𝟑𝟎𝟔𝟗𝟎𝟎𝒌𝒈 𝒉𝒇 = 𝑱 ∗ 𝑳
- 42. Grato pela atenção Prof.Dr. Felipe Corrêa