Esta seção apresenta os principais tipos de construção de bombas centrífugas, incluindo: (1) a bomba centrífuga básica e seu funcionamento; (2) as curvas típicas de desempenho de bombas; e (3) os principais componentes e características das bombas centrífugas, como diferentes tipos de rotores, carcaças e configurações monoestágio e multiestágio.

1. GRUNDFOS INDUSTRY
MANUAL DE BOMBAS

2. MANUAL DE BOMBA
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3. Introdução
A indústria fabril tem uma elevada demanda pesada por bombas, quando
se trata de uma ótima operação, alta confiabilidade e baixo consumo de
energia. Por esse motivo, a Grundfos desenvolveu o Manual de Bomba,
que, de maneira simples, aborda com várias considerações ao dimensionar
bombas e sistemas de bombas.
Elaboramos um manual para engenheiros e técnicos que trabalham
com o projeto e instalação de bombas e sistemas de bombas, contendo
respostas para uma ampla variedade de perguntas técnicas específicas
sobre as bombas. O Manual de Bombas pode ser lido do princípio ao fim ou
parcialmente sobre tópicos específicos.
O manual está dividido em 5 capítulos, os quais abordam as diferentes
fases do projeto de sistemas de bombas.
No capítulo 1 fazemos uma apresentação geral de diferentes tipos de
bombas e componentes. Aqui também descrevemos quais precauções
tomar ao lidar com líquidos viscosos. Além disso, os materiais mais usados,
assim como os diferentes tipos de corrosão são apresentados aqui. As
terminologias mais importantes relacionadas à leitura do desempenho
das bombas são apresentadas no capítulo 2. O Capítulo 3 aborda os
sistemas hidráulicos e alguns dos fatores mais importantes a considerar
para se obter uma ótima operação do sistema de bombas. Visto que é
frequentemente necessário ajustar o desempenho da bomba por meio
de vários métodos de ajuste, estes métodos são abordados no capítulo 4.
O capítulo 5 descreve os custos do ciclo de vida uma vez que o consumo
de energia desempenha um papel importante nas bombas e sistemas de
bombas de hoje.
Esperamos sinceramente que você faça uso do Manual de Bomba e o
considere útil no seu trabalho diário.
Diretor de Segmento
Especialista em Aplicação
Mogens Roy Olesen
Christian R. Bech

4. Índice
Capítulo 1 Design de bombas e motores.................................7 1.4.5 Proteção do motor............................................................. 49
Seção 1.5 Líquidos............................................................................53
Seção 1.1 Construção de bombas................................................8 1.5.1 Líquidos viscosos............................................................................ 54
1.1.1 A bomba centrífuga...............................................................8 1.5.2 Líquidos Não Newtonianos ...................................................... 55
1.1.2 Curvas das bombas................................................................ 9 1.5.3 Impacto dos líquidos viscosos sobre o desempenho
1.1.3 Características da bomba centrífuga...........................11
de uma bomba centrífuga......................................................... 55
1.1.4 Tipos mais comuns de bombas de
1.5.4 Seleção da bomba correta para um líquido
sucção axial e em linha ................................................... 12
com anticongelante ......................................................................56
1.1.5 Tipos de rotores (forças axiais) ....................................... 14 1.5.5 Exemplo de cálculo ....................................................................... 58
1.1.6 Tipos de carcaças (forças radiais)................................... 15 1.5.6 Seleção da bomba com auxílio de computador
1.1.7 Bombas monoestágio....................................................... 15
para líquidos densos e viscosos................................................ 58
1.1.8 Bombas multiestágio..........................................................16
1.1.9 Bombas com acoplamento longo e curto 16
Seção 1.6 Materiais........................................................................ 59
1.6.1 O que é corrosão?..................................................................60
Seção 1.2 Tipos de bombas..........................................................17 1.6.2 Tipos de corrosão...................................................................61
1.2.1 Bombas padrão .................................................................... 17 1.6.3 Metais e ligas metálicas.....................................................65
1.2.2 Bombas bi-partida............................................................. 17 1.6.4 Cerâmica...................................................................................71
1.2.3 Bombas hermeticamente seladas ............................. 18 1.6.5 Plástico.......................................................................................71
1.2.4 Bombas sanitárias ..............................................................20 1.6.6 Borracha....................................................................................72
1.2.5 Bombas de efluentes ....................................................... 21 1.6.7 Revestimentos........................................................................73
1.2.6 Bombas imersíveis ............................................................ 22
1.2.7 Bombas submersas .......................................................... 23
1.2.8 Bombas de descolamento positivo .............................24 Capítulo 2 Instalação e leitura do
desempenho .....................................................................................75
Seção 1.3 Vedações de eixos mecânicos...............................27
1.3.1 Componentes e função da vedação
Seção 2.1 Instalação da bomba ................................................76
de eixo mecânico.................................................................29 2.1.1 Nova instalação.....................................................................76
1.3.2 Vedações de eixos mecânicos balanceados
2.1.2 Substituição-instalação existente .................................76
e não balanceados .............................................................30 2.1.3 Fluxo do tubo para instalação de
1.3.3 Tipos de vedações de eixos mecânicos....................... 31
bomba única..........................................................................77
1.3.4 Combinações de materiais da face
2.1.4 Limitação de ruídos e vibrações......................................78
da vedação.............................................................................34 2.1.5 Nível de som (L)......................................................................81
1.3.5 Fatores que afetam o desempenho
da vedação.............................................................................36 Seção 2.2 Desempenho da bomba .........................................83
2.2.1 Termos hidráulicos................................................................83
Seção 1.4 Motores.......................................................................... 39 2.2.2 Termos elétricos.....................................................................90
1.4.1Padrões ..................................................................................... 40 2.2.3 Propriedades dos líquidos.................................................93
1.4.2 Partida no motor................................................................. 46
1.4.3 Tensão de alimentação.................................................... 47
1.4.4 Conversor de frequência................................................. 47

5. Capítulo 3 Sistema hidráulico......................................................95
Seção 3.1 Características do sistema .......................................96
3.1.1 Resistências únicas...............................................................97
3.1.2 Sistemas abertos e fechados ............................................98
Seção 3.2 Bombas conectadas em série e paralelas............101
3.2.1 Bombas em paralelo..........................................................101
3.2.2 Bombas conectadas em série........................................103
Capítulo 4 Ajuste do desempenho
das bombas......................................................................................105
Seção 4.1 Ajuste do desempenho das bombas.................106
4.1.1 Controle por estrangulamento....................................107
4.1.2 Controle de desvio.............................................................107
4.1.3 Modificação do diâmetro do rotor.............................108
4.1.4 Controle de velocidade....................................................108
4.1.5 Comparação dos métodos de ajuste.........................110
4.1.6 Eficiência geral do sistema da bomba......................111
4.1.7 Exemplo: Consumo de energia relativo
quando o fluxo é reduzido em 20%...........................111
Seção 4.2 Soluções para bomba com
velocidade controlada ...................................................114
4.2.1 Controle de pressão constante....................................114
4.2.2 Controle de temperatura constante..........................115
4.2.3 Pressão do diferencial constante em
um sistema de circulação..............................................115
4.2.4 Controle da pressão diferencial
com compensada por fluxo .........................................116
Seção 4.3 Vantagens do controle
de velocidade......................................................................117
Seção 4.4 Vantagens das bombas com
conversor de frequência integrado .......................... 118
4.4.1 Curvas de desempenho de bombas com
velocidade controlada.....................................................119
4.4.2 Bombas com velocidade controlada em
diferentes sistemas ..........................................................119
Seção 4.5 Conversor de frequência.......................................122
4.5.1 Funções e características básicas.................................122
4.5.2 Componentes do conversor
de frequência......................................................................122
4.5.3 Condições especiais referentes aos
conversores de frequência.............................................124
Capítulo 5 Cálculo dos custos
do ciclo de vida ...............................................................................127
Seção 5.1 Equação de custos do ciclo de vida....................128
5.1.1 Custos iniciais, preço de compra (Cic)..........................129
5.1.2 Custos de Instalação e
comissionamento (Cin).....................................................129
5.1.3 Custos de energia (Ce)........................................................130
5.1.4 Custos operacionais (Co)...................................................130
5.1.5 Custos ambientais (Cenv)...................................................130
5.1.6 Custos de manutenção e reparos (Cm)......................131
5.1.7 Custos de tempo de parada,
perda de produção (Cs)...................................................131
5.1.8 Custos de desmantelamento
e descarte (Co)......................................................................131
Seção 5.2 Cálculo dos custos
do ciclo de vida – um exemplo ...................................132
Apêndice............................................................................................133
A) Notações e unidades........................................................134
B) Tabelas de conversão de unidades.............................135
C) Prefixos SI e alfabeto grego...........................................136
D) Pressão do vapor e densidade da água
em diferentes temperaturas........................................137
E) Orifício .................................................................................138
F) Mudança na pressão estática devido
à mudança do diâmetro do cano...............................139
G) Injetores.................................................................................140
H) Nomograma para perdas de
carga em curvas e válvulas............................................141
I)
Nomograma para perda do tubo de
água limpa a 20˚C.............................................................142
J) Sistema periódico..............................................................143
K) Padrões de bombas..........................................................144
L) Viscosidade para líquidos diferentes
como função da temperatura do líquido................145
Índice remissivo.............................................................................151

6. Capítulo 1. Design de bombas e motores
Seção 1.1: Construção da bomba
1.1.1 A bomba centrífuga
1.1.2
Curvas da bomba
1.1.3
Características da bomba centrífuga
1.1.4
Tipos mais comuns de bombas de
sucção axial e em linha
1.1.5
Tipos de rotor (forças axiais)
1.1.6
Tipos de carcaças (forças radiais)
1.1.7
Bombas monoestágio
1.1.8
Bombas multiestágio
1.1.9
Bombas com acoplamento longo
e curto
Seção 1.2 Tipos de bombas
1.2.1
1.2.2
1.2.3
1.2.4
1.2.5
1.2.6
1.2.7
1.2.8
Bombas padrão
Bombas bi-partida
Bombas hermeticamente seladas
Bombas sanitárias
Bombas de efluentes
Bombas imersíveis
Bombas submersa
Bombas de deslocamento positivo

7. Seção 1.1
Construção da bomba
1.1.1 Bomba centrífuga
Em 1689, o físico Denis Papin inventou a bomba
centrífuga e este tipo de bomba é o mais usado ao
redor do mundo. A bomba centrífuga é construída
sobre um princípio simples: O líquido é levado
até o cubo do rotor e, através da força centrífuga,
ele é lançado na direção da periferia dos rotores.
A construção é razoavelmente barata, robusta e
simples e sua alta velocidade possibilita conectar
a bomba diretamente a um motor assíncrono.
A bomba centrífuga oferece um fluxo de líquido
uniforme e pode facilmente ser acelerado sem
causar danos a bomba.
Agora, vamos observar a figura 1.1.1, que mostra
o fluxo do líquido através da bomba. A entrada
da bomba leva o líquido para o centro do rotor
giratório de onde é lançado para a periferia. Esta
construção oferece alta eficiência e é apropriada
para lidar com líquidos puros. As bombas, que têm
que lidar com líquidos impuros, como bombas
de efluentes, são equipadas com um rotor que é
construído especialmente para evitar que objetos
fiquem armazenados no interior da bomba,
consulte a seção 1.2.5.
Se ocorrer diferença de pressão no sistema enquanto
a bomba centrífuga não estiver funcionando, o
líquido ainda consegue passar através da mesma
devido ao seu desenho aberto.
Como se pode ver na figura 1.1.2, a bomba centrífuga
pode ser classificada em diferentes grupos: Bombas
de fluxo radial, bombas de fluxo misto e bombas de
fluxo axial. As bombas de fluxos radial e as bombas
de fluxo misto são os tipos mais comuns utilizados.
Portanto, iremos nos concentrar somente nestes tipos
de bombas nas próximas páginas.
Entretanto, apresentaremos brevemente a bomba
de deslocamento positivo na seção 1.2.8.
As diferentes exigências de desempenho das
bombas centrífugas, especialmente em relação à
altura manométrica total, fluxo e instalação,
junto com as exigências de operação econômica,
são somente algumas das razões porque existem
tantos tipos de bombas. A Figura 1.1.3 mostra os
diferentes tipos de bombas em relação ao fluxo e
pressão.
8
Fig. 1.1.1: O fluxo do líquido através da bomba
Bomba de fluxo radial
Bomba de fluxo misto
Bomba de fluxo axial
Fig. 1.1.2: Diferentes tipos de bombas centrífugas
H [m]
10000
6
4
2
Bombas de fluxo radial
multiestágios
1000
6
4
2
100
Bombas de
fluxo radial
monoestágios
6
4
2
10
Bombas de fluxo misto
6
4
2
Bombas de fluxo axial
1
2
4 6 10 2
4 6 100 2
4 6 1000 2
4 6 10000
100000
Q [m3/h]
Fig. 1.1.3: Fluxo e altura manométrica total para
diferentes tipos de bombas centrífugas