Aula 5 - Bombeamento

Operações Unitárias:
Bombeamento
Profª. Camila Ortiz Martinez
UTFPR Campo Mourão
Bombeamento

Transformam trabalho mecânico que recebe de um motor em energia

+ comuns: fluxo de transporte de ... por meio de tubulações




bombas
Constantemente necessária
 Nível a outro mais elevado
 Alimentar um equipamento ou tanques de mistura que se encontram sob
pressão mais elevada
Bombas = Máquinas geratrizes cuja finalidade...
Classificação em função: características físicas e químicas (sucção e descar.)
Bombas:
 bombas centrífugas (volume depende da pressão de descarga)
 bombas de deslocamento positivo (quantidade por golpe ou volta)
Bombeamento
Recalque
Sucção
Classificação
Bombas centrífugas
 A energia é fornecida continuamente ao fluido por um rotor,
que gira a alta velocidade aumentando a energia cinética que
depois é transformada em energia de pressão


Funcionamento: O líquido é succionado pela ação de um
impulsor que gira rapidamente dentro da carcaça. O
movimento produz uma zona de vácuo (no centro) e outra de
alta pressão (na periferia)
Deve ser escorvada antes de funcionar (a linha de sucção
deve estar cheia de líquido). Quando a bomba tem ar, a
pressão desenvolvida é muito pequena devido à baixa
densidade do ar
Bomba centrífuga




Saneamento básico, irrigação de lavouras, edifícios residenciais,
indústria em geral
Elevando, pressurizando ou transferindo líquidos de um local para
outro
A energia transferida pela bomba centrífuga ao fluido é função:
 do diâmetro do rotor
 da rotação de acionamento
 do projeto do rotor
Uso: líquidos. Baixa viscosidade e suspensões diluídas com sólidos
pequenos
Bomba centrífuga


Opera a velocidade cte e a sua capacidade depende somente da
pressão total do projeto e das condições de sucção
Operação livre de dificuldades e uma vida útil mais longa para bombas
centrífugas:


Primeira exigência: nenhuma cavitação ocorra ao longo da grande
faixa operacional da bomba.
Segunda exigência: fluxo contínuo mínimo seja sempre mantido,
durante a operação.
https://youtu.be/ixNF_ikY_Ts
Bomba centrífuga
Ao ser ligada a força
centrífuga
decorrente do
movimento do rotor e
do líquido nos canais
das pás cria uma zona
de maior pressão na
periferia do rotor e
uma de baixa
pressão na sua
entrada =
deslocamento do
líquido
Escoamento Radial



A força radial se verifica de um ponto central para fora
Descarrega o fluido na periferia radialmente
Desenvolve altas pressões, adequado para baixas vazões
Escoamento Axial


Toda a energia cinética é transferida à massa líquida por
forças puramente de arraste. O movimento do fluido ocorre
paralelo ao eixo de rotação.
Adequado para altas vazões e baixas pressões
Escoamento Misto


Parte da energia é fornecida devido à força centrífuga e
parte devido ao arrasto.
Relação força e ângulo de fluxo na bomba:
FA = Energia fornecida devido à força de arrasto;
FC
íd
Sa
FC = Energia fornecida devido à força centrífuga.
a

Entrada
FA
Tipos de rotores:
Fechado: Para líquidos sem partículas em suspensão
Semi-aberto: Incorpora uma parede no rotor para prevenir que matéria
estranha se aloje no rotor e interfira na operação.
Aberto: Palhetas montadas sobre o eixo. Vantagem: líquidos com sólidos em
suspensão. Desvantagem: sofrer maior desgaste.
Tipos de entrada:
Simples: Utilizada em pequenas unidades
Dupla: simétricas em ambos os lados do
impulsor. Nesse caso há melhor distribuição
dos esforços mecânicos, além de proporcionar
uma área de sucção > (< cavitação).
Impulsor de uma bomba
com sucção dupla
Número de rotores:
Um rotor: Simples estágio
Vários rotores: Múltiplos estágios (vários rotores operando em série) que
permitem o desenvolvimento de altas pressões
As bombas centrífugas podem ser :
- Fluxo axial: simples, simples ou múltiplo estágio, rotor aberto/fechado
- Fluxo misto entrada simples
- Fluxo radial entrada dupla
auto-escorvante
não-escorvante
estágio simples
múltiplo estágio
Nos dois últimos casos, o rotor pode ser aberto, semi-aberto ou fechado.
Vantagens das bombas centrífugas:
a) Construção simples e baixo custo
b) Fluido é descarregado a uma pressão uniforme, sem pulsações
c) Permite bombear líquidos com sólidos
d) Pode ser acoplada diretamente a motores
e) Não há válvulas envolvidas na operação de bombeamento
f) Menores custos de manutenção que outros tipos de bombas
g) Operação silenciosa (depende da rotação)
Desvantagens das bombas centrífugas:
a) Não servem para altas pressões
b) Sujeitas à incorporação de ar precisam ser escorvadas
d) Não consegue bombear líquidos muito viscosos
Bombas de deslocamento positivo
Impelem uma quantidade definida de fluido em cada golpe ou volta do
dispositivo. Uma porção de fluido é presa numa câmara, e pela ação de um pistão
ou peças rotativas é impulsionado para fora.
A energia é fornecida periodicamente, mediante superfícies sólidas móveis,
que deslocam porções de fluido desde a sucção até a linha de descarga.
A pressão de saída é regulada através de válvulas de descarga unidirecionais.
As bombas de deslocamento positivo liberam um determinado volume de fluido
de acordo com a velocidade do sistema. Quando a saída se fecha a pressão
aumenta e o fluxo da bomba deve ser dirigido para outro lugar, de maneira que
se evite a sobre-pressurização.
Válvulas de alívio internas:
Muitos fabricantes fornecem bombas que incorporam válvulas de alívio
internas. Quando uma válvula de alívio interna se aproxima do valor máximo
de pressão permitido, se abre e o fluido é dirigido internamente para a zona
de sucção. Dessa forma se evita a possibilidade de destruição da bomba e
da tubulação e dos acessórios.
Válvulas de by-pass:
A válvula do by-pass abrirá a uma pressão pré-determinada, permitindo que a
pressão interna não exceda níveis muito altos e evitando também que a bomba
cavite.
Para proteger a bomba, o fluido deve ser desviado por um
by-pass, ou por meio da recirculação dentro da própria bomba
(enviando o fluido da zona de alta pressão para a de baixa pressão.
No projeto do sistema de escoamento, quando o risco de queda de
vazão existe, é necessário considerar um arranjo de by-pass externo
que devolva o líquido para a sucção.
A cavitação é uma situação que pode ocorrer em qualquer tipo de
bomba.
Acontece quando há falta de fornecimento de líquido e a bomba
trabalha com uma vazão menor daquela para a qual foi projetada.
As causas comuns da cavitação são a diminuição da pressão de
sucção
A cavitação diminui a eficiência, desgasta os metais das pás do
rotor, gera vibração mecânica e ruído.
Cavitação em uma bomba de
deslocamento positivo
As válvulas de alívio internas são projetadas para proteger o sistema por
períodos curtos de tempo. Quando o fluido recircula dentro da bomba, a
potência introduzida pela bomba se dissipa na forma de calor, aumentando
a temperatura do produto.
Mesmo se o período de tempo é curto, a temperatura do produto pode
subir até o ponto de evaporação na zona de baixas pressões.
Bombas de escoamento positivo:
BOMBAS ALTERNATIVAS
Bomba de diafragma






Funcionam pela ação de um
diafragma acionado a ar comprimido
Vantagem: não entra em contato
direto com o produto, evita
vazamento e entrada de ar
Desvantagem: capacidade
manométrica limitada não atinge
grande altura na elevação do prod.
Maionese, xaropes de açúcar,
molhos de tomate, cremes, polpas
de frutas
https://youtu.be/ddZ74QceGHU
https://youtu.be/jjJUPuTbHPE
Bomba tipo pistão
Quando o pistão se desloca para a esquerda, a pressão no cilindro se reduz,
a válvula de retenção na linha de sucção se abre e o líquido entra.
Quando o pistão chega ao final do cilindro, o movimento se inverte e o
pistão se desloca para a direita. Aumenta a pressão no cilindro e a válvula de
admissão fecha. A pressão aumenta e a válvula de descarga se abre e o
líquido sai pressurizado.
Linha de descarga
Pistão
Válvulas de retenção
cilindro
Linha de sucção
Bomba tipo pistão


Só podem ser utilizadas para
deslocamento de fluidos clarificados e
limpos, não podendo manusear fluidos
abrasivos. São utilizadas para altas
pressões, que somente são alcançadas
para esses tipos de bombas, porém
fornecem baixas vazões.
https://youtu.be/vOHoLjafoW0
As aplicações das bombas alternativas envolvem:
 bombeamento de água de alimentação de caldeiras, óleos e de lamas;
 imprimem as pressões mais elevadas dentre as bombas;
 pequena capacidade;
 podem ser usadas para vazões moderadas.
As principais vantagens das bombas alternativas são:
 podem operar com líquidos voláteis e muito viscosos;
 capaz de produzir pressão muito alta.
As principais desvantagens das bombas alternativas são:
 produz fluxo pulsante;
 capacidade: intervalo limitado;
 opera com baixa velocidade;
 precisa de mais manutenção.
Bombas de escoamento positivo:
BOMBAS ROTATIVAS
Bombas rotativas


Dependem de um movimento de rotação = escoamento contínuo (vazão)
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. À
medida que o elemento gira, o líquido fica retido entre os componentes do rotor
e a carcaça da bomba

Vazão do fluido (quase cte): função do tamanho da bomba e velocidade de
rotação, ligeiramente dependente da pressão de descarga

Capacidade pequena e média

Operam em faixas moderadas de pressão

Indicadas para fluidos viscosos, porém não abrasivos:

Sucos concentrados, chocolate, geleias, óleos vegetais, catchup, vinagre,
maionese, glicose, melaço
Na figura abaixo pode-se observar o princípio de funcionamento das
bombas rotativas. Dentre as bombas rotativas, a de lóbulos é
amplamente usada na indústria de alimentos.
a)
b)
c)
Bomba helicoidal

Utilizada para bombear produtos altamente viscosos, com
pouca umidade ou sem fluidez.
Alimentos Viscosos
https://youtu.be/074vf4uEOiw
Exemplos de bombas rotativas