Bombas Axiais e Alternativas

Clademir WisniewskiEduardo Remus Bigolin

Rafael Demarco BealRoberto Binder

Vinícius Dalla Corte

Princípio das bombas

• Bombas são equipamentos que transformam energia mecânica em energia hidráulica que é fornecida ao líquido. Também são chamadas de “geradores hidráulicos”.

Bomba axial

CONSIDERAÇÕES GERAIS•As bombas axiais tem seu projeto baseado na teoria de sustentação das asas e da propulsão das hélices ou ainda segundo a teoria do vórtice forçado. A trajetória da partícula de fluido no interior começa de forma paralela ao eixo e se transforma em uma hélice cilíndrica, formando uma hélice de vórtice forçado.

Teoria do vórtice forçado•A rotação é constante e a circulação aumenta com a distância a partir da origem, que não é um ponto de singularidade da velocidade, e por isso chamada vórtice forçado. A velocidade tangencial aumenta com a distância ao vórtice; as linhas de corrente se aproximam à medida que aumenta essa distância. Um líquido emergido em um vórtice forçado sofre ação de um torque ao mesmo tempo que gira em torno da origem.

• As bombas axiais possuem o rotor com aspecto de hélice de propulsão, dotado de reduzido número de pás, entre 2 a 8. Possuem também velocidade específica elevada, sob uma forma mais simples, diz-se que as bombas axiais ou de hélice se destinam a elevar grandes descargas a pequenas alturas.

• As pás podem ser fixas, fundidas com o núcleo de fixação ou a ele soldadas, ou podem variar o passo, graças a um mecanismo localizado no interior da ogiva onde as pás são adaptadas. Um sistema de comando automático comunica as pás a inclinação adequada à descarga, com a qual a bomba deve funcionar.

Bomba axial

• As bombas axiais com pás de passo variável são conhecidas como bombas Kaplan, por serem análogas às turbinas hidráulicas as quais levam o nome de seu inventor, o engenheiro Vitor Kaplan.

• Em bombas menos aperfeiçoadas, as pás podem ser apenas ajustadas num ângulo adequado ao funcionamento para as condições desejadas.

• O rotor é colocado no interior de um tubo com formato troncônico, e o motor que aciona fica acima do tubo. Nos rotores em hélice, a velocidade de arrastamento no ponto de contato do líquido com a pá à entrada é igual à que se verifica à saída da pá, isto é u1=u2=u.

Bomba axial

Características- Capacidade: até 80 m³ / h- Carga hidrostática: até 9,5 m- Temperatura: 200 ° C- Pressão máxima ciclo de serviço autorizada (PMSA): até 10 bar- A furação da flange: DIN ou ANSI- Tamanhos: DN 300 (12 ") - DN 2000 (80")

O escoamento neste tipo de bomba é paralelo ao eixo, e o rotor aplica uma aceleração ao fluido dotando-o, na saída, de um movimento helicoidal superposto ao movimento axial.

Bomba axial

Materiais de bomba com opções padrão- 316 Aço Inoxidável- Aço Inoxidável Duplex- Aço Inoxidável Super Duplex- Ligas de níquel-cobre (monel)- Liga 625 / Liga 31- 254 SMO- Outras opções de material mediante solicitação do cliente

APLICAÇÕES-Circulação contínua de soluções corrosivas/abrasivas, polpas abrasivas de salmoura e lixo de processos.-Processos de cristalização e evaporação (salmoura, água do mar)-Fábricas de sal-Fábricas de materiais químicos diversos.-Fábricas de regeneração-Tratamento de água

Bomba axial

SISTEMA ROTATIVO HIDROMECÂNICO1. Eixo2. Rotor com pás fixas2a. Rotor com pás ajustáveis2b. Rotor com pás reguláveis

SISTEMA FIXO HIDRÁULICOCorpo da bomba, com seção de entrada S1, seção de saída s2.3. Corpo 4. Peça de entrada5. Curva de saída

DIFUSOR6. Coroa de guia axial

SISTEMAS AUXILIARES7. Sistema de mancais8. Sistema de apoio.8a. Sistema de apoio com guia de entrada.9. Sistema de anéis de desgaste.10. Sistema de vedação11. Sistema de juntas12. Sistema de lubrificação

Bomba axial

• Vantagens:• Elevada vazão• Bombeamento de diversos fluidos

• Desvantagens:• Atinge pequenas alturas• Dependendo da aplicação com o material a

ser utilizado se custo de torna elevado.

Bomba axial

Bombas Alternativas1. BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO

A forma em que as bombas transformam trabalho em energia hidráulica e o recurso que utilizam para aumentar a pressão e/ou a velocidade do fluido permitem que sejam classificadas nos seguintes grupos: bombas de deslocamento positivo ou volumógenas, turbobombas e bombas especiais. Conforme proposto, o foco será nas bombas de deslocamento positivo, especificamente nas bombas alternativas. As bombas de deslocamento positivo possuem uma ou mais câmaras com órgãos propulsores internos que provocam pressão positiva no líquido deslocando uma quantidade fixa (finita) de volume de fluido por vez. Nestas o escoamento pode ser intermitente ou contínuo. São subdivididas conforme mostra o diagrama a seguir.

Bombas Alternativas2.CLASSIFICAÇÃO DAS BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO

Bombas Alternativas3. CARACTERÍSTICAS DAS BOMBAS ALTERNATIVAS• As bombas alternativas também são chamadas de bombas de

êmbolo ou bombas recíprocas. Nestas bombas o fluido recebe ação direta das forças de um pistão, êmbolo ou diafragma;

• São construídas para pressões mais elevadas que outras bombas (1.000atm ou mais), porém são de capacidade baixa;

• São recomendadas para o bombeamento de óleos, água de alimentação de caldeira e fluidos em geral que não contenham sólidos abrasivos;

• Para controle da entrada e saída do fluído na bomba, normalmente são associadas a bomba uma válvula de aspiração (entrada), e uma de recalque (saída);

• Podem funcionar como bombas de ar. Se não houver líquido para aspirar irão succionar ar do reservatório formando vácuo;

• Podem ser acionadas manualmente (raramente, pequenas alturas manométricas, vazão baixa) ou por máquina motriz (motores).

Bombas Alternativas4. CLASSIFICAÇÃO DAS BOMBAS ALTERNATIVAS

São classificadas de acordo com as seguintes características:4.1. Orientação da linha de centro do cilindro de bombeamento

horizontal ou vertical4.2. Número de descarga por cilindro – simples efeito ou duplo

efeito4.3. Número de cilindro bombeado – simplex, duplex triples,

multiplex4.4. Tipo de elemento de bombeamento – pistão, êmbolo ou

diafragma4.5. Tipo de curso do elemento de bombeamento – curso

ajustável ou fixo

Bombas Alternativas4.1. HORIZONTAL OU VERTICAL

Uma bomba alternativa é classificada em vertical ou horizontal, dependo da posição da linha de centro do elemento de bombeamento. Se o elemento de bombeamento desloca-se na horizontal, ela é uma bomba horizontal; se este se desloca na vertical, é dita vertical.

Bombas Alternativas4.2. SIMPLES EFEITO OU DUPLO EFEITO

• Simples efeito quando o seu êmbolo desloca-se para a esquerda, o fluido é deslocado para fora do fluid end (parte em contato direto com o fluído bombeado) através de descarga. Quando o êmbolo desloca-se para a direita, o fluido vai para o interior do fluid end, através da válvula de sucção.

• Duplo efeito quando o pistão se move para a esquerda, o fluido de um lado do pistão é deslocado para fora do fluid end através da válvula de descarga e flui para o manifold de descarga. Simultaneamente, do outro lado do pistão, o fluido desloca o manifold de sucção para o interior do fluid end atrás da válvula de sucção.

Bombas Alternativas4.3. SIMPLEX, DUPLEX, TRIPLEX...

• O número de elementos de bombeamento ou cilindros não pode ser sempre utilizado para determinar a classificação de bomba simplex, por exemplo: ela pode ter dois ou mais elementos de bombeamento montados na mesma manivela. A designação deve ser feita pelo número de bielas montadas em manivelas diferentes. Quanto ao seu número de bielas, inicia no 1 - simplex e vai até o 10 – decaplix.

Bombas Alternativas4.4. TIPO DE ELEMENTO DE BOMBEAMENTO4.4.1 Pistão

O pistão como mostrado na figura, é um disco cilíndrico, montado sobre uma haste de pequeno diâmetro e a vedação entre o pistão e o cilindro é feita através de anéis de vedação. Estes anéis movem-se juntamente com o pistão.

Bombas Alternativas4.4.2 Êmbolo

O êmbolo é uma barra cilíndrica maciça, semelhante à haste do pistão. Os anéis de vedação (gaxetas) são estacionários com relação ao êmbolo, de forma que o êmbolo desliza sobre os anéis de vedação. O funcionamento é idêntico ao das alternativas de pistão. A principal diferença entre elas está no aspecto construtivo do órgão que atua no líquido. Por serem recomendadas para serviços de pressões mais elevadas, exigem que o órgão de movimentação do líquido seja mais resistente, adotando-se assim, o êmbolo, sem modificar o projeto da máquina. Com isso, essas bombas podem ter dimensões pequenas.

Bombas Alternativas4.4.3 Diafragma

O diafragma é um disco flexível, que serve para separar o fluido bombeado do pistão ou êmbolo. O diafragma pode ser acionado mecanicamente através de uma conexão direta com a biela ou hidraulicamente através de um fluído que deve ser bombeado por um pistão ou êmbolo. O seu funcionamento se da através da membrana que é acionada por uma haste com movimento alternativo. O movimento da membrana, em um sentido, diminui a pressão da câmara fazendo com que seja admitido um volume de líquido. Ao ser invertido o sentido do movimento da haste, esse volume é descarregado na linha de recalque. São usadas para serviços de dosagens de produtos já que, ao ser variado o curso da haste, varia-se o volume admitido. Um exemplo de aplicação dessa bomba é a que retira gasolina do tanque e manda para o carburador de um motor de combustão interna.

Bombas Alternativas5. VANTAGENS

Uma das melhores características das bombas alternativas é a elevada eficiência mecânica. A eficiência mecânica obtida varia de 85% a 92%. O valor das perdas é em torno de 10% incluindo rolamento, engrenagens, gaxetas, válvulas e pistões. Isto significa que 90% da energia mecânica fornecida pelo propulsor são convertidos em potência hidráulica para o fluído que está sendo bombeado.

Uma outra característica muitas vezes desejada é que a vazão da bomba alternativa é proporcional à sua velocidade e é praticamente independente da pressão de descarga. Por exemplo, uma bomba que está bombeando 100m³/h a 200 psi bombeará os mesmos 100m³/h a 1.000 psi. Esta característica permite que as bombas alternativas de vazão sejam usadas como meio de medição precisa de vazão satisfatória para bombear fluidos de elevadas viscosidade e abrasividade.

Bombas Alternativas6. DESVANTAGENS• As bombas alternativas como não poderiam deixar de

ser, apresentam suas desvantagens e a mais comum delas é apresentar a vazão pulsante. Devido a esta pulsação de vazão, diversas considerações devem ser feitas no projeto de sua instalação.

• Para a maioria das aplicações de bombeamento de fluído, o custo inicial e o de manutenção das bombas alternativas são maiores que os das bombas centrífugas e rotativas. O conjunto de vedação em uma bomba alternativa apresenta via útil em torno de 2.000 horas, ao passo que um selo mecânico de bomba centrífuga operando em condições favoráveis poderá atingir até 15.000 horas.