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UNIPAC - LAFAIETE MQUINAS DE FLUXO

Engenharia Industrial Mecnica Prof.: Edilberto

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1. Introduo

Afinal, onde esto instaladas as mquinas de fluxo?

As mquinas de fluxo esto nas indstrias militar, aeronutica, aeroespacial, automotiva, naval

e de gerao de energia com alta eficincia.

Atualmente existe a preocupao no grande aumento de consumo de energia eltrica no Brasil

(necessidade de expanso de hidreltricas, termeltricas com ciclo combinado e ciclo hbrido, elica,

energia nuclear, clula combustvel, micro geradores,...).

Mquina de Fluxo (turbomachine) pode ser definida como um transformador de energia

(sendo necessariamente o trabalho mecnico uma das formas de energia) no qual o meio operante

um fluido que, em sua passagem pela mquina, interage com um elemento rotativo, no se

encontrando, em qualquer instante, confinado.

Todas as mquinas de fluxo funcionam teoricamente, segundo os mesmos princpios, o que

traz a possibilidade de utilizao do mesmo mtodo de clculo. De fato, esta considerao

plenamente vlida apenas quando o fluido de trabalho um fluido ideal, j que, na realidade,

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propriedades do fluido, tais como volume especfico e viscosidade, podem variar diferentemente de

fluido para fluido e, assim, influir consideravelmente nas caractersticas construtivas dos diferentes

tipos de mquinas.

Como exemplos de mquinas de fluxo, citam-se:

as turbinas hidrulicas (hydraulic turbines),

os ventiladores (fans),

as bombas centrfugas (centrifugal pumps),

as turbinas a vapor (steam turbines),

os turbocompressores ,

as turbinas a gs (gas turbines).

Este captulo, alm de apresentar a definio e os elementos construtivos fundamentais de

uma mquina de fluxo, fornece alguns critrios de classificao dessas mquinas, objetivando

estabelecer uma linguagem comum para a sua abordagem e proporcionar meios de identificao dos

seus diferentes tipos.

1.2 Elementos construtivos

No haver aqui a preocupao de relacionar, exaustivamente, todas as partes que compem

as mquinas de fluxo, tais como, seu corpo ou carcaa, o eixo, os mancais, os elementos de vedao, o

sistema de lubrificao, etc., mas a inteno de caracterizar os elementos construtivos fundamentais,

nos quais acontecem os fenmenos fluidodinmicos essenciais para o funcionamento da mquina: o

rotor (impeller ou runner) e o sistema diretor (stationary guide casing).

O rotor (Figura 1.1), onde acontece a transformao de energia mecnica em energia de

fluido, ou de energia de fluido em energia mecnica, o rgo principal de uma mquina de fluxo.

constitudo por um certo nmero de ps giratrias (runner blades) que dividem o espao ocupado em

canais por onde circula o fluido de trabalho.

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Figura 1.1: Rotor

J o sistema diretor tem como finalidade coletar o fluido e dirigi-lo para um caminho

determinado. Esta funo de direcionador de fluxo, muitas vezes, acompanhada por outra de

transformador de energia. Assim, por exemplo, numa bomba centrfuga (Figura 1.2), o sistema diretor

de sada fundamentalmente um difusor (diffuser) que transforma parte da energia de velocidade do

lquido que expelido pelo rotor em energia de presso.

Enquanto isto, numa turbina hidrulica do tipo Pelton, o sistema diretor (Figura 1.3) , em

ltima anlise, um injetor (nozzle) que transforma a energia de presso do fluido em energia de

velocidade que ser fornecida ao rotor atravs de jatos convenientemente orientados.

Em alguns tipos de mquinas o sistema diretor no se faz presente, como nos ventiladores

axiais de uso domstico. A existncia do rotor, no entanto, imprescindvel para a caracterizao de

uma mquina de fluxo.

Figura 1.2: Sistema diretor de uma bomba centrfuga.

Figura 1.3: Sistema diretor de turbina hidrulica do tipo Pelton.

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1.3) Classificao das mquinas de fluxo

Entre os diferentes critrios que podem ser utilizados para classificar as mquinas de fluxo,

pode-se citar os seguintes:

- segundo a direo da converso de energia;

- segundo a forma dos canais entre as ps do rotor;

- segundo a trajetria do fluido no rotor.

1.3.1) Segundo a direo da converso de energia

Segundo a direo da converso de energia as mquinas de fluxo classificam-se em motoras e

geradoras.

Mquina de fluxo motora (motriz) a que transforma energia de fluido em trabalho mecnico,

enquanto mquina de fluxo geradora (operatriz) a que recebe trabalho mecnico e o transforma em

energia de fluido. No primeiro tipo a energia do fluido diminui na sua passagem pela mquina, no

segundo, a energia do fluido aumenta.

Como exemplos de mquinas de fluxo motoras, citam-se as turbinas hidrulicas (Figura 1.3) e

as turbinas a vapor (Figura 1.4). Entre as mquinas de fluxo geradoras encontram-se os ventiladores

(Figura 1.5) e as bombas centrifugas (Figura 1.6).

Figura 1.4: Turbina Vapor

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Figura 1.6: Bomba Centrfuga.

Algumas mquinas podem funcionar tanto como motores quanto geradores de fluxo,

como o caso das bombas-turbinas reversveis (reversible pump-turbines) que, dependendo do

sentido do fluxo atravs do rotor, funcionam como bombas, girando num sentido, ou como

Turbinas, girando em sentido contrrio.

Tambm comum encontrar uma mquina de fluxo motora (turbina a gs) acionando uma

mquina de fluxo geradora (turbocompressor), montadas num mesmo eixo, como acontece nas

turbinas de aviao e nos turboalimentadores (turbochargers) de motores de combusto interna a

pisto (Figura 1.7).

Figura 1.7: Turboalimentador e motor a pisto.

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Figura 1.7.1: Turboalimentador e motor a pisto.

1.3.2) Segundo a forma dos canais entre as ps do rotor

Quanto forma dos canais entre a ps do rotor, as mquinas de fluxo classificam-se em

mquinas de ao e em mquinas de reao.

Nas mquinas de fluxo de ao (impulse turbomachines), os canais do rotor constituem

simples desviadores de fluxo, no havendo aumento ou diminuio da presso do fluido que passa

atravs do rotor.

Nas mquinas de fluxo de reao (reaction turbornachines), os canais constitudos pelas

ps mveis do rotor tm a forma de injetores (nas turbinas) ou a forma de difusores (nas bombas e

nos super-ventiladores), havendo reduo, no primeiro caso (turbinas), ou aumento, no segundo caso

(bombas e super-ventiladores), da presso do fluido que passa atravs do rotor.

So exemplos de mquinas de fluxo de ao: a turbina hidrulica do tipo Pelton (Figura 1.3) e

a turbina a vapor (Figura 1.4). Como exemplos de mquinas de fluxo de reao podem ser citados:

as bombas centrifugas (Figura 1.6), os ventiladores (Figura 1.5) e as turbinas hidrulicas do tipo

Francis (Figura 1.8).

Figura 1.8: Turbina Hidrulica Francis.

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1.3.3) Segundo a trajetria do fluido no rotor

Finalmente, segundo a trajetria do fluido no rotor, as mquinas de fluxo classificam-se em:

radiais, axiais, diagonais ou de fluxo misto (ou ainda, semiaxial) e tangenciais.

Nas mquinas de fluxo radiais (radial flow turbomachines), o escoamento do fluido atravs

do rotor percorre uma trajetria predominantemente radial (perpendicular ao eixo do rotor). Como

exemplos de mquinas radiais, citam-se as bombas centrfugas (Figura 1.6), os ventiladores centrfugos

(Figura 2.5) e a turbina Francis lenta (Figura 1.8).

J, nas mquinas de fluxo axiais (axial flow turbomachines), o escoamento atravs do

rotor acontece numa direo paralela ao eixo do rotor ou axial. Como exemplos de mquinas axiais

citam-se os ventiladores axiais, as bombas axiais (Figura 1.9) e as turbinas hidrulicas do tipo Hlice e

Kaplan.

Quando o escoamento no radial nem axial, a mquina denominada mquina de fluxo

misto (mixed flow turbomachine), diagonal, ou, ainda, semi-axial , com as partculas de fluido

percorrendo o rotor numa trajetria situada sobre uma superfcie aproximadamente cnica. Entre as

mquinas diagonais ou de fluxo misto encontram-se as bombas semi-axiais (Figura 1.10), a

turbina Francis rpida e a turbina hidrulica Driaz.

Figura 1.9- Bomba axial

Figura 1.10: Bomba semi-axial ou de fluxo misto.

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2 BOMBAS

Introduo

Bombas so mquinas operatrizes hidrulicas que conferem energia ao lquido com a

finalidade de transport-lo de um ponto para outro obedecendo s condies de processo. Elas

recebem energia de uma fonte motora qualquer e cedem parte dessa energia ao fluido sob

forma de energia de presso, cintica ou ambas.

A relao entre a energia cedida pela bomba ao lquido e a energia que foi recebida da fonte

motora, fornece o rendimento da bomba.

As bombas so geralmente classificadas segundo o modo pelo qual feita a transformao do

trabalho em energia hidrulica ou seja, pelo recurso utilizado para ceder energia ao lquido. A

classificao mais usual a seguinte:

a) Turbobombas, bombas rotodinmicas ou centrfugas;

b) Bombas de deslocamento positivo ou volumtricas.

Figura 1.11: Classificao dos tipos de bombas.

2.1 Bombas Centrfugas ou Turbobombas:

So mquinas nas quais a movimentao do lquido produzida por foras que se

desenvolvem na massa lquida, em conseqncia da rotao deum rgo rotativo dotado de ps

chamado rotor. Nas turbobombas a finalidade do rotor, tambm chamado impulsor ou impelidor

comunicar massa lquida acelerao, para que esta adquira energia cintica. O rotor em essncia

um disco ou uma pea de formato cnico dotado de ps. O rotor pode ser fechado, usado para

lquidos sem partculas em suspenso, ou aberto, usado para pastas, lamas, areia e lquidos com

partculas suspensas em geral.

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As turbo bombas necessitam de outro dispositivo, o difusor, tambm chamado recuperador,

onde feita a transformao da maior parte da elevada energia cintica com que o lquido sai do

rotor, em energia de presso. Deste modo ao atingir a boca de sada da bomba, o lquido capaz de

escoar com velocidade razovel ao sair da mesma.

Este tipo de bomba geralmente classificado em funo da forma como o impelidor cede

energia ao fluido, bem como pela orientao do fluido ao sair do impelidor.

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Caractersticas gerais:

Podem ser acionadas diretamente por motor eltrico sem necessidade de

modificadores de velocidade;

trabalham em regime permanente, o que de fundamental importncia em

grande nmeros de aplicaes;

fornecem boa flexibilidade operacional, pois a vazo pode ser modificada por

recirculao, fechamento parcial da vlvula na tubulao de descarga ou por

mudana de rotao ou de dimetro externo do impelidor;

cobrem uma ampla faixa de vazo, desde vazes moderadas at altas

vazes;

permitem bombear lquidos com slidos em suspenso.

A ao de bombeamento produz, quando a mquina impulsiona o lquido transportado,

simultaneamente, a circulao do fluido atravs da bomba, originando uma reduo ou suco no

lado de admisso.

Trata-se de uma classe importante de bombas e com caractersticas bem diferentes, j que a

vazo depende da temperatura e da descarga; a caracterstica de funcionamento depende da forma

do rotor, bem como do tamanho e velocidade da bomba.

Todo o acima exposto reflete na subdiviso por tipos principais, baseada na natureza do fluxo atravs

da bomba.

As bombas centrfugas propriamente ditas tm um rotor cuja forma obriga ao lquido

deslocar-se radialmente. Outras possuem rotores que deslocam o lquido axialmente. Entre ambos

os tipos de rotores, existem os que deslocam o lquido mediante componentes axiais e radiais de

velocidade, ou seja, da bomba que seria denominada de fluxo misto.

Geralmente, os sub-tipos centrfugo, de fluxo misto, e de fluxo axial so aceitos na

classificao de bombas de turboao.

Da mesma forma que o grupo das centrfugas, as de fluxo axial e as de fluxo misto, derivam

da classificao conforme a direo do fluxo. Pelo exposto, lgico que qualquer outra

subdiviso deve estar baseada no mesmo conceito. Como a direo est perfeitamente

determinada, seja nas centrfugas como nas axiais, as nicas que admitem uma subdiviso so as de

fluxo misto. Se tanto o fluxo radial quanto o axial derivam de um rotor que apresenta as bordas de

entrada e sada ambas inclinadas, com respeito ao eixo, e descarregando em um invlucro, a

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bomba poder ser classificada como do tipo helicoidal. Se o rotor for de forma similar, ou seja, gerador

de fluxo misto, porm com palhetas diretrizes, colocadas a continuao, que modificam a direo

do fluxo, a bomba poder ser classificada do tipo diagonal. Assim, uma sub-classificao bsica e

lgica, das bombas rotodinmicas :

Bombas centrfugas

Fluxo misto

1. Helicoidais

2. Diagonais

Fluxo axial

Princpio de operao de uma bomba centrfuga

A bomba centrfuga converte a energia mecnica fornecida por um elemento acionador, como

por exemplo, um motor eltrico, Diesel, turbina a vapor ou gs, em energia cintica cedida ao lquido

que deve ser bombeado. Esta energia, agora existente no interior do lquido transformada em

energia potencial, ou seja, devido presso (energia de presso), constituindo esta sua caracterstica

principal.

Figura 1.12: Exemplo de um sistema constituindo um motor e uma bomba.

O elemento rotatrio da bomba centrfuga, acionado pelo propulsor, denominado de rotor,

sendo o dispositivo acionado responsvel pela transformao acima explicada.

Vejamos o princpio de operao deste rotor de uma forma mais simples, imaginando um

destes elementos. Considerando-o em estado de repouso, figura 1.13, vejamos um fluido

preenchendo totalmente os espaos existentes entre suas palhetas, pois para o funcionamento

necessrio que a carcaa esteja completamente cheia de lquido, e portanto, que o impelidor

esteja mergulhado no lquido.

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Figura 1.13: Rotor em estado de repouso.

Faamos agora girar o rotor conforme a direo indicada pela seta, figura 1.14.

Figura 1.14: Rotor em funcionamento, completamente preenchido por lquido.

A gua comear a girar acompanhando primeiramente o movimento das palhetas e,

posteriormente, se deslocando para o exterior destas, devido a foras centrfugas (da a denominao

destas bombas), saindo, se houver, por uma passagem para um lugar fora do dimetro externo do

rotor, e adotando um movimento como mostrado na figura 1.15

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Figura 1.15: Movimento adotado pela gua acompanhando o movimento das palhetas.

Voltando ao rotor da figura 1.13, observamos que se mais fluido for deixado entrar no centro

deste, ser tambm deslocado na forma explicada.

O centro do rotor ir constituir no somente o ponto de menor presso como tambm o local

de entrada do lquido que est sendo movimentado ou bombeado.

Uma vez que o lquido est sendo forado a sair do rotor, este poder ser guiado para seu

destino. Colocando o rotor no interior de uma carcaa, poder ser realizado, sobre o lquido

impelido, um movimento que ser controlado, adotando a direo desejada.

O resultado, portanto, o de fornecer energia um lquido, em um determinado ponto, para que este

se movimente para um outro estabelecido.

O movimento do rotor, est constitudo por dois componentes, um deles um movimento de

direo radial dirigido para a parte externa do centro e causado pela fora centrfuga. A tendncia do

fluido do rotor movimentar-se em direo perpendicular ao raio, formando o que se denomina de

componente tangencial.

O movimento real ou final do lquido est constitudo pela resultante das duas foras

mencionadas.

O fator mais importante que tem contribudo a generalizao do uso das bombas centrfugas

o advento da eletricidade, que substituiu neste sculo a energia proporcionada pelo vapor, embora

este seja usado amplamente em determinadas atividades industriais.

Outro motivo foi o fato de que a bomba centrfuga proporcionava um fluxo constante e de

presso uniforme. Os fabricantes de bombas centrfugas, aprimorando seus estudos e experincias

neste tipo de equipamento, bem como aproveitando dos efetuados pelos fabricantes de

motores eltricos, aumentaram as velocidades de rotao e elevao dos fluidos transportados.

Em uma bomba centrfuga o fluido forado, seja pela presso atmosfrica ou por outro

tipo de forma, a penetrar em um sistema de palhetas rotativas, constituindo estas um propulsor que

descarrega um fluido na sua periferia, sob elevada velocidade. Esta velocidade transforma-se em

presso devido a energia impartida sobre o fluido, mediante uma voluta ou espiral, figura 1.16.

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Figura 1.16: Exemplo de uma voluta ou espiral.

Vejamos agora o que acontece quando o fluido descarregado pelo rotor. Se adotarmos como

exemplo uma bomba de voluta, tpica de uma bomba centrfuga, poderemos observar que o fluido

descarregado de todos os pontos ao redor da circunferncia do rotor, movimentando-se para o

interior deste, ao mesmo tempo que circula ao redor do prprio rotor.

A carcaa da bomba tem como finalidade guiar o escoamento at o bocal de sada, podendo

continuar a transformao da energia cintica em energia de presso. A carcaa projetada de

forma tal, para que um determinado ponto da sua parede tenha uma folga mnima entre ela e a

parte externa do dimetro do rotor.

A folga mnima acima mencionada denominada de vrias formas, adotando-se no texto

o de lingeta.

Entre a lingeta propriamente dita e um ponto localizado ligeiramente esquerda, uma

determinada quantidade de lquido descarregada pelo rotor. Este lquido poder acompanhar a

rotao do rotor at ser finalmente descarregado atravs do bocal da bomba. Uma quantidade

adicional de lquido descarregado pelo rotor em vrios pontos ao redor da carcaa,

acompanhando o movimento deste e descarregando tambm pelo bocal da bomba.

Permanece, ao redor da carcaa, uma maior quantidade de fluido, que vai se acumulando e

deslocando-se entre a parede da carcaa e a borda externa do rotor.

De forma a manter a velocidade praticamente constante, embora o volume de lquido

aumente, a rea entre a extremidade do rotor e a parede da carcaa aumenta gradualmente a partir

da lingeta at o bocal de sada da bomba.

Num ponto antes da lingeta, todo o fluido descarregado pelo rotor coletado. Este lquido

agora ser conduzido para a tubulao de descarga.

Em determinados casos, este lquido possui uma elevada velocidade, o que significa uma

grande perda devida a frico na tubulao de descarga. A velocidade normalmente diminui no

difusor da bomba, devido ao aumento de sua rea e, dessa forma, parte da energia cintica

transforma-se em energia devido a presso.

Se a bomba possui um nico rotor e sua altura de lquido impulsionada unicamente por este,

denomina-se de bomba de simples estgio. s vezes, a altura necessria exige o uso de dois

rotores trabalhando em srie, succionando um destes da descarga do precedente. Para efetuar

este processo podem ser conectadas em srie duas bombas de um estgio cada, ou os dois estgios

incorporados em uma nica carcaa, denominando-se este arranjo de bomba de mltiplo estgio.

Nos projetos antigos, para obter maiores alturas de lquido quando necessrias, foram

projetadas bombas de dois ou mais rotores.

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O projeto mecnico da carcaa da bomba permite uma classificao quanto ao

posicionamento do seu eixo, como: horizontal, vertical ou inclinado, embora as classificaes mais

utilizadas sejam as de horizontal ou vertical.

Aplicao das bombas centrfugas: Bombas de gua de circulao

As bombas de gua de circulao so de trs tipos: (1) centrfuga de voluta, (2) de fluxo misto

e (3) rotatria de hlice.

Estas bombas trabalham transportando grandes volumes de gua contra pequenas alturas

manomtricas. Na figura 1.17 pode ser vista uma bomba para bombeamento de gua e de lquidos

limpos, do tipo horizontal, um estgio, suco simples horizontal e recalque vertical para cima.

Figura 1.17: KSB Bombas Hidrulicas S/A.

A vazo do tipo em tratamento de at 700m3 /h com elevao de at 140m, temperatura

de 105C e velocidade de at 3500rpm. O acionamento pode ser do motor eltrico, de combusto

interna, turbina, etc.

Na Volkswagen utilizada a bomba KSB Meganorm para o bombeamento de gua

gelada para o resfriamento dos compressores e chiller, e o bombeamento de gua quente para

abastecimento das caldeiras em aproximadamente 80 C, figura 1.18.

Figura 1.18: Bomba KSB Meganorm utilizada na Volkswagem.

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2. 2 Bombas Volumtricas ou de deslocamento positivo

As bombas volumtricas ou de deslocamento positivo so aquelas em que a energia

fornecida ao lquido sob a forma de presso, no havendo, portanto a necessidade de transformao,

como no caso das bombas centrfugas. Assim sendo, a movimentao do lquido diretamente

causada por um rgo mecnico da bomba, que obriga o lquido a executar o mesmo movimento de

que ele est animado. O lquido, sucessivamente, enche, e depois expulso, de espaos com

volume determinado, no interior da bomba -da o nome de bombas volumtricas.

As bombas de deslocamento positivo podem ser: alternativas e rotativas.

Nas bombas alternativas o lquido recebe a ao das foras diretamente de um pisto ou

mbolo (pisto alongado), ou de uma membrana flexvel (diafragma).

Nas bombas rotativas, por sua vez, o lquido recebe a ao de foras provenientes de uma ou

mais peas dotadas de movimento de rotao, que comunicam energia de presso, provocando

escoamento. Os tipos mais comuns de bombas de deslocamento positivo rotativas so: bomba

de engrenagens, bomba helicoidal, de palhetas e pisto giratrio.

A caracterstica principal desta classe de bombas que uma partcula lquida, em contato

com o rgo que comunica a energia, tem aproximadamente a mesma trajetria que a do

ponto do rgo com o qual est tem contato.

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2.2.1 Bombas Rotativas

A bomba primordialmente utilizada para o fornecimento de energia ao fluido nos sistemas

hidrulicos. Ela largamente empregada nas mquinas operatrizes, avies, automveis, prensas,

transmisses e em equipamentos mveis. A bomba alternativa colhe continuamente o lquido da

cmara, enquanto que a bomba centrfuga prov velocidade corrente fluida. Bombas rotativas um

nome para designar uma grande variedade de bombas, todas elas volumtricas e comandadas por um

movimento de rotao, da a origem do nome.

Os tipos mais comuns de bombas de deslocamento positivo rotativas so: bomba de

engrenagens, lbulos, parafusos e palhetas.

A caracterstica principal desta classe de bombas que uma partcula lquida em

contato com o rgo que comunica a energia tem aproximadamente a mesma trajetria que a do

ponto do rgo com o qual est tem contato.

Provocam uma presso reduzida na entrada (efeito da presso atmosfrica), e com

a rotao, empurram o fluido pela sada. A vazo do fluido funo do tamanho da bomba e

velocidade de rotao, ligeiramente dependente da presso de descarga.

Fornecem vazes quase constantes. Eficientes para fluidos viscosos, graxas, melados

e tintas. Operam em faixas moderadas de presso. Capacidade pequena e mdia. Utilizadas

para medir "volumes lquidos".

Figura 1.27: Bomba de pistes rotativos.

2.2.2 Bomba de Engrenagem

Bombas de engrenagem, cujos elementos rotativos tm a forma de rodas trabalhadas

como engrenagens, com duas configuraes possveis:

(a) de engrenagens exteriores (dentes exteriores), nas quais ambas as rodas

tm a mesma forma, igual dimetro e engrenagens montadas sobre eixos

paralelos. S uma das engrenagens propulsada.

(b) de engrenagens interiores (dentado interior), em que uma roda menor

montada excntrica e interiormente a uma roda no comandada, situada no

interior de um carter cilndrico.

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As duas engrenagens so montadas prximo da parede interna da carcaa; o leo

arrastado em torno da periferia das duas engrenagens, e ento forado atravs da abertura da

sada, pelo contato das duas engrenagens no seu ponto de tangncia. As bombas de engrenagem

podem ser fornecidas para uma larga faixa de presses.

Nestas bombas, quando a velocidade constante, a vazo constante, a menos que seja

considerado um fator de perda devido ao rendimento volumtrico, isto , a relao entre o

volume efetivamente bombeado e o volume dado pelas caractersticas geomtricas da bomba.

Figura 1.28: Bomba de engrenagens com camisa de aquecimento vapor.

2.2.3 Bombas de Lbulos

O princpio de funcionamento das bombas de lbulos similar ao da bomba de engrenagens,

exceto em que os elementos giratrios, que engrenam, so rotores em forma de lbulos e no em

rodas dentadas.

Ambos os rotores so propulsados, sincronizados por engrenagens ou correntes de

distribuio, girando em sentidos opostos, apresentando uma pequena folga efetiva.

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Da mesma forma que as bombas de engrenagens, podem ser subdivididas em:

(a) bombas de rotores lobulares exteriores;

(b) bombas de rotores lobulares interiores,

Tambm so diferenciadas conforme a quantidade de lbulos: dois, trs ou mais.

Figura 1.29: Bombas de dois e trs lbulos respectivamente.

Figura 1.30: Bomba de lbulos.

2.2.4 Bomba de Parafusos

So bombas compostas por dois parafusos que tem movimentos sincronizados atravs

de engrenagens. O fluido admitido pelas extremidades e, devido ao movimento de rotao e aos

filetes dos parafusos, empurrado para a parte central onde descarregado. Os filetes dos parafusos

no tm contato entre si, porm, mantm folgas muito pequenas, das quais depende o rendimento

volumtrico.

Essas bombas so muito utilizadas para o transporte de produtos de viscosidade elevada. H

projetos de bombas com uma camisa envolvendo os parafusos, por onde circula vapor, com o objetivo

de reduzir a viscosidade do produto.

H casos em que essas bombas possuem trs parafusos e os filetes esto em contato entre si,

alm de um caso particular em que h apenas um parafuso.

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Figura 2.32: Bomba de parafuso nico ou de cavidades progressivas.

Figura 2.32: Bomba de parafuso nico ou de cavidades progressivas.

2.2.5 Bombas de Palhetas:

A quantidade de palhetas varivel, conforme o fabricante. Conforme a forma da caixa,

subdividem-se em bombas de cmara, simples, dupla ou tripla. A maioria das bombas de palhetas

deslizantes so de uma cmara (mononucleares). Como estas mquinas so de grande

velocidade, de capacidades pequenas ou moderadas, sendo usadas com fluidos pouco viscosos,

justifica-se a seguinte classificao:

(a) bombas de palhetas deslizantes, situadas em um rotor ranhurado;

(b) bomba pesada de palheta deslizante, com s uma palheta que abrange a

totalidade do dimetro. Trata-se de uma bomba essencialmente lenta, para

lquidos muito viscosos;

(c) bombas de palhetas oscilantes, cujas palhetas articulam no rotor. outro

dos tipos pesados de bomba de palheta;

(d) bomba de palheta rotativas, com ranhuras de pouca profundidade no rotor,

para alojar elementos cilndricos de elastmero em lugar de palhetas.

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Este tipo de bomba leva vantagem sobre a bomba de engrenagem por que o rotor pode

equilibrar-se hidraulicamente, o que minimiza as cargas nos mancais. So muito utilizadas em sistemas

de mdia e baixa presso, que requerem uma bomba compacta de preo baixo, e nos sistemas

hidrulicos de mquinas-ferramentas.

Figura 1.33: Bomba de palhetas.

Figura 1.33.1: Bomba de palhetas.

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2.2.6 Bombas de Pisto

As bombas de pisto geram uma ao de bombeamento, fazendo com que os pistes se

alterem dentro de um tambor cilndrico. O mecanismo de bombeamento de uma bomba de pisto

consiste basicamente de um tambor de cilindro, pistes com sapatas, placa de deslizamento, sapata,

mola de sapata e placa de orifcio.

Como funciona uma Bomba de Pisto

No exemplo da ilustrao anterior, um

tambor de cilindro com um cilindro

adaptado com um pisto. A placa de

deslizamento posicionada a um certo ngulo.

A sapata do pisto corre na superfcie da placa

de deslizamento.

Quando um tambor de cilindro gira, a

sapata do pisto segue a superfcie da placa de

deslizamento (a placa de deslizamento no

gira). Uma vez que a placa de deslizamento

est a um dado ngulo o pisto alterna dentro

do cilindro. Em uma das metades do ciclo de rotao, o pisto sai do bloco do cilindro e gera um

volume crescente. Na outra metade do ciclo de rotao, este pisto entra no bloco e gera um volume

decrescente.

Na prtica, o tambor do cilindro adaptado com muitos pistes. As sapatas dos pistes so

foradas contra a superfcie da placa de

deslizamento pela sapata e pela mola.

Para separar o fluido que entra do fluido

que sai, uma placa de orifcio colocada

na extremidade do bloco do cilindro, que

fica do lado oposto ao da placa de

deslizamento.

Um eixo ligado ao tambor do

cilindro, que o conecta ao elemento

acionado. Este eixo pode ficar localizado

na extremidade do bloco, onde h fluxo, ou, como acontece mais comumente, ele pode ser

posicionado na extremidade da placa de deslizamento. Neste caso, a placa de deslizamento e a sapata

tm um furo nos seus centros para receber o eixo. Se o eixo estiver posicionado na outra extremidade,

a placa de orifcio tem o furo do eixo.

A bomba de pisto que foi descrita acima conhecida como uma bomba de pisto em linha ou

axial, isto , os pistes giram em torno do eixo, que coaxial com o eixo da bomba. As bombas de

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pisto axial so as bombas de pisto mais populares em aplicaes industriais. Outros tipos de bombas

de pisto so as bombas de eixo inclinado e as de pisto radial.

2.3 Aplicaes

No existe um critrio nico que conduza claramente a um tipo de bomba. Na verdade,

devemos analisar os diversos parmetros ou critrios de seleo e escolher aquele tipo que melhor

atenda aos requisitos mais importantes do sistema em considerao.

Caractersticas do lquido

Lquidos com slidos em suspenso ou substncias pastosas operando com bombas centrfugas

normalmente exigem rotores abertos.

As bombas centrfugas so limitadas aplicaes com no mximo 5 %

de gs em volume, enquanto que as axiais podem chegar a 10%.

Comportamento quanto vazo

Turbobombas operam em regime permanente sendo por isto as preferidas em operaes de

processamento nas indstrias de petrleo e petroqumica. Sua vazo pode ser alterada

mediante mudanas como fechamento parcial de vlvula de descarga.

Rotativas operam em regime praticamente permanente. Alternativas operam com vazes

pulsteis.

Caractersticas do sistema

Algumas caractersticas do sistema podem levar utilizao de determinado tipo de bombas.

So exemplos disto as limitaes de espao ou restries quanto suco, favorecendo o uso de

bombas verticais.

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Tipo de aplicao e experincias anteriores

Em algumas situaes a escolha da bomba j consolidada pela experincia de casos anteriores. So

exemplos disso a utilizao de bombas centrfugas nas instalaes de bombeamento dgua e

derivados claros de petrleo, de bombas de engrenagem no sistema de lubrificao de grandes

mquinas, de bombas de engrenagens ou de parafusos em bases de transporte de produto

viscoso e de bombas alternativas em campos de produo de petrleo.

Caractersticas gerais - bombas rotativas:

provocam uma presso reduzida na entrada e, com a rotao, empurram o fluido pela sada;

a vazo do fluido dada em funo do tamanho da bomba e velocidade de rotao, ligeiramente

dependente da presso de descarga;

fornecem vazes quase constantes;

so eficientes para fluidos viscosos, graxas, melados e tintas; operam em faixas moderadas de

presso;

capacidade pequena e mdia.

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2.2.2 Bombas alternativas

Nas bombas alternativas o lquido recebe a ao das foras diretamente de um pisto ou

mbolo (pisto alongado), ou de uma membrana flexvel (diafragma).

Descreve-se uma bomba alternativa como sendo uma bomba que tem movimento de vai e

vem. Seu movimento para frente e para trs, ou para cima e para baixo distingui-se das bombas

centrfugas e rotativas, que possuem movimento de rotao, alm de serem especificadas para

servios onde se requer cargas elevadas e vazes baixas. As bombas motorizadas so acopladas a

um motor, independentes, e as alternativas derivam normalmente do movimento de um virabrequim.

Neste caso, a descarga por pulsaes sinusoidais. A descarga do lquido pode-se converter em

contnua, caso bombas duplex (dois cilindros) ou triplex (trs cilindros).

As bombas alternativas podem ser divididas em bombas de suco e de recalque, as quais, por

sua vez, podem ser de simples e duplo efeito. A bomba de recalque na realidade uma extenso

da bomba de suco, pois ela simultaneamente succiona e recalca gua contra uma presso

externa.

O princpio bsico de funcionamento da bomba de recalque, consiste no fato dela forar a

gua acima da presso atmosfrica, o que distingue da bomba de suco, a qual eleva a gua para

que esta escoe segundo um jorro.

Bomba de Pisto

A bomba de pisto envolve um movimento de vai-e-vem de um pisto num cilindro.

Resultando num escoamento intermitente.

Para cada golpe do pisto, um volume fixo do lquido descarregado na bomba. A taxa

de fornecimento do lquido funo do volume varrido pelo pisto no cilindro e o nmero de golpes

do pisto por unidade do tempo.

A bomba alternativa de pisto (Figura 1.19) pode ser de simples ou duplo efeito,

dependendo se o pisto possui um ou dois cursos ativos.

Figura 1.19: Representao esquemtica de uma bomba alternativa de pisto.

Na bomba de recalque de duplo efeito, o pisto descarrega gua por um dos seus lados,

enquanto a gua puxada para dentro do cilindro pelo outro lado do pisto, no havendo tempo de

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transferncia. Dessa forma, a gua descarregada em qualquer tempo, ao invs de ser descarregada

em tempos alternados, como nas bombas de simples efeito. Ento, a vazo de uma bomba de simples

efeito pode ser duplicada numa bomba de duplo efeito que possua cilindro de idntico deslocamento,

ou seja, comparando a bomba de duplo efeito com a de simples efeito, verificamos que o

deslocamento de gua maior para um mesmo nmero de rotaes.

Figura 1.20: Bomba de pisto, de potncia, de duplo efeito.

Apresentamos abaixo um desenho ilustrativo que nos mostra os ciclos de trabalho

da presente bomba:

Figura 1.21: Ciclo de trabalho de uma bomba de recalque de pisto de duplo efeito.

Conforme nos mostra a figura acima, verificamos que as principais partes que compem a

bomba de recalque de duplo efeito so:

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Tubulao de admisso

Vlvulas de admisso

Pisto

Cilindro

Vlvula de descarga

Tubulao de descarga

Resumindo, o movimento do lquido efetivamente causado pelo movimento do pisto,

sendo da mesma grandeza e tipo do movimento deste.

Figura 1.22: Bomba de pisto.

Bomba de mbolo

A operao deste tipo de bomba idntica a operao da bomba de recalque do tipo pisto

de duplo efeito, trocando-se apenas o pisto pelo mbolo.

Figura 1.23: Bomba de mbolo, duplex, de ao direta.

Com relao a localizao da vedao, estas bombas podem ser de dois tipos: vedao interna

e vedao externa. Na bomba de vedao interna, o cilindro virtualmente dividido pela vedao em

duas cmaras separadas. Nos movimentos de subida e descida, o mbolo desloca gua

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alternativamente nas duas cmaras. A desvantagem deste tipo de bomba reside no fato de ser

necessrio remover o cabeote do cilindro para ajustar ou substituir a vedao. Alm disso, no se

consegue observar vazamento atravs da vedao enquanto a bomba estiver em operao.

Estas desvantagens podem ser superadas na bomba de tipo mbolo de vedao externa. Dois

mbolos que se encontram rigidamente unidos por placas e tirantes so necessrias nesse projeto.

A vedao externa, de fcil inspeo e reparo.

Figura 1.24: Ciclo de trabalho de uma bomba de mbolo de vedao interna.

Figura 1.25: Ciclo de trabalho de uma bomba de mbolo de vedao externa.

Bomba de Diafragma

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A bomba de diafragma utiliza uma substncia elstica (tal como uma borracha), ao invs de

pisto ou mbolo, para desenvolver operaes de bombeamento. Os dois tipos bsicos de bomba

de diafragma so: aberto e fechado. As bombas de diafragma tm se mostrado eficientes para tarefas

tais como: retirada de gua de valas, fundaes encharcadas, drenos e outras depresses

encharcadas, nas quais h uma grande quantidade de barro ou areia na gua.

O movimento da membrana em um sentido diminui a presso da cmara fazendo com que

seja admitido um volume de lquido. Ao ser invertido o sentido do movimento da haste, esse

volume descarregado na linha de recalque.

Utilizando o exemplo de uma bomba com duplo diafragma, descreveremos seu

funcionamento.

Pelo fornecimento de ar comprimido para a vlvula de ar, o ar passado atravs do pisto da

vlvula (na posio ascendente ou descendente) para o bloco central onde h duas portas direcionais

de ar, para o lado esquerdo ou lado direito da bomba (dependendo da posio do pisto da vlvula de

ar).

Quando na cmara de ar, a presso de ar aplicada no fundo do diafragma, que fora o

produto a sair pelo manifold de sada. Como os dois diafragmas esto conectados por um diafragma de

ligao, ou eixo, o outro diafragma puxado na direo do centro da bomba. Esta ao faz o outro

lado puxar produto na bomba pela suco da mesma. Vlvulas esferas abrem e fecham,

alternadamente para encher as cmaras, esvaziar cmaras e bloquear o contra fluxo. No final do golpe

do eixo, o mecanismo de ar (pisto vlvula de ar) automaticamente desloca a presso de ar (lado

oposto) a ao reversa da bomba, simplesmente pondo uma razo da bomba de 1:1.

A presso de ar aplicada nesta bomba est diretamente relacionada presso de entrada e a

sada do lquido. A bomba tem duas cmaras lquidas, duas cmaras de ar e dois diafragmas. Em cada

par de cmaras, o lquido e as cmaras de ar so separadas por diafragmas flexveis. Cada diafragma

preso por duas placas de suporte e parafusados a um eixo comum. Este conjunto, eixo-diafragmas,

move-se para frente e para trs com o ar comprimido, direcionado pela vlvula de ar,

penetrando ou saindo pela cmara de ar esquerda ou direita. Cada cmara lquida equipada com

duas esferas tipo vlvulas unidirecionais que automaticamente controlam o fluxo do fluido atravs das

cmaras da bomba.

Figura 2.26: Bombas com duplo diafragma.

Caractersticas gerais - bombas alternativas:

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bombeamento de gua de alimentao de caldeiras, leos e de lamas;

imprimem as presses mais elevadas dentre as bombas e possuem pequena capacidade;

podem ser usadas para vazes moderadas;

podem operar com lquidos muito viscosos e volteis;

capazes de produzir presso muita alta;

operam com baixa velocidade.