1EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaEQ651 Operaes Unitrias ICaptulo I Bombas e Compressores2EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaIntroduoConsideraes sobre equipamentos movimentadores de fluidoEquipamentos energiaescoamentomovimentadoresEquiptos.: Bomba e Compressor trabalho (energia)Compensar as perdas por atrito ou contribuirPresso VelocidadeAltura de fluido3EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaFluidocompressibilidadeviscosidadedensidadeGsEquiptos.: ventiladores, sopradores ou compressores(fornecem energia ao fluido e propiciam o escoamento)densidade(fornecem energia ao fluido e propiciam o escoamento)viscosidadeLquidoEquiptos.: Bombas4EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaEnergiaEnergiaDispositivo motriz de fluidosProcessos QumicosParcela Significativa do Consumo de Energia do ProcessoDimensionamento e a escolha correta do equipamentoMinimizar o consumo de energiaViabilizar o processo e o custo5EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaBombas Transporte de LquidosSistema de Bombeamento:Sistema de escoamento de lquido incorporando uma bomba(1)Descarga ou recalqueSuco ou aspirao(2)S ou YSD ou YD6EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaSe o nvel de gua permite encher completamente o corpo da bomba, diz-se que a bomba est afogada.S ou YS: altura de suco ou aspiraoD ou YD: altura de descarga ou recalque*recomenda-se a colocao de uma vlvula de reteno antes da bomba: impede o escoamento para reservatrio, quando a bomba estiver desligada. 7EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaBalano de EnergiaL D2D 2B S2S 1h yg 2vgpH yg 2vgp+ + += + + +(1)HB= altura manomtrica ou carga da bomba (=energia por unidade de peso do fluido que deve ser fornecida ao sistema( )L S D2S2D 1 2Bh y yg 2v vgp pH + ++=(2)De (1)8EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaPotncia que deve ser fornecida ao sistema: PtilB.B tilgH m QH P = =(3)tilPPotncia Real(Preal): fornecida pelo motor = : rendimento ou eficincia da bomba=B.realgH mP(4)ento9EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaOBS: Ocorrem muitas situaes em Engenharia em que:P1=P2=PatmvS=vD(mesmo dimetro detubulao)Assim,( )L S D Bh y y H + = ou( )LD LS S D Bh h y y H + + =Perdas na suco (5)Perdas na descarga 10EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaClassificao das BombasBombas de Deslocamento PositivoBombas CentrfugasEspeciais11EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaCaractersticas das BombasBombas de Deslocamento PositivoUma poro de fluido presa numa cmara, e pela ao de um pisto ou peas rotativas o fluido impulsionado para fora.Dividem-se: Alternativas (chamadas de sistema de pisto) em que o escoamento intermitente Rotativas (escoamento contnuo)12EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaModo Operacionalbacd oApartculadeadelquido aspirada em o segue a trajetria do pistobesaicompresso comunicada pelo mbolo d.Esquema Tpico de Bomba mbolo13EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. Rocha CaractersticasA taxa de fornecimento (vazo) depende do volume varrido pelo pisto e do nmero de golpes por unidade de tempoA vazo de descarga do fluido varia com tempo em virtude da natureza peridica do pistoVazo real pode ser menor que o volume varrido do pisto devido a ocorrncia de vazamentos ou enchimento incompleto do cilindro (vol)tempo cilindrorealvolVQ/pisto do to deslocamen do descargareal descarga= = 14EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaIndicaes Prticas9As bombas altenativas no tem limite de presso. Atualmenteso construdas para fornecer mais de 1000 atm.9A velocidade do pisto em geral, de 12 a 40 m/min dependendodo curso, que pode variar de 7,5 a 60cm.9So recomendadas para bombeamento de gua de alimentao em caldeiras, leo e fluidos em geral que no contenham slidos abrasivos, que podem danificar as superfcies torneadas do cilindro e do pisto.15EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaClassificaoDeslocamento de LquidoSimples Efeito Duplo EfeitoNmero de Cmaras com Pisto ou mboloSimplexDuplexTriplexMultiplex16EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaDeslocamento de Lquido - Simples Efeito e SimplexFigura 1. Funcionamento de uma bomba com pisto(www.animatedsoftware.com)17EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaDeslocamento de Lquido - Duplo Efeito e SimplexFigura 2. Bomba simplex de duplo efeito operada a correia(Foust et al., 1982- Princpios das Operaes Unitrias)18EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaDeslocamento de Lquido - Duplo Efeito e SimplexFigura 3. Bomba de pisto(http://www.em.pucrs.br/lsfm/alunos/luc_gab/bombas1.html)19EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaBombas Alternativas Movimento de vai e vem (Tipo Pisto)Princpio de Funcionamento Possuem uma (ou mais cmaras) no interior da qual um orgo propulsorcomunica energia de presso ao lquido provocando seu escoamento. Proporciona as condies para que se realize o escoamento naaspirao at a bomba, e no recalque at o ponto desejado.20EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaDeslocamento de Lquido - Duplo Efeito e SimplexFigura 4. Funcionamento de bomba simplex de duplo efeito(www.animatedsoftware.com)21EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaDeslocamento de Lquido - Simples Efeito e SimplexFigura 5. Bomba de mbolo, simples efeito, simplex(http://www.em.pucrs.br/lsfm/alunos/luc_gab/bombas1.html)22EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaDeslocamento de Lquido - DuplexFigura 6. Bomba de mbolo, duplex, acoplada em srie, operada a vapor de gua(Foust et al., 1982- Princpios das Operaes Unitrias)23EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaDeslocamento de Lquido - Duplo Efeito e DuplexFigura 7. Funcionamento de bomba duplex(www.animatedsoftware.com)24EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaBombas RotativasMovimento RotativoPrincpio de FuncionamentoOrotorprovocapressoreduzidanaentradapossibilitando aadmisso do lquido bomba pelo efeito de presso externa, e o lquido ejetado peloladodadescarga.medidaqueoelementogira,olquidofica retido entre os componentes do rotor e a carcaa da bomba. Finalmente, depois deumadeterminadarotaodorotor,olquidoejetadopelo lado da descarga da bomba.25EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaModo OperacionalO fluido (lquido) recebe a ao de foras provenientes de uma ou mais peas dotadas de movimento de rotao, que transmitem energia de presso, provocando seu escoamento.CaractersticasVazo funo do tamanho e velocidade de rotao, fornecendo vazes praticamente constantes.26EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaIndicaes Prticaso Possuem capacidade de bombeamento pequena a moderada.o Podem bombear uma larga faixa de tipos de lquidos em uma ampla faixa de viscosidade e temperatura. No recomendada paralquidos que contenham substncias abrasivas ou corrosivas.o Geralmente so usadas para bombeamento de leos minerais, vegetais e animais, gorduras, glicose, tintas, vernizes, maioneze, bronzeadores, cremes, etc...27EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaClassificao Bombas de Engrenagens Bombas de Parafusos Bombas de Lbulos Duplos ou Triplos28EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaExemplosFigura 8: Esquema do escoamento em uma bomba de engrenagens(Foust et al., 1982- Princpios das Operaes Unitrias)29EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaFigura 9: Esquema do deslocamento em uma bomba de engrenagens(Foust et al., 1982- Princpios das Operaes Unitrias30EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaFigura 11: Esquema de uma bomba de dois lbulosFigura10:Bombadeparafusos helicoidais31EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaBombas CentrfugasSo caracterizadas por possurem um orgo rotatriodotado de ps, chamado de rotor (ou impulsor), que comunica acelerao massa lquida, transformando a energia mecnica de que est dotado, em energia cintica.Descarga depende:caractersticas da bombanmero de rotaescaractersticas do sistema de transporte32EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaPrincpio de FuncionamentoO eixo do rotor funciona como um propulsor do fluido que lanado para a periferia pela ao da fora centrfuga. Modo OperacionalA energia cintica do fluido aumenta do centro do rotor para aponta das ps que transformada em energia de presso, quando o fluido sai do rotor e entra na carcaa (voluta) ou difusor.33EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaCaractersticas:9So as mais usadas na indstria qumica modelo simplificado,pequeno custo, manuteno barata e flexvel para aplicao (ampla faixa de presso e vazo)9Nos modelos usuais necessita ser previamente preenchida com o lquido a ser bombeado (as folgas entre o rotor e o restante da carcaa)34EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaIndicaes PrticasOperam tanto a baixas e altas vazes ou presses dimensionamentoOperam com diferentes tipos de fluidosconfigurao especfica para cada tipo de fluido Simplicidade de projeto e construo Ocupam pouco espao Peso reduzido Fcil controle de descarga Poucas partes mveis (fcil manuteno)Vantagens35EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaPartes da BombaDependente do ProjetoEixo: Sistema transmissor de potncia para o rotorRotor: aberto ou fechado, espaamento e forma das psRotor fechado: altas presses e lquidos limposRotor semi-fechado: operaes gerais Rotor aberto: baixas presses, pequenas vazes e lquidos contendo pastas, lama, areia 36EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaCarcaa: tem a funo principal de transformar a energia cintica impressa ao fluido pelo rotor em carga de presso.Serve como contentor para o fluido. Podem ser do tipo espiral(voluta) ou difusor.Difusores: Sada da bombaGradativamente aberto: diminui a velocidade do lquido proveniente do rotor Estgio: nico: um rotor e um difusormltiplo: dois ou mais rotores em srie em um nico eixo37EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaRotor de palhetas retas, fechado, de suco simplesRotor de suco duplaRotor no-bloquevelRotor abertoRotor semi-abertoRotor de escoamento mistoExemplosFigura 12: Rotores de bombas centrfugas(Foust et al., 1982- Princpios das Operaes Unitrias)38EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaFigura 13: Rotores de bombas centrfugas(http://www.animatedsoftware.com)39EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaFigura 14: Carcaa de bomba centrfuga, Figura 15: Carcaacom voluta (espiral)de bomba centrfuga, com difusor (redutor de veloc.)(Foust et al., 1982- Princpios das Operaes Unitrias)40EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaFigura 16: Bomba centrfuga de seis estgios(Foust et al., 1982- Princpios das Operaes Unitrias)41EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaSeleoA escolha do tipo de bomba influenciada pelos seguintes fatores: Vazo (quantidade de lquido a bombear): determina o tamanho e o nmero de bombas Carga a ser vencida (HB) Natureza do fluido (viscosidade, corrosividade, presena de slidos em suspenso)42EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaTabela 1: Caractersticas de bombasCentrfugaPadro(escoa-mento radial)Turbina(escoa-mento misto)Rotor helicoidal(escoamento axial)Intermediria- at200 ftIntermediria- at 16.000 gal/minCom elevado teor de slidosNo temElevada; em estgio simples-at 600 ft; em multiestgio-at6.000 psiCarga(ou presso de descarga)Capacidade(ou vazo fornecida)Lquidos com que operaCapacidade de me-dio ou de con-trole de vazoBaixa- at 60 ftElevada- at 100.000 gal/minAbrasivosNo temBaixa-100gal/min; at muito alta-200.000 gal/minSujos ou lmpidosNo tem43EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaTabela 1: Caractersticas de bombas(continuao)Deslocamento PositivoRotativa(engre-nagem ou parafuso)Alternativa(pisto ou mbolo)Carga(ou presso de descarga)Capacidade(ou vazo fornecida)Lquidos com que operaCapacidade de me-dio ou de con-trole de vazoA mais alta possvel-at 100.000 psiIntermediria- at 500 gal/minLmpidos, sem slidosTemIntermediria- at600 psiBaixa -1gal/min; at intermediria-500 gal/minAt com viscosidade elevada;No abrasivoTem44EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaBombas Especiais Bombas de diafragma Bombas peristlticas Bombas a Jato Bombas Eletromagnticas45EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaFigura 17: Esquema de uma bomba de diafragmaFigura 18: Funcionamento de bomba de diafragma dupla(http://www.animatedsoftware.com)46EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaFigura 19: Esquema de uma bomba peristlticaFigura 20: Funcionamento de bomba a jato(http://www.animatedsoftware.com)47EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaFigura 21: Bomba eletromagntica(http://www.animatedsoftware.com)48EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaCurva da Bomba x Curva do SistemaCurva da Bomba H x Q : fornecida pelo fabricante da bombaEstabelece o que a bomba pode fornecer descarga(energia) para vazo do sistemaQHHQDeslocamento PositivoCentrfuga49EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaPara o sistema de bombeamentoDa equao da energia (eq.2)( )L S D2S2D 1 2Bh y yg 2v vgp pH + ++=Para um dado sistema, HB=HB(Q), poisQv = v (Q)hL= hL(Q)vQhLPara um dado sistema de bombeamento, HBaumenta com o aumento de Q.50EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaCurva do SistemaA curva do sistema fornece qual ser a carga (energia) necessria para cada vazoHQ51EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaAs curvas em conjunto bomba-sistema mostrar a viabilidade de utilizao da bomba e o ponto de operaoUtilizando em conjunto HB(bomba) x Q e HB(sistema) x QHBQQsistemabombaAlterao da curva do sistema (alterao de hL)Sist. 2Sist. 1 HBPonto de operaoRegio de funcionamentoConjunto Invivel(bomba no adequada)Conjunto Vivel52EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaFigura 22:Curva Caracterstica de Bomba centrfugaExemplosDS=4in; Dd=3in; Carcaa com 10in; Rotores:6,7,8,9ou 10 in; v=1750rpm(Foust et al., 1982- Princpios das Operaes Unitrias)53EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. Rocha1 nmero = dimetro da linha de descarga, in2 nmero = dimetro da linha de suco, in3 nmero = dimetro mximo do rotor/carcaa , inFigura 23: Mosaico para escolha de bombas centrfugas(Foust et al., 1982- Princpios das Operaes Unitrias)54EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaNPSH: Net Positive Suction Head(Saldo Positivo da Carga na Suco)Fenmeno da CavitaoSe PS Pvdo lquido, TbombeamentoProjeto de instalao Bomba CentrfugaATENO:menor presso (sistema)Vaporizao do lquidoFormao de bolhas de gsConduzidas para regio de maior pressoColapsam e causam deteriorao do rotorCAVITAO55EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaFigura 25: Regies de cavitao no rotor(www.cheresources.com)56EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaReconhecimento da Cavitao Queda de rendimento Vibrao Rudo diferenteMateriais de resistncia corroso por cavitaoFerro fundido, Alumnio, Bronze, Ao fundido, Ao doce laminadoBronze fosforoso, Bronze-mangans, Ao-nquel, Ligas especiais de ao inox, Revestimento com elastmeros (neoprene, poliuretano)Ordem crescente57EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaFigura 25: Regies de cavitao no rotor(www.cheresources.com)58EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaFigura 26: Evidncia da cavitao(www.cheresources.com)59EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaFigura 26: Evidncia da cavitao(www.cheresources.com)60EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaNPSHDefinio: diferena entre a energia absoluta e a presso de vapor do lquido temperatura de bombeamento, na entradada suco.( )P Ph S NPSHvLS+ =(6)Onde:S- altura de sucoP- presso absolutaPv- presso de vapor do lquido TbombeamentohLS- perda de carga na linha de suco - .g - massa especfica do fluidog - acelerao da gravidade61EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. Rocha(NPSH)disponvel(NPSH)bomba(NPSH)requeridoEquao (6)(NPSH)disponvel(NPSH)requerido funo: Caractersticas de fabricao da bomba Velocidade do rotor Tipo de rotorfuno da prpria bomba62EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaConsidere a figura:(1)(2)(3)entrada da sucosucoPSdescargaolho do rotor63EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaBalano de Energia entre os pontos (1) e (2):Lhgv pSgv p+ + = + +2 222 221 1 (7)Consideraes: plano horizontal em (2); S = y1-y2 v1desprezvel em relao a v2 P1= P (medido) hL= hLS64EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaEnto,gv ph SpL222 2 + = + (8)Lh Sp + =disp.(NPSH)gv p2absoluta total energia22 2 + =(energia disponvel noponto de entrada da bomba)65EQ651 -Material Elaborado pelas Profas. Katia Tannouse Sandra C.S. RochaOcorre ainda internamente bomba um ponto de menor pressoque P2, chamado olho da bomba, no rotorP3