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MANUAL DE BOMBASM

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MANUAL DE BOMBA

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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

Capítulo 1 Design de bombas e motores ................................7

Seção 1.1 Construção de bombas ...............................................81.1.1 A bomba centrífuga ..............................................................81.1.2 Curvas das bombas ............................................................... 91.1.3 Características da bomba centrífuga ..........................111.1.4 Tipos mais comuns de bombas de sucção axial e em linha .................................................. 121.1.5 Tipos de rotores (forças axiais) ...................................... 141.1.6 Tipos de carcaças (forças radiais) .................................. 151.1.7 Bombas monoestágio ...................................................... 151.1.8 Bombas multiestágio .........................................................161.1.9 Bombas com acoplamento longo e curto 16

Seção 1.2 Tipos de bombas .........................................................171.2.1 Bombas padrão ................................................................... 171.2.2 Bombas bi-partida ............................................................ 171.2.3 Bombas hermeticamente seladas ............................ 181.2.4 Bombas sanitárias .............................................................201.2.5 Bombas de efluentes ...................................................... 211.2.6 Bombas imersíveis ........................................................... 221.2.7 Bombas submersas ......................................................... 231.2.8 Bombas de descolamento positivo ............................24

Seção 1.3 Vedações de eixos mecânicos ..............................271.3.1 Componentes e função da vedação de eixo mecânico ................................................................291.3.2 Vedações de eixos mecânicos balanceados e não balanceados ............................................................301.3.3 Tipos de vedações de eixos mecânicos ...................... 311.3.4 Combinações de materiais da face da vedação.............................................................................341.3.5 Fatores que afetam o desempenho da vedação.............................................................................36

Seção 1.4 Motores ......................................................................... 391.4.1Padrões .................................................................................... 401.4.2 Partida no motor ................................................................ 461.4.3 Tensão de alimentação ................................................... 471.4.4 Conversor de frequência ................................................ 47

1.4.5 Proteção do motor ............................................................ 49Seção 1.5 Líquidos ...........................................................................531.5.1 Líquidos viscosos ........................................................................... 541.5.2 Líquidos Não Newtonianos ...................................................... 551.5.3 Impacto dos líquidos viscosos sobre o desempenho de uma bomba centrífuga ........................................................ 551.5.4 Seleção da bomba correta para um líquido com anticongelante .....................................................................561.5.5 Exemplo de cálculo ...................................................................... 581.5.6 Seleção da bomba com auxílio de computador para líquidos densos e viscosos ............................................... 58

Seção 1.6 Materiais ....................................................................... 591.6.1 O que é corrosão? .................................................................601.6.2 Tipos de corrosão ..................................................................611.6.3 Metais e ligas metálicas ....................................................651.6.4 Cerâmica ..................................................................................711.6.5 Plástico ......................................................................................711.6.6 Borracha ...................................................................................721.6.7 Revestimentos .......................................................................73

Capítulo 2 Instalação e leitura dodesempenho ....................................................................................75

Seção 2.1 Instalação da bomba ...............................................762.1.1 Nova instalação ....................................................................762.1.2 Substituição-instalação existente ................................762.1.3 Fluxo do tubo para instalação de bomba única .........................................................................772.1.4 Limitação de ruídos e vibrações .....................................782.1.5 Nível de som (L) .....................................................................81

Seção 2.2 Desempenho da bomba ........................................832.2.1 Termos hidráulicos ...............................................................832.2.2 Termos elétricos ....................................................................902.2.3 Propriedades dos líquidos.................................................93

Índice

Capítulo 3 Sistema hidráulico .....................................................95

Seção 3.1 Características do sistema ......................................963.1.1 Resistências únicas ..............................................................973.1.2 Sistemas abertos e fechados ...........................................98

Seção 3.2 Bombas conectadas em série e paralelas ...........1013.2.1 Bombas em paralelo .........................................................1013.2.2 Bombas conectadas em série .......................................103

Capítulo 4 Ajuste do desempenho das bombas .....................................................................................105

Seção 4.1 Ajuste do desempenho das bombas ................1064.1.1 Controle por estrangulamento ...................................1074.1.2 Controle de desvio ............................................................1074.1.3 Modificação do diâmetro do rotor ............................1084.1.4 Controle de velocidade ...................................................1084.1.5 Comparação dos métodos de ajuste ........................1104.1.6 Eficiência geral do sistema da bomba .....................1114.1.7 Exemplo: Consumo de energia relativo quando o fluxo é reduzido em 20% ..........................111

Seção 4.2 Soluções para bomba com velocidade controlada ..................................................1144.2.1 Controle de pressão constante ...................................1144.2.2 Controle de temperatura constante .........................1154.2.3 Pressão do diferencial constante em um sistema de circulação .............................................1154.2.4 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 ......................... 1184.4.1 Curvas de desempenho de bombas com velocidade controlada ....................................................1194.4.2 Bombas com velocidade controlada em diferentes sistemas .........................................................119

Seção 4.5 Conversor de frequência.......................................1224.5.1 Funções e características básicas ................................1224.5.2 Componentes do conversor de frequência .....................................................................1224.5.3 Condições especiais referentes aos conversores de frequência ............................................124

Capítulo 5 Cálculo dos custosdo ciclo de vida ..............................................................................127

Seção 5.1 Equação de custos do ciclo de vida ...................1285.1.1 Custos iniciais, preço de compra (C

ic) .........................129

5.1.2 Custos de Instalação e comissionamento (C

in) ....................................................129

5.1.3 Custos de energia (Ce) .......................................................130

5.1.4 Custos operacionais (Co) ..................................................130

5.1.5 Custos ambientais (Cenv

) ..................................................1305.1.6 Custos de manutenção e reparos (C

m) .....................131

5.1.7 Custos de tempo de parada, perda de produção (C

s) ..................................................131

5.1.8 Custos de desmantelamento e descarte (C

o) .....................................................................131

Seção 5.2 Cálculo dos custos do ciclo de vida – um exemplo ..................................132

Apêndice ...........................................................................................133

A) Notações e unidades .......................................................134B) Tabelas de conversão de unidades ............................135C) Prefixos SI e alfabeto grego ..........................................136D) Pressão do vapor e densidade da água em diferentes temperaturas........................................137E) Orifício ................................................................................138F) Mudança na pressão estática devido à mudança do diâmetro do cano...............................139G) Injetores ................................................................................140H) Nomograma para perdas de carga em curvas e válvulas ...........................................141I) Nomograma para perda do tubo de água limpa a 20˚C ............................................................142J) Sistema periódico .............................................................143K) Padrões de bombas .........................................................144L) Viscosidade para líquidos diferentes como função da temperatura do líquido ...............145

Índice remissivo ............................................................................151

Capítulo 1. Design de bombas e motores

Seção 1.1: Construção da bomba

1.1.1 A bomba centrífuga1.1.2 Curvas da bomba1.1.3 Características da bomba centrífuga1.1.4 Tipos mais comuns de bombas de sucção axial e em linha1.1.5 Tipos de rotor (forças axiais)1.1.6 Tipos de carcaças (forças radiais)1.1.7 Bombas monoestágio1.1.8 Bombas multiestágio1.1.9 Bombas com acoplamento longo e curto

Seção 1.2 Tipos de bombas

1.2.1 Bombas padrão1.2.2 Bombas bi-partida1.2.3 Bombas hermeticamente seladas1.2.4 Bombas sanitárias1.2.5 Bombas de efluentes1.2.6 Bombas imersíveis1.2.7 Bombas submersa1.2.8 Bombas de deslocamento positivo

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.

Fig. 1.1.2: Diferentes tipos de bombas centrífugas

Fig. 1.1.1: O fluxo do líquido através da bomba

Bomba de fluxo radial Bomba de fluxo misto Bomba de fluxo axial

Fig. 1.1.3: Fluxo e altura manométrica total para diferentes tipos de bombas centrífugas

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Bombas de fluxo radial

multiestágios

Bombas de fluxo radial monoestágios

Bombas de fluxo misto

Bombas de fluxo axial

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