Maquinas de fluxo

SISTEMAS FLUIDOMECÂNICOS Denomina-se Sistema Fluidomecânico o conjunto formado por máquinas e dispositivos cuja função é extrair ou adicionar energia de um fluido de trabalho. Os sistemas fluidomecânicos são constituídos por: • máquinas de fluido; • sistemas hidráulicos e pneumáticos. As máquinas de fluido são agentes fornecedores ou receptores de energia mecânica, através da transformação da energia do/ao fluido nas formas de energia de pressão ou cinética. As máquinas de fluido dividem-se, em função do tipo de energia que predomina na transformação, em dois grandes grupos: • máquinas de fluxo; • máquinas de deslocamento. Nas máquinas de fluxo o escoamento do fluido é orientado por meio de lâminas ou aletas solidárias a um elemento rotativo – rotor.

Os tipos mais comuns são: • Turbinas hidráulicas • Moinhos de vento • Rodas d’água • Gerador eólico - Máquinas que recebem trabalho mecânico, geralmente de outra máquina, que o converte em energia cedida para os fluidos, causando aumento na energia do fluido. São exemplos deste tipo: • Bombas • Ventiladores • Turbocompressores A Figura 1, a seguir, esquematiza essa classificação. UNIVERSITAS – Centro Universitário e Itajubá – Curso de Engenharia de Produção Máquinas de Fluxo Figura 1 – Classificação das máquinas de fluxo segundo o sentido de transformação de energia 1. Segundo a direção do escoamento do fluido - axiais – o escoamento é predominantemente na direção do eixo do rotor, conforme Figura 2c. Exemplo: ventiladores, hélices; - radiais – o escoamento é predominantemente na direção radial do rotor, conforme Figura 2a.

CLASSIFICAÇÃO DAS MÁQUINAS DE DESLOCAMENTO As máquinas de deslocamento podem ser classificadas em: 1. Máquinas alternativas – onde o fluido recebe a ação da força diretamente de um pistão ou êmbolo ou de uma membrana flexível (diafragma), conforme Figura 5. Podem ser: - Máquinas alternativas de pistão ou êmbolo - Máquinas alternativas de diafragma 1. Máquinas rotativas – onde o fluido recebe a ação de forças provenientes de uma ou mais peças dotadas de movimento rotativo que, comunicando energia de pressão, provocam seu escoamento, conforme Figuras 6, 7 e 8. Podem ser: - Máquinas rotativas de palhetas - Máquinas rotativas de pistão - Máquinas rotativas de engrenagens - Máquinas rotativas de lóbulos - Máquinas rotativas de parafuso Figura 5 – Máquinas de deslocamento alternativa de êmbolo ou pistão 5 UNIVERSITAS – Centro Universitário e Itajubá – Curso de Engenharia de Produção Máquinas de Fluxo Figura 6 – Máquinas de deslocamento rotativa de parafuso 6 UNIVERSITAS – Centro Universitário e Itajubá – Curso de Engenharia de Produção Máquinas de Fluxo Figura 7 – Máquina de deslocamento rotativa de lóbulos Figura 8 – Máquina de deslocamento rotativa de engrenagens 7 UNIVERSITAS – Centro Universitário e Itajubá – Curso de Engenharia de Produção Máquinas de Fluxo UNIDADE 2 – BOMBAS HIDRÁULICAS E VENTILADORES 2.

• Quanto à vazão de recalque: o pequena (Q < 50 m3/hora); o média ( 50 < Q < 500 m3/hora); o grande (Q > 500 m3/hora). • Quanto à direção do escoamento do líquido no interior da bomba: o o o radial ou centrífuga pura, quando o movimento do líquido é na direção normal ao eixo da bomba (empregadas para pequenas e médias descargas e para qualquer altura manométrica, porém caem de rendimento para grandes vazões e pequenas alturas além de serem de grandes dimensões nestas condições), como mostra a Figura 9; diagonal ou de fluxo misto, quando o movimento do líquido é na direção inclinada em relação ao eixo da bomba (empregadas em grandes vazões e pequenas e médias alturas, estruturalmente caracterizam-se por serem bombas de fabricação muito complexa); axial ou helicoidais, quando o escoamento desenvolve-se de forma paralela ao eixo e são especificadas para grandes vazões dezenas de m3/s - e médias alturas - até 40 m, como mostra a Figura 10.

Figura 9 – Bomba centrífuga radial 9 UNIVERSITAS – Centro Universitário e Itajubá – Curso de Engenharia de Produção Máquinas de Fluxo Figura 10 – Bomba centrífuga axial 10 UNIVERSITAS – Centro Universitário e Itajubá – Curso de Engenharia de Produção Máquinas de Fluxo • Quanto à estrutura do rotor: o o o aberto - para bombeamentos de águas residuárias ou bruta de má qualidade; semi-aberto ou semi-fechado - para recalques de água bruta sedimentada; fechado - para água tratada ou potável. Figura 11 – Tipos de rotores • Quanto ao número de rotores: o o • Quanto ao número de entradas: o o • sucção única, aspiração simples ou unilateral - mais comuns; sucção dupla, aspiração dupla ou bilateral - para médias e grandes vazões. Quanto à admissão do líquido: o o o o • estágio único; múltiplos estágios - este recurso reduz as dimensões e melhora o rendimento, sendo empregadas para médias e grandes alturas manométricas como, por exemplo, na alimentação de caldeiras e na captação em poços profundos de águas e de petróleo, podendo trabalhar até com pressões superiores a 200 kg/cm2, de acordo com a quantidade de estágios da bomba.

A Figura 12 mostra um corte esquemático de uma bomba centrífuga típica de média pressão para pequenas vazões e para funcionamento afogado ou com altura positiva, eixo horizontal e carcaça compacta, fluxo radial com rotor fechado em monoestágio de alta rotação, sucção única, entrada axial e saída de topo. Grandezas características Uma bomba destina-se a elevar um volume de fluido a uma determinada altura, em um certo intervalo de tempo, consumindo energia para desenvolver este trabalho e para seu próprio movimento, implicando, pois, em um rendimento característico. Estas, então, são as chamadas grandezas características das bombas, isto é, Vazão Q, Altura manométrica H, Rendimento η e Potência P. UNIVERSITAS – Centro Universitário e Itajubá – Curso de Engenharia de Produção Máquinas de Fluxo Figura 12 – Corte esquemático de uma bomba centrífuga típica 2.

Altura manométrica ou Carga - H Altura manométrica de uma bomba é a carga total de elevação que a bomba trabalha. A relação entre a energia útil, ou seja, aproveitada pelo fluido para seu escoamento fora da bomba (potência útil) e a energia inicialmente cedida ao eixo da bomba é denominada rendimento hidráulico total da bomba e é simbolizada por ηb. A Tabela 1 apresenta rendimentos de bombas. Tabela 1 - Rendimentos hidráulicos aproximados das bombas centrífugas Q (l/s) 5,0 7,5 10 15 20 25 30 40 50 80 100 200 ηb(%) 55 61 64 68 72 76 80 83 85 86 87 88 A relação entre a energia cedida pelo eixo do motor ao da bomba (que resulta na potência motriz) e a fornecida inicialmente ao motor é denominada de rendimento mecânico do motor, ηm(Tabela 2). A relação entre a energia cedida pelo rotor ao líquido (que resulta na potência de elevação) e a fornecida inicialmente ao motor é chamada de rendimento total.

É o produto ηb. H) / (75. η) (3) ou em horse-power - HP (unidade inglesa) Pb = (γ. Q. H) / (76. Curvas características da bomba É a representação gráfica em um eixo cartesiano da variação das grandezas características, como mostrado na Figura 15.