Máquinas elétricas

Figura 3. – Esquema de uma instalação de bombeamento típica. No esquema da Fig. Casa das Bombas (M) – Motor de acionamento; (B) – Bomba. Poço, manancial ou reservatório de sucção 01 de fevereiro de 2010 Alex N. Diz-se, nestas circunstâncias, que a válvula de pé com crivo mantém a bomba escorvada (carcaça da bomba e tubulação de sucção cheia de fluido). de fevereiro de 2010 Alex N. Brasil Máquinas Termohidráulicas de Fluxo 64 O posicionamento desta válvula no reservatório inferior deverá impedir tanto a sucção de partículas sólidas depositadas no fundo do poço, bem como evitar que, com o funcionamento, seja a mesma descoberta, passando a bomba a aspirar ar. a b Figura 3. – Válvula de pé com crivo (a) e redução excêntrica (b).

Entre estes podemos mencionar as ventosas (para retirada do ar das tubulações) e as válvulas anti-golpe de aríete. de fevereiro de 2010 Alex N. Brasil 65 Máquinas Termohidráulicas de Fluxo Classificação das Máquinas Geratrizes ou Bombas São aquelas que recebem trabalho mecânico, geralmente fornecido por uma máquina motriz, e o transforma em energia hidráulica, comunicando ao líquido um acréscimo de energia sob as formas de energia potencial e cinética. Pertencem a esta categoria de máquinas todas as bombas hidráulicas. Definição Bombas são máquinas geratrizes cuja finalidade é realizar o deslocamento de um líquido por escoamento. de fevereiro de 2010 Alex N. Brasil 66 Máquinas Termohidráulicas de Fluxo Especificação de Bombas: As bombas são, geralmente, especificadas pela capacidade de pressão máxima de operação e pelo seu deslocamento, em litros por minuto, em uma determinada rotação por minuto.

Relações de Pressão: A faixa de pressão de uma bomba é determinada pelo fabricante, baseada na vida útil da bomba. Obs. Se uma bomba for operada com pressões superiores às estipuladas pelo fabricante, sua vida útil será reduzida. Essas bombas raramente são usadas em sistemas hidráulicos, porque seu poder de deslocamento de fluido se reduz quando aumenta a resistência e também porque é possível bloquear-se completamente seu pórtico de saída em pleno regime de funcionamento da bomba. Bombas de Deslocamento Positivo Possuem uma ou mais câmaras, em cujo interior o movimento de um órgão propulsor comunica energia de pressão ao líquido, provocando o seu escoamento (fornecem determinada quantidade de fluido a cada rotação ou ciclo. Proporciona então as condições para que se realize o escoamento na tubulação de aspiração até a bomba e na tubulação de recalque até o ponto de utilização.

Como nas bombas hidrostáticas a saída do fluido independe da pressão, com exceção de perdas e vazamentos, praticamente todas as bombas necessárias para transmitir força hidráulica em equipamento industrial, em maquinaria de construção e em aviação são do tipo hidrostático. As bombas hidrostáticas produzem fluxos de forma pulsativa, porém sem variação de pressão no sistema. a partícula líquida a tem aproximadamente a mesma trajetória circular que a do ponto b do dente da engrenagem, exceto nos trechos de concordância na entrada e na saída do corpo da bomba. Figura 3. – Esquema de bomba rotativa de engrenagem. As bombas de deslocamento positivo podem ser: Nas bombas volumógenas existe uma relação constante entre a descarga e a velocidade do órgão propulsor da bomba.

Nas bombas alternativas, o líquido recebe a ação das forças diretamente de um pistão ou êmbolo (pistão alongado) ou de uma membrana flexível (diafragma). A ação das forças se faz segundo a direção que é praticamente a do próprio movimento de escoamento do líquido. A descarga e a pressão do líquido bombeado sofrem pequenas variações quando a rotação é constante. Podem ser de um ou mais rotores. As bombas alternativas e rotativas são usadas para pressões elevadas e descargas relativamente pequenas, conforme se pode observar na Fig. Figura 3. No lado da entrada, os dentes das engrenagens desengrenam, o fluido entra na bomba, sendo conduzido pelo espaço existente entre os dentes e a carcaça, para o lado da saída onde os dentes das engrenagens engrenam e forçam o fluido para fora do sistema.

Uma vedação positiva neste tipo de bomba é realizada entre os dentes e a carcaça, e entre os próprios dentes de engrenamento. As bombas de engrenagem têm geralmente um projeto não compensado. A bomba de engrenagem que foi descrita acima é uma bomba de engrenagem externa, isto é, ambas as engrenagens têm dentes em suas circunferências externas, conforme apresentado na Fig. Figura 3. Não havendo abertura no anel, uma placa de entrada é usada para separar o fluido que entra do fluido que sai. A placa de entrada se encaixa sobre o anel, o rotor e as palhetas. A abertura de entrada da placa de orifício está localizada onde o volume crescente é formado. O orifício de saída da placa de orifício está localizado onde o volume decrescente é gerado.

Todo o fluído entra e sai do mecanismo de bombeamento através da placa de orifício (as aberturas de entrada e de saída na placa de orifício são conectadas respectivamente às aberturas de entrada e de saída na carcaça das bombas). A placa de deslizamento é posicionada a um certo ângulo. A sapata do pistão corre na superfície da placa de deslizamento. Vantagens (1) Baixo nível de ruído; (2) Compensação de pressão; (3) Compensação remota de pressão; (4) Sensoriamento de carga; (5) Baixa pressão de alívio. de fevereiro de 2010 Alex N. Brasil Máquinas Termohidráulicas de Fluxo 74 Figura 3. Um eixo é ligado ao tambor do cilindro, que o conecta ao elemento acionado. Este eixo pode ficar localizado na extremidade do bloco, onde há 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 têm um furo nos seus centros para receber o eixo. Se o eixo estiver posicionado na outra extremidade, a placa de orifício tem o furo do eixo. A bomba de pistão que foi descrita acima é conhecida como uma bomba de pistão em linha ou axial, isto é, os pistões giram em torno do eixo, que é coaxial com o eixo da bomba. fechado (Fig. a) quando, além do disco onde se fixam as pás, existe uma coroa circular também presa às pás. Pela abertura dessa coroa, o líquido penetra no rotor. Usa-se para líquidos sem substâncias em suspensão e nas condições que veremos adiante; Semi-aberto (Fig. b) quando existe apenas um disco onde se fixam as pás do rotor; aberto quando não existe essa coroa circular anterior.

Figura 3. – Bomba centrífuga em caixa em caracol ou voluta. A Figura (3. apresenta da esquerda para a direita, vista lateral do caracol e rotor em corte, vista frontal do caracol e rotor e Caixa espiral de descarga centralizada com difusor. de fevereiro de 2010 Alex N. Este tipo de bomba hidráulica é o mais usado no mundo, principalmente para o transporte de água. Antes do funcionamento, é necessário que a carcaça da bomba e a tubulação de sucção, estejam totalmente preenchidas com o fluído a ser bombeado. Ao iniciar-se o processo de rotação, o rotor cede energia cinética à massa do fluído, deslocando suas partículas para a extremidade periférica do rotor. Isto ocorre pela ação da força centrífuga. de fevereiro de 2010 Alex N.

de fevereiro de 2010 Alex N. Brasil Máquinas Termohidráulicas de Fluxo 79 As bombas centrífugas são usadas no bombeamento de água limpa, água do mar, condensados, óleos, lixívias, para pressões de até 16 kgf cm2 e temperaturas de até 140 ºC. Existem bombas centrifugas também de voluta, para a indústria química e petroquímica, refinarias, indústria açucareira, para água quente até 300 ºC e pressões de até 25 kgf cm 2. É ocaso das bombas CZ da Sulzer-Weise. As bombas de processo podem operar com temperatura de até 400 ºC e pressões de até 45 kgf cm 2 (ex. Brasil Máquinas Termohidráulicas de Fluxo 80 Figura 3. – Bomba centrífuga com rotor axial. As bombas axiais são empregadas para grandes descargas (até várias dezenas de metros cúbicos por segundo) e alturas de elevação de até mais de 40 m.

Possuem difusor de pás guias, isto é, coletor troncônico com pás guias. O eixo em geral é vertical, e por isso são conhecidas como bombas verticais de coluna, porém existem modelos com o eixo inclinado e até mesmo horizontal. Razões óbvias, determinadas pelas dimensões excessivas e correspondente custo elevado, além do baixo rendimento, fazem com que os fabricantes não utilizem bombas de um estágio para alturas de elevação grandes. Esse limite pode variar de 50 a 100 m, conforme a bomba, mas há fabricantes que constroem bombas com um só estágio, para alturas bem maiores, usando rotores especiais de elevada rotação, como é o caso das bombas Sundyne, com rotações que vão de 3. a 24. rpm, usando engrenagens para conseguir rotações elevadas.

de fevereiro de 2010 Alex N. Figura 3. – Esquema de instalação com bomba centrífuga multiestágios. As bombas de múltiplos estágios são próprias para instalações de alta pressão, pois a altura total a que a bomba recalca o líquido é, não considerando as perdas, teoricamente igual à soma das alturas parciais que seriam alcançadas por meio de cada um dos rotores componentes. Existem bombas deste tipo para alimentação de caldeiras com pressões superiores a 250 kgf cm 2. Usam-se também para poços profundos de água ou na pressurização de poços de petróleo. Nas bombas de entrada bilateral, tendo uma forma simétrica em relação a um plano normal ao eixo, o rotor equivale hidraulicamente a dois rotores simples montados em paralelo e é capaz de elevar, teoricamente, uma descarga dupla, daquela que se obteria com o rotor simples.

O empuxo longitudinal do eixo, que ocorre nas bombas de entrada unilateral em razão da desigualdade de pressão nas faces das coroas do rotor, é praticamente equilibrado nas bombas de rotores bilaterais, também chamados geminados, em virtude da simetria das condições de escoamento. Geralmente, o rendimento dessas bombas é muito bom, o que explica seu largo emprego para descargas médias. Para permitir a montagem do eixo com o rotor (ou os rotores), a carcaça da bomba é bipartida, isto é, constituída de duas seções separadas por um plano horizontal à meia altura do eixo e aparafusadas uma à outra. A Figura 3. Devido às folgas entre o rotor e o coletor e o restante da carcaça, não pode haver a expulsão do ar do corpo da bomba e do tubo de aspiração, de modo a ser criada a rarefação com a qual a pressão, atuando no líquido no reservatório de aspiração, venha a ocupar o vazio deixado pelo ar expelido e a bomba possa bombear.

Ela, portanto, não é auto-aspirante ou auto-escorvante, a não ser que se adotem recursos de construção especiais como veremos. de fevereiro de 2010 Alex N. Brasil Máquinas Termohidráulicas de Fluxo 86 Logo que se inicia o movimento do rotor e do líquido contido nos canais formados pelas pás, a força centrífuga decorrente deste movimento cria uma zona de maior pressão na periferia do rotor e, conseqüentemente, uma de baixa pressão na sua entrada, produzindo o deslocamento do líquido em direção à saída dos canais do rotor e à boca de recalque da bomba. Estabelece-se um gradiente hidráulico entre a entrada e a saída da bomba em virtude das pressões nelas reinantes. de fevereiro de 2010 Alex N. Brasil 87 Máquinas Termohidráulicas de Fluxo Órgãos Construtivos de uma Turbobomba Visando o atendimento de condições particulares do bombeamento, podem as turbobombas apresentar variações com relação a seus órgãos construtivos.

Basicamente, contudo, podemos considerar os órgãos construtivos de uma turbobomba, assim (ver Fig. e sua legenda): Órgãos principais (do ponto de vista hidráulico) Rotor Difusor Órgãos complementares Eixo Anéis de desgaste Caixa de gaxetas e selo mecânico Rolamentos Acoplamento Base da Bomba Figura 3. – Bomba centrífuga monoestágio Schneider. Rotor semi-aberto: possui apenas um disco ou parede traseira onde se fixam as palhetas. Rotor aberto: as palhetas são presas no próprio cubo do rotor. Apresenta a grande desvantagem de possuir pequena resistência estrutural, o que faz com que seja necessário uma pequena parede traseira quando as palhetas são muito largas. Além disso, o espaço livre entre as palhetas do rotor e as paredes laterais permite a recirculação do líquido no interior da carcaça, aumentando o desgaste e encarecendo a manutenção.

Geralmente os rotores abertos são encontrados em bombas pequenas, de baixo custo, ou em bombas que recalcam líquidos abrasivos. Figura 3. – Caixa espiral (simples voluta). Dupla voluta: é a solução para as bombas onde a altura de recalque e o diâmetro do rotor são muito grandes, provocando, principalmente quando se opera fora do ponto de projeto, o aparecimento de uma força radial sobre o rotor, devida à distribuição não uniforme da pressão na periferia do mesmo. de fevereiro de 2010 Alex N. Brasil Máquinas Termohidráulicas de Fluxo 90 Figura 3. Brasil Máquinas Termohidráulicas de Fluxo 91 Figura 3. – Bomba unicelular com difusor de palheta diretriz. Infelizmente, o uso de difusores de palhetas diretrizes pode prejudicar as características hidráulicas da bomba. O líquido, com grande velocidade na saída do rotor, só encontra as palhetas do difusor sem choques quando a bomba está operando com a vazão de projeto, porque só então o ângulo de saída do líquido do rotor coincide com o ângulo das palhetas do difusor.

Com qualquer outra vazão, originam-se choques e turbulência, de forma que a bomba pode ter um funcionamento instável. Brasil.