AUGUSTO NIEHUES, FELIPE GOMES MEDEIROS, RODRIGO SOARES PACHECO, turma: 3328, engenharia civil-Fenômenos de transporte

UNIVERSIDADE DO SUL DE SANTA CATARINA

AUGUSTO NIEHUES,

FELIPE GOMES MEDEIROS,

RODRIGO SOARES PACHECO.

TRABALHO BOMBAS:

Tipo de bomba e sua função

Tubarão

2015/B

CONCEITO

Uma bomba hidráulica é um dispositivo que adiciona energia aos líquidos, tomando energia mecânica de um eixo, de uma haste ou de um outro fluido: ar comprimido e vapor são os mais usuais. As formas de transmissão de energia podem ser: aumento de pressão, aumento de velocidade ou aumento de elevação – ou qualquer combinação destas formas de energia. Como consequência, facilita-se o movimento do líquido. É geralmente aceito que o líquido possa ser uma mistura de líquidos e sólidos, nas quais a fase líquida prepondera.

INTRODUÇÃO

Neste trabalho abordaremos um tipo de bomba utilizada em usinas termoelétricas, uma bomba do tipo centrifuga de múltiplos estágios que tem por finalidade realizar o enchimento da caldeira com água desmineralizada.

Este equipamento é composto por:

·         Bomba principal de 8 estágio

·         Variador de velocidade (Voith)

·         Motor elétrico (6,3 KV)

·         Caixa redutora

·         Bomba booster

São instaladas 3 bombas de alimentação, cada uma com capacidade de atender 55% das necessidades do sistema.  Estas bombas são horizontais e instaladas no piso térreo da casa de máquinas. A sucção destas bombas está conectada ao tanque de alimentação e a sua descarga fornece água com alta pressão para a caldeira (economizador e tambor).

Cada bomba tem uma linha individual de sucção conectada ao tanque de alimentação. Nesta linha de sucção está instalado um filtro, cuja condição de limpeza é monitorada por um manômetro diferencial, que atua um alarme na sala de comando.

Cada bomba tem, na sua linha de descarga individual, uma válvula de retenção e uma válvula de isolação motorizada e com duas válvulas de equalização em série. Antes da válvula de retenção sai uma linha de recirculação para o tanque de alimentação, cuja finalidade é proteger a bomba garantindo o seu fluxo mínimo.

Quanto ao acionamento, o motor elétrico é acoplado em ambos os lados. Um dos lados aciona a bomba booster através de uma caixa redutora. O outro lado aciona o variador de velocidade VOITH , que por sua vez aciona a bomba principal.

O variador de velocidade VOITH varia e controla a velocidade da bomba principal, comandado pelo sistema de controle de vazão da água de alimentação (controle de nível do tambor). O variador de velocidade tem um sistema de lubrificação que fornece óleo de lubrificação para a bomba principal, o motor e a caixa redutora da bomba booster, além do próprio variador de velocidade.

Quanto ao bombeamento, a bomba booster succiona do tanque de alimentação e fornece água para a sucção da bomba principal, com pressão suficiente para evitar cavitação em qualquer condição operacional.

As bombas de alimentação recebem condensado, da descarga das bombas de condensado, para resfriamento dos selos mecânicos da bomba principal. Para cada bomba este suprimento deve ser de 11 l/min a 2,5 Kgf/cm² e 35ºC. A pressão de fornecimento é monitorada, atuando alarmes na sala de comando, no caso de pressão baixa e trip da bomba no caso de pressão muito baixa (PSLL206 - 1,5 Kgf/cm²).

As bombas de alimentação também recebem água do ciclo fechado para resfriamento dos mancais e gaxetas da bomba booster, do motor, dos selos mecânicos da bomba principal, do óleo de lubrificação e do óleo do variador de velocidade. O fornecimento de água do ciclo fechado para cada bomba é feito através de uma válvula motorizada de isolação (M270107), com abertura automática na partida da bomba.  O suprimento de água do ciclo fechado para cada bomba deve ser feito com cerca de 3Kgf/cm² e a vazão depende da sua temperatura (180 l/min para 35ºC). A pressão de fornecimento é monitorada, atuando alarme na sala de comando no caso de pressão baixa e trip da bomba no caso de pressão muito baixa (PSLL209 - 2,0 Kgf/cm²).

BOMBA PRINCIPAL

                    Bomba de alimentação principal                          

desenho de corte da bba principal

A bomba principal é horizontal com oito estágios e succiona da descarga da bomba booster. Os seus principais componentes são a carcaça (estator), o rotor, os mancais, os selos e o pistão de balanço.  A figura 2 apresenta um desenho de corte de bomba principal.

O estator de cada bomba consiste das carcaças de admissão e descarga, seções dos estágios, caixas de selos, suporte dos mancais e mais uma série de pequenas partes.

O rotor da bomba consiste de um eixo onde são montados os rotores dos 8 estágios, o colar do mancal de escora e mais algumas pequenas partes. O rotor também comporta, em cada extremidade, os assentos dos selos mecânicos e os munhões dos mancais.

O rotor da bomba é suportado, nas extremidades, por mancais radiais de deslizamento bipartidos. Um mancal de escora, também de deslizamento, na extremidade não acoplada, suporta os esforços axiais resultantes nas partidas e paradas, enquanto o pistão de balanço não está funcionando normalmente. A temperatura destes mancais é monitorada e, em caso de valores muito altos, provoca bloqueio da bomba, a lubrificação dos mancais é pressurizada.

Dados:

Número instalado		3
Fabricante		Sigma Lutin
Tipo		150 CHM-280-18-8
Água de Alimentação	Temperatura	160ºC
	Densidade	907,4 Kg/m³
	Pressão sucção	12,69 Kgf/cm²
	Vazão nominal (descarga)	226 t/h
	Vazão extração intermediária	200 t/h
	Pressão descarga	173 Kgf/cm²
	Pressão extração intermediária	71 Kgf/cm²
Rotação		2200 a 4440 RPM
Altura manométrica		1781 m
Eficiência		72,5%

Bomba booster

                      Bomba booster     

                              

Desenho de corte da BBA booster

A bomba Booster tem a sua sucção conectada com o tanque de alimentação e a sua descarga alimenta a sucção da bomba principal.

A bomba booster é uma bomba horizontal e tem apenas um estágio com rotor de dupla sucção. A sua selagem é feita com gaxetas resfriadas com água do ciclo fechado.

Os mancais são de rolamento, sendo que o do lado acionado suporta apenas os esforços radiais, enquanto o mancal do lado não acoplado suporta os esforços axiais e radiais. Os mancais são lubrificados por banho de óleo (anel pescador) e refrigerados por água do ciclo fechado.

A bomba booster é acionada pelo motor através de uma caixa redutora, cujo óleo de lubrificação é oriundo do sistema de lubrificação da bomba de alimentação.

Dados:

Número instalado		3
Fabricante		Sigma Lutin
Tipo		200 QHP-350-42
Água de alimentação	Temperatura	160ºC
	Densidade	907,4 Kg/m³
	Pressão sucção	8,22 Kgf/cm²
	Pressão descarga	13,15 Kgf/cm²
	Vazão nominal	246 t/h
Rotação		1738 RPM
Altura manométrica		54,6 m
Eficiência		71,5%
Caixa redutora	Rotação entrada	3582 RPM
	Rotação saída	1738 RPM
	Potência transmitida	60 KW

FINALIDADE DA BOMBA BOOSTER

A finalidade da bomba booster é fornecer água para a sucção da bomba principal com pressão suficiente de modo a evitar cavitação na bomba principal sob qualquer condição operacional.

A bomba principal, que opera com velocidades elevadas (até 4440 rpm), necessita de um elevado NPSH na sucção, ou seja, necessita que a pressão na sua sucção tenha uma boa folga em relação a pressão de saturação equivalente a temperatura da água na sucção. Entretanto, as bombas de alimentação succionam do tanque de alimentação, onde é armazenada água próximo ao ponto de saturação.

Para conciliar estas duas condições que potencializam a ocorrência de cavitação nestas bombas, são adotadas, no projeto, duas medidas: a localização do tanque de alimentação em cotas elevadas e a utilização de bomba booster.

A bomba booster requer um NPSH na sucção consideravelmente menor do que a bomba principal por duas razões: opera com velocidade menor (1738 rpm) e tem rotor de dupla sucção. Deste modo o tanque de alimentação é posicionado numa elevação suficiente para garantir o NPSH na sucção da bomba booster.

VARIADOR DE VELOCIDADE VOITH

                     Variador de velocidade (Voith)                               

Desenho de corte do voith

O variador de velocidade VOITH é composto por um conjunto de engrenagens, um acoplamento hidráulico e um sistema de óleo, alojados dentro de uma carcaça.

As engrenagens e o acoplamento hidráulico tem a finalidade de transmitir o torque fornecido pelo motor para a bomba principal, variando a velocidade da bomba principal em resposta a sinais do sistema de controle da vazão de água de alimentação.

O sistema de óleo conta com dois circuitos; um denominado óleo de operação que fornece óleo para o acoplamento hidráulico e outro, denominado óleo de lubrificação, que fornece óleo de lubrificação para o variador de velocidade, bomba principal, motor e caixa redutora da bomba booster. O óleo de ambos os circuitos é comum, sendo que o seu reservatório comum está contido na carcaça do variador de velocidade.

Dados:

Tipo	R16k
Potência transmitida	1850 KW
Rotação entrada	3582 RPM
Rotação saída (máxima)	4440 RPM
Range controle	2:1

  

MOTOR ELÉTRICO

Cada bomba de alimentação é acionada por um motor trifásico de 6,3 kV, refrigerado com água do ciclo fechado, com mancais de deslizamento com lubrificação forçada.

Abaixo são apresentados os seus dados:

Número instalado		3
Fabricante		Brown Boveri
Tipo		QWG 500 1 a 2
Potência nominal		2860CV
Rotação		3583 RPM
Alimentação	Freqüência	60 Hz
	Tensão	6000 V
	Fases	3
	Corrente nominal	233 A
Números de pólos		2
Condições Operacionais	Carga	100%	75%	50%
	Fator de potência	0,90	0,88	0,83
	Eficiência	96,5%	96,3%	96,0%
Classe de isolamento		F
Peso		5600 Kgf

Conclusão

Neste trabalho podemos ter uma boa visão sobre bomba, o que é uma bomba, tipo de bomba centrifuga, e um exemplo de aplicação de uma bomba centrifuga.

Concluímos que uma bomba de grande porte depende de vários fatores para que seu funcionamento seja efetuado de maneira correta, segura, e para atingir o trabalho exigido pelo projeto.

O sistema de lubrificação e refrigeração é muito importante, por isso o sistema de óleo é monitorado constantemente, nível de pressão e temperatura.

Referência

·         IT- OP- UTLB- 01- 03- 202 Bomba de Alimentação (Tractebel Energia).

Bombas Rotativas

A Bomba Rotativa consta de uma parte móvel girando dentro de uma carcaça. A rotação da parte móvel cria uma cavidade onde o líquido é transportado da sucção para a descarga, por efeito do empurrão dado pelo elemento rotatório.
Nas bombas rotativas, o líquido recebe a ação de forças provenientes de uma ou mais peças dotadas de movimento de rotação que, comunicando energia de pressão, provocam seu escoamento. A ação das forças se faz segundo a direção que é praticamente a do próprio movimento de escoamento do líquido. A discarga e a pressão do líquido bombeado sofrem pequenas variações quando a rotação é constante.
Existe uma grande variedade de bombas rotativas que encontram aplicação não apenas no bombeamento convencional, mas principalmente nos sistema de lubrificação, nos comandos, controles e transmissões hidráulicas e nos sistemas automáticos com válvulas de seqüência.

Classificação das Bombas Rotativas:
Um único rotor
Palhetas
Mais de um rotor
Engrenagem
Lóbulos

Bombas de um só rotor:

Bombas de Palhetas Deslizantes: muito usadas para alimentação de caldeiras e para sistema óleodinâmicos de acionamento de média ou baixa pressão. São auto-aspirantes e podem ser empregadas também como bombas de vácuo. São compostas de um cilindro (rotor) cujo eixo de rotação é excêntrico ao eixo da carcaça. O rotor possui ranhuras radiais onde se alojam palhetas rígidas com movimento livre nessa direção. Devido à excentricidade do cilindro em relação à carcaça, essas câmaras apresentam uma redução de volume no sentido de escoamento pois as palhetas são forçadas a se acomodarem sob o efeito da força centrífuga e limitadas, na sua projeção para fora do rotor, pelo contorno da carcaça. Podem ser de descarga constante (mais comuns) e de descarga variável.

Bombas de Parafuso: constam de um, dois ou três "parafusos" helicoidais que têm movimentos sincronizados através de engrenagens. Esse movimento se realiza em caixa de óleo ou graxa para lubrificação. Por este motivo, são silenciosas e sem pulsação. O fluido é admitido pelas extremidades e, devido ao movimento de rotação e aos filetes dos parafusos, que não têm contato entre si, é empurrado para a parte central onde é descarregado. Essas bombas são muito utilizadas para o transporte de produtos de viscosidade elevada.


Bombas de mais de um rotor:
Bombas de Engrenagens: essas bombas podem ser de engrenagem interna ou engrenagem externa. Por esta segunda ser mais comum, é a respeito dela que daremos uma breve explicação. Destinam-se ao bombeamento de substâncias líquidas e viscosas, lubrificantes ou não, mas que não contenham partículas (óleos minerais e vegetais, graxas, melaços, etc.). Consiste em duas rodas dentadas, trabalhando dentro de uma caixa com folgas muito pequenas em volta e do lado das rodas. Com o movimento das engrenagens o fluido, aprisionado nos vazios entre os dentes e a carcaça, é empurrado pelos dentes e forçado a sair pela tubulação de saída. Os dentes podem ser retos ou helicoidais. Quando a velocidade é constante, a vazão é constante.


Bombas de Lóbulos: têm o princípio de funcionamento similar ao das bombas de engrenagens. Podem ter dois, três ou até quatro lóbulos, conforme o tipo. Por ter um rendimento maior, as bombas de três lóbulos são as mais comuns. São usadas no bombeamento de produtos químicos, líquidos lubrificantes ou não-lubrificantes de todas as viscosidades




Henrico S. Concer

Bomba de Vácuo

Os sistemas de transferência de fluido são amplamente utilizados em diversos setores, dependendo sempre da configuração e do tipo de fluido que deverá ser transferido. Eles podem ser incorporados em máquinas ou utilizados de forma independente.

Um exemplo de um sistema de transferência de fluido é a Bomba de Vácuo. Implantada em uma Termoformadora de um laticínio, na cidade de Braço do Norte, tem como finalidade retirar o ar das embalagens plásticas e simultaneamente modificar a atmosfera no interior da embalagem (injeção de gás MAP) com filme flexível, aumentando a vida útil dos produtos embalados. Este sistema gera resistência do produto e agilidade na produção.   

   

  

 Definição de Bomba de Vácuo

A primeira Bomba a vácuo eficiente a ser produzida, foi obtida por volta de 1650 por Otto Von. Seus princípios ainda regem o funcionamento das Bombas atuais. Passou da geração de vácuo por bomba a partir de esforço físico, para a manivela, e por fim, e em 1674 Denis Papin encontra uma solução para produzir vácuo continuamente, acoplando outro cilindro à bomba. A partir daí, as bombas a vácuo tiveram mudanças menores, seguindo sempre com os mesmos fundamentos, tendo um formidável papel nas indústrias e em laboratórios.

Como funciona a bomba de vácuo atualmente

As bombas a vácuo trabalham sob um dos três princípios seguidos abaixo, e cada bomba tem sua característica em eficiência, velocidade e produção (que indica a potência de uma bomba em um volume de gás).

- Deslocamento positivo

O processo envolve a formação de um vácuo quando uma câmara se amplia, criando um vácuo natural e sugando mais gás dentro de si. Pode se comparar com o funcionamento dos pulmões, que quando se dilatam o ar é sugado para eles através do nariz ou boca. Entretanto, em uma câmara, essa dilatação teria que crescer para sempre, de modo que pudesse criar um vácuo. Então ao decompor a câmara a fim de que seção de expansão possa ser fechada, esta expansão "infinita" pode ser obtida. Uma câmara decomposta poderia expandir um lado, retirando o gás de seu interior, e em seguida, fechando a parte de vácuo da câmara. Portanto, o gás no lado expandido é ejetado, ou esgotado, e as seções se ligam novamente. A câmara se expande, criando uma forte depressão no lado do vácuo da câmara, e o processo se repete.

-Transferência de impulso

Na transferência de impulso, uma câmara possui o lado de vácuo e o lado de escape. No primeiro é onde o vazio é formado e no outro é onde as moléculas do gás são expulsas da câmara. A transferência de impulso estabelece um vácuo mais ameno devido à atuação de uma bomba volumétrica, que faz as moléculas de gás ser jogadas para os lados da câmara.

Numa bomba turbo-molecular se utiliza diversos ventiladores com alta velocidade, no qual obriga as moléculas de gás a se encaminhar para o lado de exaustão, fazendo, então, um alto vácuo dentro da câmara. Contudo, o selo não é fechado, de maneira que o escapamento ou derramamento possa acontecer, limitando o efeito do vácuo. Para compensar isto, jatos de óleo ou mercúrio são empurrados por ventiladores com super velocidade, forçando-as para o fim de escape da bomba.

-Armadilha

A Armadilha tem-se a partir do princípio empregado por vários tipos de bombas de gás que apanha em um estado não gasoso, isto é, basicamente, se da pela conversão de gás em um sólido ou forçando-o a fixar (quando as moléculas de gás permanecem na superfície de uma substância) e logo, usando um aparelho para acabar com as moléculas do gás da câmara de vácuo.

Cálculo de Vazão Média de Sucção de uma Bomba de Vácuo

Devemos escolher o gerador de vácuo mais plausível para a utilização de dimensionamento exato de um sistema, depois de escolhida a ventosa. As seguintes fórmulas verificam se o gerador é o certo.

Q1=(1/2~1/3) Qmáx (Nl/min)

, onde : Qmáx = vazão máxima de sucção de gerador

O tempo de resposta do circuito é interferido pela distância entre o gerador de vácuo, ventosa e o diâmetro do tubo, todos esses fatores são importantes em um sistema de vácuo. Quanto maiores for o diâmetro do tubo e a distância entre estes elementos maior será o volume a ser succionado e logo, maior será o tempo de resposta do circuito, o que poderá afetar sua aplicação.

Q2 = S x 1,1 (Nl/min)

,onde : S =Orifício efetivo correspondente a tubulação(mm²)

A vazão máxima do sistema de tubulação se dá através da fórmula: (conf. gráf.abaixo)

T1= (V x 60)/Q

(s) ,onde:V = volume de ar entre a ventosa e o gerador

O tempo de resposta do sistema para atingir 63% da pressão final de vácuo é dado pela fórmula: Q = valor Q1 ou Q2 (o menor dos dois)

O tempo necessário para atingir 95% da pressão final de vácuo pela fórmula: T2 = 3 x T1 (s)

SMC Infotech - Sistemas de Vácuo - 29/08/03 - Engº Renato Dall'Amico - Pág.7

Exemplo para cálculo:

Gerador : ZH10BS

- Pressão de vácuo máxima do gerador: 660mmHg

Sistema

Média máxima de vazão de sucção do gerador: 24 l/min

Comprimento do tubo: 1 m - diâmetro int. do tubo 4mm (TU0806) Diâmetro da ventosa: 10mm

Cálculos:

Q1 = (1/2 ~ 1/3) Qmáx

Q1= (1/2x24) ~ (1/3x 24) = 12 ~ 8 Nl/min

Vazão média:

Q2 = S x 1,1

Q2 = 18 x 1,1 = 199,80 Nl/min

Vazão máxima:

Tempo de resposta:

V = [(π x D²) / 4] x L (cm³)

,onde :D = diâmetro interno do tubo (cm)

É necessário primeiro se calcular o volume de ar entre a ventosa e o gerador L = comprimento da tubulação (cm)

V = [(π x 0,6²) / 4] x 100	V = 28 cm³ = 0,028 l
T1 = (V x 60) / Q	T1 = (0,028 x 60) / 8 = 0,21 (s)

T2 = 3 x T1 T2 = 3 x 0,21 = 0,63 (s)

Trabalho realizado por: Alcione Warmling

                                  Alice Galdino

                                  Amanda Marcon

Turma: 3328

Sala: 204

Engenharia Civil 2015 - Fenômenos de Transporte