Universidade do Sul de Santa Catarina
Alunas: Caroline Medeiros, Gabriela Novack e Jéssica Alexandre
Curso: Engenharia Civil
Trabalho de Bombas
Bombas volumétricas ou de deslocamento positivo
Nas
Bombas Volumétricas, ou de Deslocamento Positivo, a movimentação do fluído é
causada diretamente pela ação do órgão de impulsão da bomba que obriga o fluído
a executar o mesmo movimento a que está sujeito este impulsor (êmbolo,
engrenagens, lóbulos, palhetas).
Dá-se
o nome de volumétrica porque o fluído, de forma sucessiva, ocupa e desocupa
espaços no interior da bomba, com volumes conhecidos, sendo que o movimento
geral deste fluído dá-se na mesma direção das forças a ele transmitidas, por
isso são chamadas de deslocamento positivo. As Bombas Volumétricas dividem-se
em:
·
Êmbolo
(pistão, diafragma, membrana); Escoamento intermitente.
·
Rotativas
(engrenagens, lóbulos, palhetas, helicoidais, fusos, parafusos, peristálticas);
Escoamento contínuo.
Bombas de Êmbolo
Neste tipo de máquina de deslocamento positivo, o movimento
de rotação do motor de acionamento é transformado em movimento de deslocamento
retilíneo alternativo de um pistão ou êmbolo, no interior de um cilindro. O
êmbolo é um tipo de pistão, utilizado para pressões mais elevadas, com anéis de
vedação (gaxetas) situados na parede do cilindro e não no corpo do próprio
pistão.
Classificação das bombas de êmbolo
Deslocamento de liquido:
·
Simples Efeito: possui duas válvulas de retenção, uma ligada
á canalização de sucção e outra ligada à canalização de recalque. Quando o
pistão movimenta-se em direção ao ponto morto inferior, produz uma depressão
dentro do cilindro, abrindo a válvula de admissão e fazendo com que a pressão
do reservatório de sucção (normalmente atmosférica) impulsione o líquido para o
seu interior. No momento em que o pistão retorna ao ponto morto superior, a
válvula de descarga abre-se e o líquido é descarregado na tubulação de
recalque.
·
Duplo Efeito: o líquido é recalcado tanto na ida como na
volta do pistão. Enquanto um lado do pistão provoca uma depressão no cilindro,
abrindo a válvula de admissão e succionando certa quantidade de líquido, o
outro lado pressiona uma parcela de líquido para a tubulação de recalque,
através da válvula de descarga.
Numero
de câmaras com pistão ou êmbolo:
·
Simplex
·
Duplex
·
Triplex
·
Multiplex
Respectivamente
com um, dois, três ou mais cilindros paralelos.
Cálculos
·
Vazão média recalcada por uma bomba de êmbolo de
simples efeito:
Q
= [(π D²) / 4] L (n / 60) ɳv
Onde:
Q = vazão média recalcada, em m³/s;
D = diâmetro externo do pistão ou
interno do cilindro, em m;
L = curso do pistão, em m;
n = velocidade de rotação do eixo de
manivela, em rpm, ou, frequência do movimento completo do pistão, em ppm
(pulsações por minuto);
ɳv = rendimento volumétrico,
adimensional, que leva em consideração as perdas por fugas entre o pistão e o
cilindro, as perdas nas gaxetas e a presença de ar no cilindro da bomba.
·
Vazão média recalcada por uma bomba de êmbolo de
duplo efeito:
Q
= [π(D² - d²) / 2] L (n / 60) ɳv
Onde:
d = diâmetro da haste do pistão, em m.
·
Energia específica fornecida ao líquido por
qualquer tipo de bomba de deslocamento positivo:
Y
= [(pd - pa)
/ ρ] + [½(cd² - ca²)] + [g (zd – za)]
Onde:
Y = energia que o líquido recebe ao
passar pela bomba, em J/Kg;
pd = pressão na descarga da bomba, em
N/m²;
pa = pressão na admissão da bomba, em
N/m²;
ρ = massa específica do líquido
bombeado, em Kg/m³;
cd = velocidade do líquido na descarga da
bomba, em m/s;
ca = velocidade do líquido na admissão da
bomba, em m/s;
zd = cota ou nível de referência da
descarga da bomba, em m;
za = cota ou nível de referência da
admissão da bomba, em m.
·
Potência consumida no eixo de uma bomba de
êmbolo:
Pe = (ρ Q Y) / (ɳv ɳh ɳm) ou Pe = (ρ Q Y) / ɳt
Onde:
Pe = potência no eixo da bomba, em kW;
ɳv = rendimento volumétrico, já definido
anteriormente;
ɳh = rendimento hidráulico, que leva em
conta as perdas de energia no interior da bomba, principalmente, nas válvulas;
ɳm = rendimento mecânico, que leva em
consideração as perdas por atrito no mecanismo de transmissão, nas gaxetas e no
pistão;
ɳt = rendimento total da bomba.
·
Vazão máxima pode ser calculada em função da
vazão média recalcada pela expressão:
Qmax = Kv Q
Onde:
Qmax = vazão máxima que passa pela
tubulação de sucção, em m³/s;
Q = vazão média recalcada pela bomba, em
m³/s;
Kv = coeficiente de correção da vazão,
adimensional.
O
coeficiente de correção da vazão, Kv, assume os seguintes valores:
Kv = 3,2 para bombas simplex;
Kv = 1,6 para bombas duplex;
Kv = 1,1 para bombas triplex;
Kv = 1,0 para bombas quadriplex ou com maior
número de cilindros em paralelo.
Bombas Rotativas
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 descarga e a pressão do líquido bombeado sofrem pequenas
variações quando a rotação é constante.
Classificação das bombas rotativas
·
Bombas
de engrenagens:
Este tipo de bomba, conforme o nome indica, é constituído de duas
engrenagens, com engrenamento externo ou interno, que giram no interior de uma
carcaça. À medida que as engrenagens giram, provocam uma depressão no lado de
entrada, chamada de câmara de sucção da bomba, fazendo com que o líquido seja
admitido. Da câmara de sucção o líquido é transportado, através dos espaços
compreendidos entre os dentes das engrenagens e a parede interna da carcaça,
até a câmara de pressão na descarga da bomba, situada numa posição oposta ao
lado de admissão. O engrenamento dos dentes, na parte central da bomba, impede
a comunicação entre a câmara de pressão e a câmara de sucção. A pressão de
saída do líquido será maior ou menor, dependendo da resistência encontrada pelo
fluxo hidráulico ao longo da tubulação de descarga e da pressão a vencer, ou
seja, da altura de elevação manométrica.
·
Bombas
de parafuso:
As bombas rotativas de parafuso consistem em dois ou três
parafusos de rosca helicoidal que, engrenados e com uma folga muito pequena
entre si, giram no interior de uma carcaça cilíndrica. O movimento dos
parafusos é sincronizado por engrenagens externas, ou então, um deles (o
central) é o propulsor e os demais são arrastados pelo engrenamento. O líquido
admitido numa (ou nas duas) extremidade é arrastado para a câmara de pressão,
na descarga, escorrendo entre os fios dos parafusos e a carcaça.
·
Bombas
de lóbulos:
Nestas
bombas, o líquido desloca-se pela ação de rotores lobulares, em forma de perfis
conjugados, que giram no interior de uma carcaça ovalada, de maneira
sincronizada pela ação de engrenagens externas. Os rotores, que giram em
sentido oposto, possuem dois ou mais lóbulos, cujas superfícies não entram em
contato durante o funcionamento. A folga entre estas superfícies, que deve ser
a menor possível, evita o desgaste dos materiais de construção dos lóbulos.
O líquido
penetra na bomba sob a ação de forças externas sendo deslocado para a descarga
pela energia fornecida pelos rotores tubulares. O fluxo de líquido nas bombas
de lóbulos não é tão constante como nas de engrenagens e o seu nível de ruído é
maior.
·
Bombas
de palhetas:
A bomba de palhetas é construída de um rotor excêntrico em
forma de tambor, com ranhuras radiais, no interior das quais deslizam palhetas
que durante o giro são pressionadas contra a carcaça cilíndrica por ação da
força centrífuga. O líquido é aprisionado no espaço formado pelas palhetas e
conduzido para a descarga da bomba em consequência da variação do volume deste
espaço que, inicialmente, aumenta progressivamente e, após atingir o seu valor
máximo, passa a decrescer, até desaparecer. A lubrificação das extremidades das
pás que entram em contato com a carcaça é realizada pelo próprio líquido de
trabalho.
Cálculos
·
Vazão
média recalcada por uma bomba de engrenagem:
Q = 120 Ad N b n ɳv
Onde:
Q = vazão recalcada, em m³/h;
Ad = seção de um dente, medida
perpendicularmente ao eixo de giro e limitada, no pé do dente, pela
circunferência externa da engrenagem conjugada, em m²;
N = número de dentes de uma
engrenagem, adimensional;
b = largura das engrenagens
rotativas (rotor), em m;
n = velocidade de rotação, em
rpm;
ɳv = rendimento volumétrico,
que diminui com o aumento das perdas por fugas, adimensional.
·
Energia específica fornecida ao líquido por qualquer
tipo de bomba de engrenagem:
Y = [(pd - pa) / ρ] = Δp
/ ρ = g H
Onde:
Y = energia que o líquido
recebe ao passar pela bomba, em J/Kg;
pd = pressão na descarga da
bomba, em N/m²;
pa = pressão na admissão da
bomba, em N/m²;
ρ = massa específica do
líquido bombeado, em Kg/m³;
Δp = diferença de pressão
entre saída e entrada da bomba, em Pa;
g = aceleração da gravidade,
em m/s²;
H = altura de elevação manométrica,
em m.
·
A
potência consumida no eixo de uma bomba de engrenagem:
Pe = (Q Δp)/ ɳt
Onde:
Pe = potência no eixo da
bomba, em W;
ɳt = rendimento total da bomba,
adimensional.
·
Vazão
média recalcada por uma bomba de parafuso com
dentes helicoidais retangulares:
Q = 7,5 i (De² - Di²) [(n t)
/ N] ɳv
Onde:
Q = vazão recalcada, em m³/h;
i = número de parafusos conduzidos,
1 ou 2;
De = diâmetro exterior do
filete, em m;
Di = diâmetro da raiz do
filete, em m;
n = velocidade de rotação dos
parafusos, em rpm;
t = passo dos filetes retangulares
dos parafusos, em m;
N = número de filetes ou
entradas dos parafusos, adimensional;
ɳv = rendimento volumétrico,
adimensional.
·
Vazão
média recalcada por uma bomba de parafuso único:
Q = 120 n De (De -
Di) t
Onde:
Q = vazão, em m³/h;
n = velocidade de rotação do
rotor, em rpm;
De = diâmetro exterior da
hélice do parafuso, em m;
Di = diâmetro da raiz da
hélice do parafuso, em m;
t = passo da hélice do rotor,
em m.
·
Vazão
média recalcada por uma bomba de lóbulos:
Q = K (De² - E²) b n ɳv
Onde:
Q = vazão da bomba de
lóbulos, em m³/s;
K = constante que depende da
geometria do rotor e do número de lóbulos, adimensional;
De = diâmetro exterior do
rotor, em m;
E = distância entre os centros
dos rotores, em m;
b = largura do rotor, em m;
n = velocidade de rotação do rotor,
em rps ou Hz;
ɳv = rendimento volumétrico,
adimensional.
·
Vazão
média recalcada por uma bomba de palhetas:
Q = 2 E b [π (D - E) - N e] (n / 60) ɳv
Onde:
Q = vazão recalcada, em m³/s;
E = distância entre os
centros do rotor e da carcaça, em m;
b = largura das pás, em m;
D = diâmetro da superfície
interna da carcaça, em m;
N = número de pás,
adimensional;
e = espessura das pás, em m;
n = velocidade de rotação, em
rpm;
ɳv= rendimento volumétrico,
adimensional.
Uso da Bomba
A bomba
de deslocamento positivo é utilizada em sessões de hemodiálise, da seguinte
maneira: a mesma é acoplada ao braço do paciente e puxa o sangue em direção ao
filtro para realizar a purificação.
Processo de Hemodiálise
A seguir, vídeo da clínica pró-rim, que explica o funcionamento de uma máquina de hemodiálise:
Fonte: Youtube
