01 - Bombas Ventiladores e Compressores

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Sumário

• Conceitos importantes

• Bombas

• Ventiladores

• Compressores

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Conceitos Importantes

• PressãoPressão é a força normal exercida por unidade de área

)(

)()(

2mA

NFPaP

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• Pressão Manométrica x Pressão Absoluta

Pressão do Sistema

Pressão atmosférica local1,033 kgf/cm2

Zero absoluto

Pman Pabs

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• VazãoO volume por unidade de tempo que escoa através de determinada seção transversal de um conduto.

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Conceitos ImportantesFluido – Principais Propriedades

• Massa Específica: é a quantidade de massa que ocupa uma unidade de volume (kg/m³, lbm/ft³)

• Volume Específico: é o volume ocupado por unidade de massa. Muito importante no estudo de fluidos compressíveis. (m³/kg, ft³/lbm)

• Densidade: é a razão entre a massa específica desta substância e a massa específica de uma substância padrão. Para substâncias em estado líquido ou sólido, a substância de referência é a água a 15°C. Para substâncias no estado gasoso é o ar

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Conceitos ImportantesFluido – Principais Propriedades

• Pressão de Vapor: pressão na qual ao ser atingida, em uma dada temperatura constante, inicia-se a vaporização do líquido.

• Viscosidade: exprime a resistência ao cisalhamento interno, isto é, a qualquer força que tende a produzir o escoamento entre suas camadas. Depende diretamente da temperatura e natureza do fluido.

Fluidos Compressíveis x Incompressíveis

• Fluidos compressíveis são aqueles que quando pressurizados modificam seu volume específico.

• Fluidos incompressíveis são aqueles que quando pressurizados não modificam consideravelmente seu volume específico.

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Conceitos ImportantesEscoamento de Fluidos

• Escoamento laminarO escoamento laminar tem como característica o movimento suave entre as camadas do fluido.

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Conceitos ImportantesEscoamento de Fluidos

• Escoamento TurbulentoCaracteriza por movimentos tridimensionais aleatórios das camadas do fluido.

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Bombas

• Para que servem?

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Energia elétrica

CombustãoManual

Bombas

• ObjetivoTransformar energia hidráulica em energia cinética e potencial ou seja transformar uma energia mecânica em movimento e pressão no fluido.

Motorenergia mecânica

Bombaenergia hidráulica

Fluidoenergia cinética

e potencial

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Bombas

• Tipos Disponíveis– Bombas Dinâmicas ou Turbo-bombas

• Axial

• Centrífuga

• Fluxo Misto

– Bombas Volumétricas ou Deslocamento Positivo• Alternativas (Pistão, Êmbolo, Diafragma)

• Rotativas (Engrenagens, Lóbulos, Parafusos, Palhetas Deslizantes)

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Bombas Dinâmicas ou Turbo-bombas

Turbo-bombas ou bombas dinâmicas são máquinas nas quais a movimentação do líquido é produzida por forças que atuam na massa líquida, em conseqüência da rotação de uma roda (rotor), que aumenta a quantidade de movimento das partículas do líquido.


• Bombas de Fluxo Axial– Toda a energia é transmitida ao fluido por forças

permanentemente de arrasto. A direção de saída do líquido é paralela ao eixo da bomba.

– É empregada quando se deseja elevadas vazões e cargas (alturas) pequenas.

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• Bombas Centrífugas– A energia fornecida ao fluido é em grande parte

cinética. Tal energia cinética posteriormente é convertida em pressão através do difusor.

– É o tipo de bomba com mais aplicações na industria.

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• Bombas de Fluxo Misto– Parte da energia é fornecida devido à força

centrífuga e parte devido à força de arrasto.

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Bombas Volumétricas

As bombas volumétricas são equipamentos que fornecem energia ao um fluido sob forma de pressão. O fluido, sucessivamente, enche e depois é expulso de espaços com volume determinado no interior da bomba.

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• Bombas Alternativas– Empregadas principalmente quando se

deseja cargas elevadas e vazões baixas.

– Causam pulsação na tubulação e conseqüente vibração da tubulação devido ao bombeamento do fluido

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• Esquema Bomba Alternativa


• Bombas Rotativas– São bombas comandadas por um movimento

de rotação.

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• Bomba Volumétrica de Lóbulos

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• Bomba Volumétrica de Parafusos

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Bombas

• Vantagens e Desvantagens

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Turbo-bombas Bombas Volumétricas

A vazão bombeada depende das características de projeto da bomba, da rotação e das características do sistema em que está operando

Relação constante entre vazão de descarga e a velocidade da bomba

A energia é transmitida ao fluido pelo órgão mecânico, sob forma cinética, que posteriormente é convertida em energia de pressão

A vazão bombeada praticamente independe da altura e/ou pressão a serem vencidas

O início de funcionamento deve ser com a bomba cheia de fluido (escorvada).

O órgão mecânico transmite energia ao fluido sob forma exclusivamente de pressão

Menor custo de aquisição e manutenção Podem iniciar seu funcionamento com a presença de ar em seu interior

Conseguem bombear líquidos muito viscosos

Aplicações que demandam altas pressões

Principais Problemas

• CavitaçãoFenômeno que ocorre em decorrência da formação e o subseqüente colapso de bolhas de vapor do líquido quando o fluxo do fluido sofre variações de pressão em seu trajeto provocadas por:

•Redução local da pressão do fluido, atingindo a pressão de vapor do fluido e formando bolhas e vapor;

•Colapso das bolhas formadas anteriormente quando elas atingem uma região de mais alta pressão.

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• Cavitação

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• Vazamentos e Contaminação do Ambiente– Ocorre principalmente devido à folgas entre

as partes ou ineficiência do sistema de vedação da bomba.

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• Corrosão das Partes– Pode ter diversos fundamentos, como fluido

bombeado corrosivo em relação ao material das partes da bomba, materiais de fabricação das partes da bomba não compatíveis entre si.

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• Vibração– Problema que consome grande parte de

energia do sistema, podendo levar ao colapso caso algumas freqüências sejam atingidas. Além de desgaste precoce das peças.

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Aplicações

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Aplicações

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Resumão

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Energia Mecânica

Energia Potencial

Energia Cinética

InputsDesnível de sucção,Desnível de recalque,Vazão desejadaPressão desejadaDistancia a ser percorrida na tubulaçãoFluido a ser bombeadoPerda na sucção e recalque Perda conexões

OutputsVazão e Pressão desejada do fluido

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Ventiladores

• Para que servem?

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Energia elétrica

CombustãoManual

Ventiladores

• ObjetivoTransformar energia mecânica do rotor em energia cinética e potencial ao fluido (gases) ou seja transformar uma energia mecânica em movimento e pressão no fluido.

Motorenergia mecânica Ventilador

Fluido (gases)energia cinética

e potencial

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Ventiladores

• Classificação quanto ao nível energético de pressão– Baixa pressão – até uma pressão efetiva de

0,02kgf/cm²

– Média pressão – pressões de 0,02 a 0,08 kgf/cm²

– Alta pressão – pressões de 0,08 a 0,250 kgf/cm²

– Altíssimas pressões – pressões acima de 0,250 kgf/cm²

Ventiladores

• Classificação quanto a modalidade construtiva– Centrífugos: quando a trajetória da partícula gasosa

mo rotor é aproximadamente normal ao eixo do rotor

– Hélico-centrífugos: quando a trajetória da partícula gasosa tem a característica helicoidal cônica

– Axial: a trajetória da partícula gasosa pelo rotor aproxima-se de uma helicoidal cilíndrica

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Ventiladores

• Classificação quanto a modalidade construtiva

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Ventiladores

• Classificação quanto a forma das pás

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Ventiladores

• Velocidade específica

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4 36,16H

Qnns

n: Rotação (rpm)Q: vazão (l/s²)H: altura manométrica (mmca)


• Desbalanceamento– O desbalanceamento caracteriza-se por um

distribuição de massa em relação ao eixo de rotação do componente girante.

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• Rolamentos defeituosos– Possíveis causas para este tipo

de problema são: • Lubrificação ineficaz• Desbalanceamento do rotor• Quebra das partes constituintes do

rolamento

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• Pulsação do ar– O ventilador deve operar na área de estabilidade de

sua curva de performance. O ventilador está subdimensionado para esta aplicação ou que a resistência do sistema é maior que a especificada na seleção do ventilador.

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• Eixo Empenado– Problemas na armazenagem ou na

montagem do ventilador.

• Sentido de Rotação Trocado– Baixo desempenho do ventilador ou fluxo

invertido.

Aplicações

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Aplicações

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Resumão

Energia Mecânica

Energia Potencial

Energia Cinética

InputsVazão desejadaPressão desejadaPeso específico do fluidoCaracterísticas químicas do fluidoEquipamentos do sistema de ventilaçãoDistancia a ser percorrida pelo fluido

OutputsVazão e pressão desejada do fluido

Compressores

• Para que servem?Ao pressurizar o gás o mesmo pode:

• Deslocar-se a longas distâncias em tubulações• Ser armazenado em reservatórios (acumular

energia)• Realizar trabalho mecânico, atuando sobre

dispositivos

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Compressores

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Compressores

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• Objetivo– O objetivo principal do compressor é

transmitir a energia mecânica aos fluidos compressíveis de forma predominantemente de pressão

Energia elétrica

CombustãoManual

Motorenergia mecânica Compressor

Fluidos compressíveis

energia potencial de

pressão

Compressores

• Classificação dos Compressores– Compressores Volumétricos:

• Alternativos• Rotativos

– Palhetas

– Lóbulos

– Parafusos

– Compressores Dinâmicos ou Turbo Compressores:• Centrífugos• Axiais

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Compressores Volumétricos

• Alternativos

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• Alternativo

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• Diagrama de Compressão

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• Fases do Processo de Compressão:– 4-1: Fase de Admissão: Ao se deslocar o pistão, a

válvula de sucção abre, permitindo a entrada do volume Vd de gás no cilindro, na pressão P1, a mesma do reservatório de sucção.

– 1-2: Fase de Compressão: Com as válvulas de sucção e descargas fechadas, o pistão comprime o gás. O gás ao atingir a pressão P2, abre-se a válvula de descarga, permitindo a saída do gás para o reservatório de descarga.

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– 2-3: Fase de Descarga: O pistão desloca todo o gás que estava contido no cilindro para o reservatório de descarga a uma pressão constante P2, igual à do reservatório.

– 3-4: Fase de Expansão: Quando o pistão se deslocar ligeiramente, haverá uma rápida expansão da pequena massa de gás no interior do cilindro. O gás ao atingir a pressão P1, igual à do reservatório de sucção, a válvula de sucção se abre e cilindro recebe nova massa de ar e o ciclo se repete.

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• Sistema de Selagem do Pistão

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Compressores Dinâmicos ou Turbo-compressores

• Centrífugos– Um compressor centrífugo aumenta a pressão do

gás, acelerando-o enquanto ele escoa rapidamente através do impelidor, e convertendo posteriormente esse energia cinética em pressão pela passagem do gás em um difusor.

– A operação desse compressor é portanto semelhante à de uma bomba centrífuga. Contudo, a diferença significativa na performance de ambos se deve ao fato do gás ser um fluido compressível.

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• Centrífugos de Múltiplos Estágios– Como a transferência de energia é limitada pela

rotação admissível, freqüentemente há a necessidade de empregar compressores de múltiplos estágios ou até em série.

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• Principais Limitações– O compressor centrífugo de um modo geral tem

ainda pressões limitadas, devido a:

• Sistema de selagem do eixo, principal fator limitante;

• Velocidade máxima do gás ( menor que a velocidade do som);

• Estrutura mecânica do impelidor.

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• Diagramas

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• Vantagens e Desvantagens

Compressores

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Compressores Alternativos Turbo Compressores

Capazes de operar com diferenças de pressão bastante altas

Menor custo de instalação (devido aos menores esforços, as fundações não necessitam ser tão grandes como para os alternativos

As propriedades do fluido pouco influem na sua performance

Menor custo de manutenção

Maior eficiência para rc > 2 por estágio Maior eficiência para rc < 2 por estágio

Operam eficientemente em baixas vazões Maior relação capacidade x espaço ocupado

Compressores

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Cuidados na Instalação

• Tubulações para Compressores:

– A tubulação de sucção de um compressor deve ser o mais curta possível e com o menor número possíveis de acidentes;

– A tubulação de sucção deve ser drenável (separadores automáticos ou vasos coletores), para evitar a entrada de qualquer quantidade de líquido no compressor.

– Filtros de admissão de ar devem ficar elevados (aproximadamente 2,0 m acima do solo);

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Cuidados na Instalação

– Na tubulação de descarga deve haver uma válvula de segurança descarregando para área segura e, logo após, uma válvula de bloqueio;

– Amortecedores de pulsação de saída devem ficar o mais próximo possível do compressor.

– Devido as fortes vibrações nas linhas ligadas aos compressores alternativos, se necessário devem ser previstas ancoragens, amortecedores de vibração ou juntas de expansão especiais.

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Resumão

Energia Mecânica Energia Potencial (Pressão)

InputsVazão desejadaPressão desejadaCaracterísticas do fluido compressívelDetalhes da instalação (tubulação, válvulas, etc)

OutputsVazão e pressão desejada do fluido

Fluido Compressível

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