Curva Característica de Bomba Centrífuga

CURVA CARACTERÍSTICA DE BOMBA CENTRÍFUGA

Rodrigues, A. C. P.¹, Raffagnato, C. G.¹, Santos, R. B.¹, Xavier Junior, D. G.¹, Machado Junior, H. F.. ²

¹Aluno DEQ/IT/UFRRJ

² Docente DEQ/IT/UFRRJ

RESUMO - Neste experimento, utilizou-se um sistema de bombeamento hidráulico com bomba centrífuga, onde foram medidas as quedas de pressão em vazões previamente determinadas, com o intuito de construir a curva característica da bomba e determinar o ponto de operação de sistemas propostos. Com estes dados, foi possível avaliar se a bomba era adequada para os sistemas.

Palavras-chave: bomba centrífuga, curva característica, ponto de operação.

Introdução

Um sistema que transposta um fluido de um lugar ao outro através da transferência de energia é chamado de bomba. Ela transforma a energia motora em energia cinética e de pressão, fazendo assim o transporte através do aumento da pressão e da velocidade do líquido. A relação entre a energia cedida (motora) e a energia de fato recebida pelo fluido (cinética e de pressão) é chamada de rendimento (ELETROBRÁS, 2009). Na indústria química, os líquidos utilizados possuem propriedades químicas e físicas consideravelmente diferentes, de modo que diversos equipamentos de bombeamento com características específicas para cada fluido fosse necessários. Deste modo, há diferentes tipos de classificação das bombas (GANGHIS, 2005).

Classificação

As bombas são classificadas através da forma que a energia é cedida ao fluido (ELETROBRÁS, 2009). A escolha do sistema hidráulico deve levar em conta a quantidade e a natureza do líquido que se quer transportar, a carga contra qual o líquido será bombeado, a natureza da fonte de energia e se a bomba é utilizada apenas intermitentemente. Também é importante que haja uma análise de custo e benefício, de modo que a escolha seja a mais vantajosa possível (GANGHIS, 2005). Segundo Moreira (2008),

“As bombas hidráulicas são especificadas, em geral, pela capacidade de pressão máxima de operação e pela vazão de óleo, em litros por minuto, a uma determinada rotação. A faixa de pressão de operação de uma bomba é determinada pelo seu fabricante, fundamentada numa vida útil razoável, para trabalhar em condições de operação específicas. Sendo assim, não se deve ajustar a pressão de trabalho do sistema hidráulico em faixas de pressão superiores aos limites estabelecidos pelo fabricante da bomba, sob riscos de danos irreparáveis ao equipamento.”

As bombas se classificam em dois grandes grupos: as hidrodinâmicas e as hidrostáticas. As bombas hidrodinâmicas são aquelas onde o fluido entra na bomba e é expelido para saída através da força centrífuga, por meio de um rotor ou impulsor que gira. São empregadas apenas na transferência de fluidos de um local a outro, onde as únicas resistências ao fluxo são o próprio peso do fluido e o atrito, pois não possuem vedação perfeita entre a entrada e a saída, de modo que quanto maior a resistência do fluxo, menor a vazão do transporte hidráulico (MOREIRA, 2008). Estas bombas operam com altas vazões, pressões moderadas e fluxo contínuo (GANGHI, 2005).

As bombas hidrostáticas, ou bombas de deslocamento positivo, possuem vedação efetiva entre a entrada e a saída e por isso são capazes de fornecer volumes constantes de fluido para cada rotação ou ciclo de bombeamento, independentemente da resistência. Deste modo, são usadas para bombeamento contra altas pressões e quando requerem vazões de saída quase constantes. Podem ser alternativas ou rotativas (MOREIRA, 2008; GANGHI, 2005).

Bomba Centrífuga

As bombas centrífugas são consideradas máquinas de fluxo geratrizes, pois recebem trabalho mecânico fornecido por um motor e transformam em energia de pressão. Podem ser classificadas em três grupos: radiais, fluxo misto e fluxo axial (ELETROBRÁS, 2009; NALIN, 2017).

O funcionamento de uma bomba centrífuga depende, em geral, que a carcaça esteja cheia do fluido, que através da força centrífuga desloca o líquido para a periferia do rotor, causando uma baixa pressão no centro. Assim, o fluido entra na bomba com energia cinética elevada e é lançado para a periferia do impelidor, causando uma diminuição na velocidade e transformando energia cinética em energia de pressão (GANGHI, 2005).

[pic 1]

Figura 1: Corte transversal de bomba centrífuga.

Curva Característica

As curvas características da bomba são gráficos que representam o desempenho da bomba para uma dada velocidade e um fluido de viscosidade conhecida, através de curvas de altura manométrica total versus vazão volumétrica ou capacidade, e potência versus capacidade. Esses gráficos, em geral, são dados fornecidos pelo fabricante e, geralmente, para operação com água à temperatura ambiente (LOUREIRO, 2013).

O gráfico começa com fluxo zero e a carga correspondente neste momento é o ponto de carga da bomba desligada. A curva então decresce até um ponto onde o fluxo é máximo e a carga mínima. Este ponto às vezes é chamado de ponto de esgotamento e além deste ponto a bomba não pode operar. A faixa de operação da bomba é do ponto de carga desligado ao ponto de esgotamento. Através desta curva determina-se em que ponto da curva a bomba operará e que mudanças ocorrerão se a curva de carga ou de desempenho da bomba mudarem (MOREIRA, 2008).

A curva do sistema é fornecida pelo usuário, e o seu ponto de intercessão com a curva da bomba define o ponto operacional de ambos, bomba e processo. Porém, segundo Moreira (2008), é impossível que um ponto operacional atenda todas as condições operacionais desejadas. Por exemplo, quando a válvula de descarga é estrangulada, a curva de resistência do sistema desloca-se para a esquerda, sendo acompanhada pelo deslocamento do ponto operacional.

[pic 2]

Figura 2: Curvas típicas do sistema e de desempenho da bomba, onde Qop corresponde a vazão de operação do sistema e Hop corresponde à altura de operação do sistema.

Cavitação        

Quando o fluido não ocupa totalmente o espaço das aletas do rotor, microbolhas são formadas, e quando há mudança de baixa para alta pressão implodem, fazendo surgir bolhas de vapor que impedem o funcionamento perfeito da bomba. Quando uma bomba está danificada pelo efeito cavitação ocorrem vibrações e elevado ruído, erosão nos contornos sólidos e redução no desempenho. O diagnóstico preliminar de uma bomba com a ação da cavitação é visual e auditivo. Se a bomba apresentar vibração e/ou ruído, já está sendo comprometida. Para um diagnóstico efetivo, utiliza-se um aparelho de ressonância para avaliar sua vida útil e seu rendimento (CIELUSINSKI, 2017).