Transcript
Bibliografia :
http://www.sp.senai.br/portal/refrigeracao/conteudo/perda%20de%20carga%20-valterv.1.pdf
http://pt.wikipedia.org/wiki/Bomba_hidr%C3%A1ulica
http://pt.wikipedia.org/wiki/Perda_de_carga
Bomba hidráulica
Uma bomba manual: Esta é a bomba mais comum: é barata e fácil de usar, mas requer esforço físico e leva algum tempo para se obter altas pressões
Uma pequena bomba com acionamento elétrico.
Uma bomba 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 conseqüência, 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.
Outras máquinas destinadas a adicionar energia aos fluidos na forma de vapor e gases só são chamadas de bombas apenas eventualmente. Como exemplos, há a bomba de vácuo, destinada a esgotar ar e gases, e a bomba manual de ar, destinada a encher pneumáticos, bolas de futebol, brinquedos e botes infláveis, etc. As máquinas que se destinam a manusear ar, gases ou vapores são normalmente chamadas pelos técnicos de ventiladores ou ventoinhas, sopradores ou compressores.
História
Bomba romana no Museu Arqueológico Nacional em Madri, Espanha.
A primeira razão para o ser humano necessitar de uma bomba foi a agricultura. Embora a agricultura esteja em prática há mais de 10000 anos, os primeiros registros que temos de irrigação são devidos aos egípcios. Inicialmente transportavam a água em potes, mas cerca de 1500 a.C. apareceu a primeira máquina de elevação de água, a picota. Posteriormente apareceram o sarilho, usado para elevar um balde, a nora e a roda persa. Todas estas máquinas eram movidas por trabalho humano ou animal. O sarilho é empregado ainda hoje no abastecimento de água.
Um dos tipos mais antigos de bomba foi o Parafuso de Arquimedes, empregado por Senaquerib, Rei da Assíria, para a irrigação dos Jardins Suspensos da Babilônia e Nínive, no século VII a.C. e posteriormente descritas em maior detalhe por Arquimedes no século III a.C. As bombas alternativas a pistão ou êmbolo já eram do conhecimento dos gregos e dos romanos. Ctesibius, por volta de 250 a.C., inventou uma bomba alternativa movida por uma roda d'água, construída por seu discípulo Hero de Alexandria. No Museu Arqueológico Nacional de Espanha, em Madri, há uma bomba alternativa duplex, de acionamento manual, fabricada entre os séculos I e II d.C. Esta bomba foi encontrada na mina de Sotiel-Coronada en Calañas, Andaluzia, Espanha. No século XIII d.C., al-Jazari descreveu e ilustrou diversos tipos de bombas, entre outras, a bomba alternativa, o burrinho a vapor, a bomba de sucção e a bomba de pistão.
As bombas cinéticas, embora fruto de conceitos muito antigos, só vieram a ser construídas para uso real no início do século XIX. O inventor francês Denis Papin construiu uma "bomba de ar" em fins do século XVII, mas carecia de um acionador adequado. O nome deste aparelho, fole de Hesse, é uma homenagem ao patrono de Papin à época, o príncipe de Hesse.
Tipos
Classificamos as bombas em dois principais grupos: bombas de deslocamento positivo e bombas cinéticas. Seus nomes descrevem o método para mover o fluido...
Bombas de deslocamento positivo
Um grande grupo eletrobomba para sistema de abastecimento de água próximo ao lago Hengstey, Alemanha.
Bomba manual de água, de deslocamento positivo, alternativa, instalada em Košice-Ťahanovce, Eslováquia.
Uma bomba de deslocamento positivo faz o fluido se mover isolando um volume determinado deste e aplicando força (deslocando) aquele volume isolado para o bocal de descarga. Estas bombas também são conhecidas como bombas volumétricas. Uma bomba de deslocamento positivo pode ser classificada como:
bomba alternativa, ou
bomba rotativa.
Bombas alternativas
As bombas alternativas usam um arranjo de diafragma, pistão ou êmbolo e cilindro, com válvulas de sucção e descarga integradas na bomba. Bombas desta categoria variam de monocilíndricas (chamadas de simplex), chegando em certos casos até nove cilindros. A maioria das bombas alternativas são de dois (duplex) ou três (triplex) cilindros. Além disto, podem ser de ação simples, onde o cursos de sucção e descarga são independentes ou de ação dupla, succionando e descarregando em ambos os sentidos. As bombas podem ser movidas diretamente a ar comprimido, a vapor ou através de um mecanismo biela-manivela, este acionado por um motor elétrico, de combustão interna através de polias e correias, engrenagens ou mesmo com acionamento direto. Estas bombas foram largamente empregadas no início da era industrial, no século XIX, como bombas de alimentação de caldeiras. Embora sejam usadas ainda hoje, as bombas alternativas são mais empregadas para o bombeamento de líquidos altamente viscosos, incluindo concreto e petróleo.
Por questões hidráulicas, as bombas alternativas tendem a apresentar números ímpares de pistões ou êmbolos, sendo a única exceção o número 2. Portanto, a classificação de número de êmbolos ou pistões costuma ser:
simplex para bombas com um único êmbolo ou pistão,
duplex para bombas com dois êmbolos ou pistões,
triplex para bombas com três êmbolos ou pistões,
quintuplex para bombas com cinco êmbolos ou pistões,
septuplex para bombas com sete êmbolos ou pistões (rara),
nonuplex para bombas com nove êmbolos ou pistões (rara).
Bombas de diafragma movidas a ar comprimido
Uma aplicação moderna de bombas de deslocamento positivo são as bombas de diafragma. Sendo movidas a ar comprimido, seu conceito de projeto é intrinsecamente seguro, embora os fabricantes oferecem modelos com certificação ATEX para atender aos requisitos da indústria. São frequentemente empregadas em todas as indústrias. Seu custo é relativamente acessível e podem ser empregadas para esgotar água de diques de contenção até o bombeio de ácido clorídrico de tanques de armazenagem (dependendo dos materiais do qual a bomba é fabricada - elastômeros e materiais de construção do corpo). A sucção é geralmente limitada a uma elevação de cerca de 6 metros, mas atende aos mais diversos níveis de elevação na descarga.
Bombas rotativas
Uma bomba de lóbulos
As bombas rotativas isolam um volume de fluido e o transportam de uma zona de baixa pressão para uma zona de alta pressão. A característica comum é o acionamento através de um eixo que gira.
Bomba de engrenagens
Uma das construções usuais para estas bombas é a bomba de engrenagens, onde um par de engrenagens gira dentro de uma carcaça com pequena folga entre o externo da engrenagem e o interior da carcaça. O fluido ocupa o espaço entre dois dentes e é transportado da área de sucção para a área de descarga. O que impede o fluido de retornar entre os dentes da engrenagem para a sucção é exatamente o dente da outra engrenagem, que ocupa o espaço entre os dentes.
Bombas de parafusos
Bomba tipo Parafuso de Arquimedes - estação De Leyens, Zoetermeer, Holanda
Há diversos tipos de bombas de dois parafusos, sendo as bombas de um parafuso também chamadas bombas de cavidade progressiva. O parafuso de Arquimedes pode ser assim classificado. Há outros tipos de bombas de parafuso com 2 e 3 parafusos, trabalhando dentro de uma carcaça com pequenas folgas para o externo destes parafusos.
Bombas Cinéticas
As bombas cinéticas fornecem energia continuamente a um fluido que escoa pelo interior dos elementos da bomba. Esta transmissão de energia é frequentemente realizada por uma peça dotada de palhetas que recebe energia mecânica de um eixo e onde as palhetas impulsionam o fluido, transferindo energia hidráulica. As bombas cinéticas são também chamadas bombas rotodinâmicas e turbobombas.
Há diversas formas de bombas cinéticas. Entre elas, há as bombas centrífugas, bombas de fluxo misto, as bombas axiais, as bombas regenerativas e as bombas de carcaça rotativa ou bombas de tubo Pitot. Todas elas transmitem energia ao fluido empregando a conversão de energia mecânica em energia cinética, podendo ser esta convertida em energia de pressão ou energia potencial. As principais características das bombas cinéticas são:
Adição contínua de energia ao fluido,
Conversão da energia transferida em energia cinética (um aumento da velocidade),
Conversão da velocidade adquirida em um aumento de pressão,
Conversão de pressão em energia potencial de posição (em algumas bombas),
Aplicações
Bombas sempre foram usadas em muitos pontos na sociedade para uma grande variedade de propósitos. Há muito tempo, as aplicações incluíam o uso de cata-ventos ou rodas d'água no bombeio de água para o consumo humano, para a irrigação ou para o consumo animal. No presente, usamos bombas para irrigação, para abastecimento de água corrente, abastecimento de gasolina e outros combustíveis, sistemas de condicionamento de ar, refrigeração, movimentação de produtos químicos, movimentação de águas servidas, combate a enchentes, serviços em embarcações, etc.
Por causa da grande variedade de aplicações, as bombas apresentam uma variedade extrema de formas e tamanho: de muito grandes a muito pequenas, do manuseio de líquidos e de misturas de líquido e sólidos, de pressões altas e baixas, de vazão ou caudal pequenos e grandes.
As bombas de líquidos e de misturas de líquido e sólidos podem perder escorva e pode ser necessária a escorva da bomba, que é encher a carcaça e as tubulações de sucção antes de iniciar o bombeio. A perda de escorva é geralmente devida à entrada de ar no interior da bomba ou da tubulação de sucção. As folgas de operação e os princípios de funcionamento das bombas usadas para líquidos faz com que, quando bombeiam vapores ou gases, não possam deslocar o ar, vapor ou gás devido à densidade muitas vezes menor destes fluidos.
Especificações
As bombas são usualmente selecionadas pela potência expressa em kW ou HP, vazão ou caudal, pressão de descarga e pressão de sucção. Nas bombas cinéticas, é usual expressar a pressão em altura de coluna do líquido bombeado, dada a forma como a conversão de energia se processa. A altura de coluna pode ser fisicamente materializada por uma coluna vertical de líquido em equilíbrio com a atmosfera.
Bombas no abastecimento público de água
No passado distante, era comum a extração de água por meio de bombas manuais instaladas sobre um poço, onde as pessoas poderiam extrair água para seu consumo. Isto era mais comum antes das residências disporem de água canalizada.
Destas bombas ficou a expressão inglesa "parish pump" para o tipo de assunto que, no passado, as pessoas conversavam ao ir apanhar água; também significa "assunto de interesse puramente local". Como a água destas bombas é mais sujeita à contaminação, já que é extraída diretamente do solo e não sofre qualquer filtração, torna-se mais provável a ocorrência de doenças gastrointestinais.
Hoje em dia, as bombas manuais de extração de água ainda são a opção de abastecimento de água de baixo custo mais sustentável em locais pobres, mais frequentes em áreas rurais nos países em desenvolvimento. Uma bomba manual permite o acesso a água de subsolo que frequentemente é menos poluída e reduz as possibilidades de contaminação se comparada à extração tradicional através de baldes. Bombas como a Afridev são concebidas para serem de construção e de instalação de baixo custo e fáceis de manter com peças simples. No entanto, a escassez de peças para este tipo de bombas em algumas regiões a torna menos útil nestas áreas.
Acionamento
Bomba acionada por um trator.
As bombas foram acionadas, na antiguidade, por rodas d'água, cata-ventos e pela força muscular, fosse de homens ou de animais. Embora ainda haja muitas bombas acionadas manualmente, a grande maioria das bombas modernas é acionada por motores elétricos. Em menor quantidade, são acionadas também por motores de combustão interna e por turbinas a vapor ou a gás e motores hidráulicos.
Na atualidade, a grande maioria das bombas é acionada por motores elétricos de corrente alternada. Seguem-se as bombas acionadas a motores de combustão interna, as bombas acionadas diretamente por ar comprimido e as acionadas a cata-ventos.
A energia solar pode ser empregada para alimentar um motor elétrico em localidades remotas.
Perda de carga
Perda de carga é a energia perdida pela unidade de peso do fluido quando este escoa. Termo muito utilizado em engenharia e mecânica dos fluidos.
A perda de carga num tubo ou canal, é a perda de energia dinâmica do fluido devido à fricção das partículas do fluido entre si e contra as paredes da tubulação que os contenha.
Podem ser contínuas, ao longo dos condutos regulares, acidental ou localizada, devido a circunstâncias particulares, como um estreitamento, uma alteração de direção, a presença de uma válvula, etc.
Sempre que um fluido se desloca no interior de uma tubulação ocorre
atrito deste fluido com as paredes internas desta tubulação, ocorre também uma
turbulência do fluido com ele mesmo, este fenômeno faz com que a pressão que
existe no interior da tubulação vá diminuindo gradativamente à medida com que o
fluido se desloque, esta diminuição da pressão é conhecida como "Perda de
Carga ( P)".
Desta forma a perda de carga seria uma restrição à passagem do fluxo do
fluido dentro da tubulação, esta resistência influenciará diretamente na altura
manométrica de uma bomba (H) e sua vazão volumétrica (Q), e em caso de
sistemas frigoríficos, a diminuição de sua eficiência frigorífica. Em resumo, em
ambos os casos um aumento de potência consumida.
Velocidade
Da mecânica dos fluidos sabemos que quanto maior a velocidade de um
fluido dentro de uma tubulação maior será a perda de carga deste fluido. Desta
forma podemos concluir que para diminuirmos a perda de carga basta
diminuirmos a velocidade do fluido.
Mas velocidade menor para mantermos uma mesma vazão volumétrica (Q)
será necessário utilizar tubulações de maior diâmetro, o que acarreta em uma
instalação de custo mais elevado.
A relação entre a vazão volumétrica e a velocidade pode ser escrita como:
Vazão Volumétrica = Velocidade x Área interna da tubulação
. Q = v . A
Onde:
Q = Vazão volumétrica (m3 / s)
V = Velocidade do fluido dentro da tubulação (m / s)
A = Área interna do Tubo (m2)
Resumindo com velocidades muito grande ocorrerá um aumento da perda
de carga ( P) do sistema, o que acarretará um maior consumo de energia nas
bombas e compressores, desta forma quando estivermos dimensionado as
tubulações da rede hidráulica ou sistema frigorífico devemos pensar em um
projeto que garanta ao mesmo tempo que se possa ter velocidade, para garantir a necessária vazão de fluido com uma mínima perda de carga, com o menor
custo da instalação.
Para facilitar o projeto, a ABNT estabelece alguns valores de vazão de água
e sua respectiva velocidade máxima dentro de uma tubulação.
Perda de carga em conduto retilíneo
Se o fluxo é uniforme, ou seja, que a seção é constante, e portanto a velocidade também é constante, o princípio de Bernoulli, entre dois pontos pode ser escrito da seguinte forma:
onde:
= constante gravitacional;
= altura geométrica na direção da gravidade na seção ou ;
= pressão ao longo da linha de corrente;
= densidade do fluido;
= perda de carga; ; sendo a distância entre as seções 1 e 2; e, a variação na pressão manométrica por unidade de comprimento ou inclinação piezométrica, valor que se determina empiricamente para os diversos tipos de material, e é função do raio hidráulico e da rugosidade das paredes e da velocidade média da água.
Perdas de carga localizadas
As perdas de carga localizadas ou acidentais são expressas como uma fração ou um múltiplo da chamada "altura de velocidade" da forma:
Onde:
= perda de carga localizada;
= coeficiente de perda de carga distribuída, ou fator de atrito de Darcy;
= comprimento da tubulação (tubos + acessórios);
= velocidade média da água, antes ou depois do ponto singular, conforme o caso;
= Coeficiente determinado de forma empírica para cada tipo de ponto singular
Trabalho Máquinas Hidráulicas
Nome : Lucas Pinheiro (09)
Turma : 2112
Prof. : Arídio
Tema : Bombas Hidráulicas e Perda de carga
Bomba Hidráulica
