Fenômenos de Transporte - Aula 05 - Vencendo a perda de carga: bombas

[Música] Olá alunos Tudo bem então vamos nós a continuando o nosso curso de fenômeno de transporte vamos para a aula 5 que tem o seguinte título vencendo a perda de carga dois pontos bombas o que será visto Nesta aula primeiro nós vamos ver o funcionamento básico das Bombas depois nós vamos fazer uma classificação dessas bombas pressão e carga de pressão O que significam esses termos O que são bom centrífugas os parâmetros primários de sistemas de bombeamento carga desenvolvida pela bomba e curvas características de bombas centrífugas e depois tem um item extremamente importante para o funcionamento

dos sistemas de bombeamento que chama-se npsh uma sigla que a gente vai ver o que significa e um fenômeno que se chama cavitação e claro se é importante e a gente precisa entender o que que é essa cavitação mas de antemão a gente sa Preciso Dizer para vocês que tem que se evitar que ocorra esse fenômeno Então nós vamos ver como é que se evita que ocorra a cavitação e sistemas de bombeamento e depois curva característica do sistema e ponto de operação vamos lá vocês se lembram da aula passada que eu associei veias e artérias

com a tubulação e associei o coração com uma bomba e agora a gente vai por que que associa esse coração com bomba a a gente vê um um desenho desenhozinho animado uma animação de um coração funcionando então o coração ele bombeia o sangue né Por que que precisa ter um coração bobeando o sangue simplesmente porque se o coração para o sangue não vai fluir pelas artérias pelas veias e o nosso organismo não vai receber o sangue não vai receber oxigênio e morremos que é que precisa Então ter um órgão que bombeie o sangue pelo cuso

da perda de carga que a gente falou na aula passada conforme um fluído escoa ele vai e se atritando com as paredes da tubulação eh sofrendo perdas de energia por mudança de direção ou por causa de válvulas e outros tipos de acessórios de tubulação essa perda de carga essa perda de energia essa essa perda de energia para que o fluído possa escoar tem que ser suprido por alguma coisa e esta alguma coisa é a uma bomba no caso do corpo humano do ser humano a o sangue no esar ele vai perder pressão também então precisa

ter um órgão que faça a movimentação deste líquido Vital que é o sangue bom Aqui nós temos um esquema de uma bomba um esquema geral como é que as bombas são feitas primeiro temos que ter um volt cório que se chama carcaça dentro dessa carcaça tem algum elemento móvel que faz com que o fluído eh seja eh movimentado lá dentro então um fluído entra na bomba por um uma região chamada de sucção da bomba dentro da carcaça então a sucção é uma parte de entrada do fluído da carcaça dentro da carcaça existe um elemento móvel

que faz com que o fluído se movimente e existe uma descarga uma são de descarga em que o fluído posto para fora no ponto um Então seria a sucção no ponto dois seria descarga eu teria uma pressão e uma velocidade nos no ponto um eu teria uma velocidade e uma pressão no ponto dois eh eu tenho um trabalho que tá entrando no sistema porque a gente convencionou que o que entra de Fora em termos de energia eh é o um WS seria e um um aquela energia de Fora que vai fazer com que se movimente

quem é que fornece essa energia um motor que transfere uma movimentação de rotação a um eixo que por sua vez vai mover algo lá dentro bom Então essas são as eh partes básicas qualquer bomba que se preze é feito de caça de de sucção de descarga de elemento móvel de um motor alimentado com uma fonte de energia no caso uma energia elétrica ou pode ser vapor também bem eh como é que eu posso classificar as bombas eu tenho eh duas eh eh classificações básicas a primeira é as bombas chamad deslocamento positivo e a energia fornecida

ao líquido já sobre a forma de pressão então o pistão que fica eh movimentando um fluído por um êmbolo já já transmite pressão a esse fluído então a energia fornecida já sua forma de pressão e temos bomba de pistão de diafragma e de engrenagens Eis aí um esquema de uma bomba de pistão então eu tenho uma roda que fica girando e tem esse eixo de conexão com o pistão que fica dentro de um casco e vocês percebam que Que coisa né A a engenhosidade desse equipamento quando o pistão está sendo empurrado ele vai eh fazer

com que o fluído seja expulso da carcaça do casco e Então essa a válvula que vai abrir quando o pistão volta ele vai succionar então é esta válvula que abre Então esta abre para sair esta abre para para entrar vejam observem ó expulsa admite expulsa admite essas válvulas aqui que vão fazer a entrada e saída é uma bomba de engrenagem Então quem vai fazer a movimentação do fluído são duas engrenagens o fluído admitido numa na entrada né na na sucção passa pela engrenagem e sai pelo outro lado então a movimentação dessas engrenagens é que faz

o fluído se movimentar esse tipo de bomba é usado muito para fluídos muito viscosos que outro tipo de de bombeamento não funcionaria bombas cinéticas então uma de deslocamento positivo por que de deslocamento positivo porque o elemento está eh deslocando-se fornecendo uma certa pressão as outras bombas são bombas cinéticas aumenta a pressão do líquido acelerando seu movimento através da bomba e em seguida desacelerando as bombas mais usadas na Prata são essas de cinéticas e as bombas centrífugas pertencem a essa classe então bomba centrífuga é um dos equipamentos muito comuns na indústria é como é uma bomba

centrífuga é semelhante à Aquela aquele esquema que a gente viu no início eu tenho uma carcaça eu tenho uma sucção eu tenho uma descarga e esse motor aqui aqui dentro gira uma peça que se chama e essa peça que vai impor uma certa velocidade ao líquido e depois essa velocidade de uma maneira que a gente vai ver transforma-se em pressão então tá aí como é que funciona a bomba Ah tem o rotor por pela pelo próprio região do rotor né o rotor é é tudo isso né Aqui nós temos a entrada do do líquido que

vai girar e vai saindo pela descarga tem um motor um eixo e o líquido tá aí dentro desta desta câmera em que está o rotor também aqui está o esquema do rotor então o rotor estaria aqui ó ele se mexe como que ele vai funcionar esse rotor ele gira essas paz essas pestanas que estão eh grudadas eh numa parte do rotor pegam um líquido e dão-lhe um puxão um empurrada e daí eu faço o o aumento da velocidade o fluido entra no motor pelo seu centro em uma região de baixa pressão as palhetas movimento o

fluído a velocidade aumenta do centro para a periferia a direção de rotação é essa e o fluído deixa o rotor pela Periferia essa Periferia do do rotor bem eu tenho então alguns tipos de rotores Esse é um rotor aberto não tem parede nenhuma tem um rotor semiaberto que um dos lados do rotor está fechado por um disco e eu tenho um rotor totalmente fechado que os dois lados são fechados por disco Quando se usa um Quando se usa outro depende do tipo de fluído que está se mexendo e das velocidades e das pressões bom agora

que vem o o x da questão que vem o porquê que as bombas centrífugas elas não apesar de estar girando e impor uma velocidade ao fluído eh na verdade elas não aumentam a velocidade elas aumentam a pressão pelo seguinte quando o fluído deixa o rotor passa paraa carcaça só que a carcaça ela vai tendo seu diâmetro aumentado até que aumenta totalmente a sai uma boca bem maior do que a entrada do o fluído da sucção e daí o que que acontece a equação de bernu a distância entre a descarga e a sucção pode pode ser

desprezada porque é uma distância pequena então esse termo cai fora dentro da bomba não se considera uma perda de energia a perda de carga porque já está computado no dimensionamento da bomba então cai fora esse termo ela em si ela não recebe energia ela fornece energia pro sistema então na bomba não existe esse termo também sobra o quê velocidade e pressão se esse termo diminui quem tem que aumentar este para que a equação de bernuy que é o balanço de energia eh seja obedecida Ou seja a energia não se perde se eu diminuo minha energia

cinética ela vai ter que aumentar em energia de pressão então por isso que a bomba centrífuga pelo pela forma que ela é construída Eu transformo velocidade em pressão Ok então vamos paraa frente Este é um gráfico que mostra justamente isso que eu estou falando eu eu tenho a direção do escoamento que aqui é a sucção aqui é a descarga eu tenho aqui uma a a carga de pressão que é o Del P dividido por Roger e eu tenho aqui a carga de velocidade que é o termo da energia cinética então se a velocidade vai aumentando

ela vai aumentando sim enquanto isso a pressão vai aumentando um pouquinho só Porém quando ela entra na voluta a velocidade cai justamente porque também a lei da continuidade a lei que a Massa se conserva tem que ser obedecida esta lei aqui faz com que a velocidade diminua e aumente a pressão então eu a na bomba funciona essa essa as duas leis aqui por isso que a pressão aumenta e a Velocidade diminui muito bem então como a gente já viu aqui é a carga de velocidade é a essa parcela da energia cinética e a carga de

pressão é essa essa parte aqui de que é é o Del P so g x r a eh existe um termo então agora já a gente passando por Pro termo carga Total vi carga de velocidade eu vi carga de pressão e agora Qual é a carga total é a carga de velocidade mas a carga de pressão porém a carga da velocidade é este termo aqui esse termo é sempre muito menor do que esse termo aqui então normalmente na técnica se despreza o h e daí eu considero que a carga Total como cai fora essa parte

é simplesmente a carga de pressão bem Este é o a carga de pressão é o fator primordial de uma bomba porque se eu quero aumentar a pressão é esta carga que eu quero saber os fabricantes eles fornecem os dados das Bombas em catálogos o engenheiro ele vai eh consultar esses catálogos dessas bombas para escolher uma bomba que vá satisfazer aquela perda de carga que ele calculou anteriormente a gente na na aula passada a gente viu como calcula a perda de carga o engenheiro vai calcular a perda de carga e depois vai selecionar uma bomba que

satisfaça esta per perda de carga e como que os dados das Bombas vê em catálogos de fabricantes vem na forma de curvas de gráficos e as curvas são de amt em função de q BP função de q e ETA em função de q Nossa o que que é isso hein e professor não falou ainda nem esses termos mas o que significa amt é altura manométrica total que é justamente a carga de pressão só que é um termo técnico na técnica se usar MT não p não delp por que que é manométrica porque pressão se mede

por manômetro então é um modo de se falar E por que altura puxa altura pressão sim altura pressão a gente não considera uma coluna de fluído para marcar pressão a gente não considera que 360 MM de Mercúrio é a pressão de uma atmosfera então o comprimento de uma coluna dá Justamente a pressão então aqui é pressão em função de vazão isso aqui vocês já viram na aula passada bhp é a potência fornecida pela bomba em função da vazão e aqui é a eficiência da bomba em função da vazão por quê Porque nem toda a energia

que o motor funciona pra bomba vai ser transferido pro pro fluído na forma de pressão tudo tem um uma perda né Então aí a a eficiência quantifica essa perda e os gráficos que são vistos nos catálogos são esses amt bhp e eficiência em função da vazão só que eles não são apresentados assim separadamente eles são apresentados em conjunto Esse é um exemplo de curva que vocês vão ver vocês não vão ver uma coisa limpinha bonitinha assim né vocês vão ver uma coisa que primeira vista falando Nossa que coisa confusa mas depois de usar usar e

usar você acaba acostumando o olho e já bate o olho assim não essa bomba não serve é tudo questão de prática bom agora vem o npsh npsh é sigla de net positive suction head aqui tá em amarelo forma a sigla que significa carga mas de pressão positiva Global na sucção ô meu Deus que que é isso né É o seguinte aqui na sucção o fluido tem que chegar numa pressão tal que ele não evapore se a pressão for menor o fluído evapora menor que a sua pressão de vapor lembra da termodinâmica pressão de vapor então

o fluído tem que chegar numa pressão maior do que a pressão de vapor porque se for menor forma bolha formou bolha dentro da bomba forma-se um fenômeno que se chama cavitação que são a que é a implosão dessas bombas no rotor da bomba Então tem um ruído característico de estourar alguma coisa estourar pipoca é são as bolhinhas que estão implodindo essas bolinhas acabam furando o rotor E isso se chama cavitação bem então eu ten a sessão de sucção a sessão de descarga eu tenho que ter uma pressão maior do que a pressão de vapor Então

tá aqui o que acabei de falar Olha o requisito pressão na bomba tem que ser maior do que a pressão de vapor se pressão na bomba for menor que pressão de vapor ocorre a cavitação a cavitação é a implosão de pequenas bolhas de vapor do líquido que quando elas colapsam elas batem no rotor formam um Rido característico de paraa pipoca e pipocam mesmo eles acaba furando o rotor e Isto pode ser resumido na seguinte frase bombas não podem e não devem operar com gases seu interior seja as bolhas de vapor ou seja qualquer outro ar

efeito é destruição do rotor vibração vibrações de todo o sistema mau funcionamento desbalanceamento geral ou seja acaba com o sistema de bombeamento então não se pode ter gases o npsh não pode ser menor do que é a pressão de vapor eh a semelhança disso com o ser humano é a embolia gasosa é aquele fenômeno que ocorre com mergulhadores que vão para Águas Profundas e eles têm que ir subindo pra superfície lentamente caso não o mergulhador não obedeça a sequência de subida na água quando ele chega na superfície se ele sube muito rapidamente os gases que

estavam comprimidos dentro do seu organismo eles aumentam de volume e aquilo estoura dentro do corpo do mergulhador então cavitação para as bombas e embolia pro corpo humano tem uma semelhança muito grande Em ambos os cas é morte aí tem uma transparência que eu coloquei para vocês definindo o que que é a embolia gasosa que no fundo o que eu acabei de falar bom então para acabar com a gravitação eu tenho que ter um termo chamado npsh disponível que é maior do que npsh requerido o disponível é o que o sistema de tubulação fornece aqui então

eu tenho tubo eu tenho cotovelo eu tenho válvula eu faço o cálculo e eu sei a pressão que vai atingir na sucção é o disponível o requerido é o que o fabricante diz que precisa Então o disponível tem que ser sempre maior do que o requerido o requerido é o que o fabricante diz e o disponível é o que eu tenho bem agora a gente precisa descobrir um outro eh elemento para estudo das Bombas e a gente parte da de um da mesma equação de bernu que eu eu separo uns termos que não depende da

velocidade a altura da tubulação diferença de altura não depende da velocidade a diferença de pressão não depende da velocidade porém a parte de energia cinética depende depende da velocidade e a perda de carga também depende da velocidade Aqui tá o esqueminha só para vocês lembrarem então eu separo em carga estática e carga dinâmica essa diferença aqui aliás essa soma a estática mais a dinâmica esse termo mais esse termo forma o que se chama ami amt Vocês já viram né É eh altura manométrica total o ami é altura manométrica da instalação se eu pegar uma tubulação

e ir variando a velocidade eu consigo construir uma curva de pressão em função da vazão se eu pego a curva característica da bomba e projeto a curva do sistema eles vão se encontrar num ponto este vai ser o ponto em que a bomba vai operar quando a curva do sistema que é a mi em função da vazão se encontra com a curva da bomba que é a MT em função da vazão bem de bombas chega né então na aula que vem a gente vai ter outro assunto eh conto com vocês até lá [Música] [Música] [Música]

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