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CAP.1 INTRODUÇÃO ÀS MÁQUINAS HIDRÁULICASDefinição-MÁQUINA: É um transformador de energia (absorve energia em uma forma e restitui em outra).-MÁQUINA HIDRÁULICA: É uma máquina através da qual escoa água, e que tem a finalidade de trocar energia hidráulica, do escoamento, em energia mecânica, fornecida ou cedida por outra máquina.O escoamento flui continuamente e opera transformações do tipo: Emecânica Ecinética Epressão
A água é conduzida através do rotor transferindo energia para ele, que é a faz girar transmitindo potência através do eixo para uma máquina externa. -BOMBA HIDRÁULICA: máquina hidráulica que recebe energia de outra máquina (ex: motor). -MÁQUINA HIDRÁULICA MOTRIZ OU TURBINA: máquina hidráulica que fornece energia mecânica para ser transformada.
CLASSIFICAÇÃO DAS MÁQUINAS • - MÁQUINAS DE FLUIDOS • - MÁQUINAS ELÉTRICAS • MÁQUINAS FERRAMENTAS • -MÁQUINAS DE FLUIDOS: são aquelas que promovem um intercâmbio entre a energia do fluido e a energia mecânica. • - MÁQUINAS HIDRÁULICAS - fluido utilizado para promover o intercâmbio de energia não varia sensivelmente de peso específico (γ) ao passar pela máquina (escoamento incompressível). • - MÁQUINAS TÉRMICAS - fluido utilizado para promover o intercâmbio de energia varia sensivelmente de peso específico (γ) ao passar pela máquina.
CLASSIFICAÇÃO DAS MÁQUINAS HIDRÁULICAS • - MOTORAS • GERADORAS • MÁQUINA HIDRÁULICA MOTORA -transforma energia hidráulica em energia mecânica (Ex: Turbinas Hidráulicas e Rodas d’água). • MÁQUINA HIDRÁULICA GERADORA - transforma energia mecânica em energia hidráulica (Ex: Bombas Hidráulicas e Ventiladores)
Sistema hidrodinâmico rotativo de uma bomba hidráulica de fluxo
3. Bombas Hidráulicas •Máquina através da qual escoa água •Recebe energia mecânica fornecida por outra máquina e a transforma em energia hidráulica Emecânica Ecinética Ehidráulica •Comunica ao fluido um acréscimo de energia com a finalidade de transportá-lo de uma posição de menor energia potencial para outra de maior energia potencial
3.1. Tipos de Bombas Hidráulicas •As bombas hidráulicas são classificadas de acordo com o mecanismo de transferência de energia em: -BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO OU ALTERNATIVAS -BOMBAS HIDRODINÂMICAS OU TURBO-BOMBAS -BOMBAS ESPECIAIS •A transferência de energia pode se dar por: E mecânica E cinética E pressão Emecânica E pressão
BOMBAS ESPECIAIS •Geralmente devem ser fabricadas com materiais especiais para cada tipo de aplicação; •Exemplo: bomba peristáltica •Aplicação da bomba peristáltica: dosadores de substâncias químicas que não podem entrar em contato com metais ou lubrificantes usados nas bombas. O tubo flexível é amassado progressivamente pelo rolete, a pressão aumenta e empurra o fluido no tubo.
BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO •O escoamento do fluido é causado pelo aumento de pressão comunicado pela bomba través de elementos com movimento alternativo ou rotativo. •Exemplos de BOMBAS ALTERNATIVAS: bombas de pistão, ou êmbolo, e bombas de diafragma. •Exemplos de BOMBAS ROTATIVAS: A denominação genérica Bomba Rotativa designa uma série de bombas volumétricas comandadas por um movimento de rotação, daí a origem do nome. As bombas rotativas podem ser de Engrenagens, Lóbulos ou Palheta. •Aplicação das bombas de deslocamento positivo: casos onde é necessário uma vazão constante independente de variação da carga sobre a bomba, e também quando o volume deve ser medido com precisão já que a vazão produzida pela bomba é função apenas da sua rotação.
BOMBAS ALTERNATIVAS Nas bombas de êmbolo, o órgão que produz o movimento do fluido éum pistão que, em movimentos alternativos aspira e expulsa o fluido bombeado.
BOMBAS HIDRODINÂMICAS •Conhecidas também como Bombas Hidráulicas de Fluxo •Transfere quantidade de movimento para o líquido através da aceleração provocada por um elemento rotativo dotado de pás denominado rotor. PRINCIPAIS COMPONENTES DE UMA BOMBA RADIAL CENTRÍFUGA
Esquema do sistema hidrodinâmico fixo de uma bomba hidráulica
⋅ ROTOR ⋅ ÓRGÃO MÓVEL QUE FORNECE ENERGIA AO FLUIDO ⋅ DIFUSOR ⋅ CANAL DE SEÇÃO CRESCENTE QUE RECEBE O FLUIDO VINDO DO ROTOR E O ENCAMINHA À TUBULAÇÃO DE RECALQUE. ⋅ SEÇÃO CRESCENTE NO SENTIDO DO ESCOAMENTO 43.2-Sistema Auxiliar (AS) É composto por elementos necessários, mas não ligados, ao funcionamento da máquina. São os: -Sistema de vedação: impede a fuga da água pelos interstícios entre a caixa e o rotor ou o eixo. O vazamento não deve ser totalmente eliminado, pois a água também age como lubrificante a sua falta pode levar ao desgaste prematuro do vedante.. -Sistema de lubrificação.
As bombas são equipamentos mecânicos que fornecem energia mecânica a um fluido incompressível. No caso de fluidos compressíveis são denominados compressores e ventiladores. Dividem-se em 2 grandes grupos de acordo a forma como a energia é fornecida ao fluido. Bombas cinéticas (centrífugas) Bombas de deslocamento positivo
A energia é fornecida continuamente ao fluido por um rotor, que gira a alta velocidade aumentando a energia cinética que depois é transformada em energia de pressão. O líquido é succionado pela ação de um impulsor que gira rapidamente dentro da carcaça. O movimento produz uma zona de vácuo (no centro) e outra de alta pressão (na periferia).
Bomba com Difusor: o fluido escoa através de uma série de palhetas fixas que formam um anel difusor. Isso permite uma mudança uma conversão mais eficiente da energia cinética em energia de pressão que a bomba de voluta simples. Figura 9.2. Escoamento dentro de uma bomba centrífuga. a) Bomba de voluta simples; b) Bomba com difusor.
O fluido entra no centro da carcaça devido ao vácuo e é acelerado pelas pás do rotor que gira a alta velocidade. Pela ação da força centrífuga, o fluido é descarregado na voluta ou no difusor, onde é desacelerado. A energia cinética é convertida em energia de pressão. Quanto maior é o número de palhetas menor é a perda por turbulência.
Tipos de escoamento: Axial: Descarrega o fluido axialmente (é adequado para altas vazões, mas desenvolve baixas pressões) Radial: Descarrega o fluido na periferia radialmente (desenvolve altas pressões, adequado para baixas vazões) Misto
Tipos de rotores: Fechado: Para líquidos que não contém substâncias em suspensão Semi-aberto: Incorpora uma parede no rotor para prevenir que matéria estranha se aloje no rotor e interfira na operação. Aberto: Palhetas montadas sobre o eixo. Vantagem: líquidos com sólidos em suspensão. Desvantagem: sofrer maior desgaste.
Tipos de entrada: Simples: Utilizada em pequenas unidades Dupla: Quando há entradas simétricas em ambos os lados do impulsor. Nesse caso há melhor distribuição dos esforços mecânicos, além de proporcionar uma área de sucção maior, o que permite trabalhar com uma menor altura positiva na sucção (NPSH) e diminui a possibilidade de cavitação. Impulsor de uma bomba com sucção dupla
As bombas centrífugas podem ser: - Fluxo axial: simples ou múltiplo estágio impulsor aberto/fechado - Fluxo misto sucção simples auto-escorvante estágio simples - Fluxo radial sucção dupla não-escorvante múltiplo estágio Nos dois últimos casos, o impulsor pode ser aberto, semi-aberto ou fechado.
Número de rotores: Um rotor: Simples estágio Vários rotores: Múltiplos estágios (vários rotores operando em série) que permitem o desenvolvimento de altas pressões
A bomba centrífuga deve ser escorvada antes de funcionar (a linha de sucção deve estar cheia de líquido). Quando a bomba tem ar a pressão desenvolvida é muito pequena devido à baixa densidade do ar. Dois tipos de escorva Bomba auto-escorvante
Vantagens das bombas centrífugas: • Construção simples • b) Baixo custo • c) Fluido é descarregado a uma pressão uniforme, sem pulsações • d) A linha de descarga pode ser estrangulada (parcialmente fechada) ou completamente fechada sem danificar a bomba • e) Permite bombear líquidos com sólidos • f) Pode ser acoplada diretamente a motores • g) Não há válvulas envolvidas na operação de bombeamento • Menores custos de manutenção que outros tipos de bombas • Operação silenciosa (depende da rotação)
Desvantagens das bombas centrífugas: • Não servem para altas pressões • b) Sujeitas à incorporação de ar precisam ser escorvadas • c) A máxima eficiência da bomba ocorre dentro de um curto intervalo de condições • d) Não bombeia eficientemente líquidos muito viscosos
Bomba de turbina regenerativa Também chamada de bomba cinética ela gera maior pressão que as bombas centrifugas
A energia é fornecida periodicamente, mediante superfícies sólidas móveis, que deslocam porções de fluido desde a sucção até a linha de descarga. A pressão de saída é regulada através de válvulas de descarga unidireccionais. Princípio de funcionamento As bombas de deslocamento positivo liberam um determinado volume de fluido de acordo com a velocidade do sistema. Quando a vazão do processo diminui, a pressão aumenta e o fluxo da bomba deve ser dirigido para outro lugar, de maneira que se evite a sobre-pressurização.
Para proteger a bomba e o sistema, o fluido deve ser desviado a um by-pass, ou aliviado dentro da própria bomba, enviando o fluido da zona de alta pressão (descarga) para a de baixas pressões (sucção). Válvulas de alívio internas: Muitos fabricantes fornecem bombas que incorporam válvulas de alívio internas. Quando uma válvula de alívio interna se aproxima do valor máximo de pressão permitido, esta se abre e o fluido é dirigido internamente para a zona de sucção da bomba. Operações desse tipo proporcionam proteção contra a sobre-pressurização do sistema e limita a possibilidade de destruição da bomba e de componentes do sistema.
Alívio externo e válvulas de by-pass:No projeto do sistema de processo, quando se utilizam bombas de deslocamento positivo e o risco de queda de vazão existe, é necessário considerar um arranjo de by-pass externo que devolva o líquido para a sucção. A válvula de by-pass externa ou outro dispositivo de controle abrirão a uma pressão pré-determinada, permitindo que a pressão não exceda níveis muito altos e evitando que a bomba cavite. Válvula reguladora de pressão
As válvulas de alívio internas são projetadas para proteger o sistema por curtos períodos de tempo. Quando o fluido recircula dentro da bomba, a potência introduzida pela bomba se dissipa na forma de calor, aumentando a temperatura do produto. Mesmo se o período de tempo é curto a temperatura do produto pode subir até o ponto de evaporação na zona de baixas pressões. Quando há cavitação na zona de baixas pressões pode ocorrer a destruição da bomba. Cavitação em uma bomba de deslocamento positivo com dispositivo de segurança temporário.
A cavitação é uma situação que pode ocorrer em qualquer tipo de bomba. Acontece quando há falta de fornecimento de líquido e a bomba trabalha com uma vazão menor daquela para a qual foi projetada. As causas comuns da cavitação são a diminuição da pressão de sucção, NPSH insuficiente, ou operação a velocidades muito altas. A cavitação diminui a eficiência, desgasta os metais das pás do rotor, gera vibração mecânica e ruído. O NPSH do sistema também depende da velocidade do rotor.
Linha de descarga Pistão Válvulas de retenção Linha de sucção cilindro Quando o pistão se desloca para a esquerda, a pressão no cilindro se reduz, a válvula de retenção na linha de sucção se abre e o líquido entra. Quando o pistão chega ao final do cilindro, o movimento se inverte e o pistão se desloca para a direita. Aumenta a pressão no cilindro e a válvula de admissão fecha.A pressão aumenta e a válvula de descarga se abre e o líquido sai pressurizado.
Funcionam como bombas de pistão. O movimento é alternativo e provocado por um elemento flexível de metal, borracha ou plástico. É adequada para fluídos tóxicos e corrosivos pois se elimina o contato do líquido com os selos mecânicos.
