São Paulo, 01 de dezembro de 2022 - Escrito por Micelli Camargo
O tema da nossa Newsletter de hoje é "Funcionamento de uma Bomba Centrífuga".
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Vamos ao assunto ...
O que é bomba?
Bomba é qualquer equipamento que transforma energia mecânica em energia hidráulica.
Podemos entender energia mecânica como a energia transmitida por um eixo girando, no caso da bomba centrífuga.
Já a energia hidráulica do fluido é caracterizado pelas propriedades: altura manométrica, HB (ou pressão diferencial) e energia cinética, que está relacionada com a vazão, Q, em outra palavras, pela pressão e vazão que a bomba proporcional.
A bomba centrífuga, por sua vez, é uma máquina de fluxo, mas o que é máquina de fluxo.
Máquina de fluxo é o equipamento que manipula: Energia mecânica <--> Energia Cinética <--> Energia de Pressão.
No caso das bombas, temos as máquinas de fluxo geradora. Geradora por que ela "gera" energia para o fluido. O outro tipo é a máquina de fluxo motora, que são as turbinas.
A bomba será uma máquina de fluxo quando o fluido, ao passar pelo rotor, tem sua velocidade alterada. Se a velocidade não mudar, temos uma bomba de deslocamento positivo.
No caso da bomba centrífuga, conseguimos verificar que a velocidade é alterada ao analisar o chamado "Triângulo de Velocidades" que representam as velocidades tangencial, junto a pá e total, conforme ilustramos na figura abaixo:
U1 e U2 são as velocidades tangenciais e a velocidade tangencial é V = omega x R. Omega é a velocidade angular que depende da rotação. Como o raio muda, U1 e U2 são diferentes, nesse caso, temos uma máquina de fluxo.
Se fizermos uma simulação em CFD (computacional fluid dynamics) pode visualizar que as maiores velocidades (cor vermelha) estão na saída do rotor, como ilustrado na figura abaixo:
Mas como a pressão é aumentada na bomba?
O aumento de pressão acontece, principalmente na caixa espiral da bomba que é onde parte da energia cinética é convertida para energia de pressão.
Fisicamente, o fenômeno é explicado pela equação de Bernoulli que relação a energias de pressão e cinéticas, antes e depois. No caso, com o aumento da área da seção transversal, a velocidade cai e para compensar a pressão sobre. Isso acontece em escoamentos subsônicos, com número de Mach M <1.
Lançando mão do CFD novamente, como ilustrado na imagem a seguir, conseguimos visualizar o que acabamos de falar. Note que a medida que o fluido passa pela bomba as corres vao mudando azul escuro --> azul claro --> verde --> marron que representa o aumento de presão.
E a vazão, com o que ela está relacionada?
A vazão é um parâmetro físico da bomba, quanto maior o rotor maior a capacidade de bombeamento da bomba, mas não é o único parâmetro. Ela também depende da rotação da bomba, quanto maior a rotação, maior será a vazão.
Outro ponto importante, a vazão é "casada" com a pressão. Sempre que se mexe em uma, tem-se a alteração da outra.
No caso do aumento da rotação, temos o aumento da vazão e também da pressão gerada pela bomba centrífuga.
Porém no caso de termos uma vazão fixa, o aumento da vazão acarreta na diminuição da pressão (ou altura manométrica).
Esse comportamento é representado num gráfico que dá-se o nome de Curva Característica da bomba.
Outras propriedades também são importantes, tais como, o rendimento, o NPSH e a potência que podem ser inseridas no mesmo gráfico ou em gráficos separados. No gráfico abaixo, estão todas juntas.
Note que existe uma região destacada com "Melhor eficiência", essa região é normalmente chamada de BEP, mas vamos deixar para falar disso em outro momento.
A propósito, fizemos uma aula sobre o tema que você pode acessar no link:
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um abraço e até a próxima.
Micelli Camargo
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