Introdução a Bombas
Produzido por Marcelo AlvesTeoria
Máquinas de fluxo
Antes de falar especificamente de bombas, queria fazer um comentário geral sobre máquinas de fluxo, porque esse termo é importante, ok?
Máquinas de fluxo são máquinas que adicionam ou retiram energia de um fluido. Aqui embaixo tem um resumo das classes de máquinas e quando são usadas:
O nosso foco maior agora são as bombas.
Bombas
Chegou a hora de falar de bombas!
Ops, essas não!
Bombas são máquinas de fluxo que fornecem energia a um fluido INCOMPRESSÍVEL, ou seja, líquidos. Esse aumento de energia resulta em aumento de PRESSÃO, mas não necessariamente de velocidade, ok?
Podemos classificar as bombas pela forma que essa energia é transferida ao líquido:
- Bombas Dinâmicas (ou Turbobombas)
- Bombas de deslocamento positivo (ou volumétricas)
Mas antes de falar um pouco delas, bora entender melhor a estrutura de uma bomba. Por enquanto, queria que você soubesse de três partes principais:
- Bocal de sucção, que é por onde o fluido entra na bomba
- Carcaça da bomba, que é a estrutura externa dela como um todo
- Bocal de descarga (ou recalque), que é por onde o líquido sai
Bombas Dinâmicas ou Turbobombas
Nas turbobombas, a energia é fornecida ao fluido por meio de um impelidor (ou impulsor, ou rotor) que vai aumentar a energia cinética do fluido e depois vai ser transformada em energia de pressão. E, antes que você me bata, deixa eu explicar melhor esse lance de impelidor haha. Dá uma olhada nessa imagem:
Pra ajudar a visualizar, pensa como se fosse a hélice de um navio. Enfim, um detalhe é que, como tá na figura aí de cima, o fluido entra na carcaça da bomba no sentido axial e só depois começa o giro, isto é, movimento radial em direção à saída.
Dentro de turbobombas, vou destacar a mais falada: a bomba centrífuga. Nelas, a energia cinética vem somente de forças centrifugas que atuam no líquido. Uma vantagem delas é uniformidade da pressão do líquido de saída, sem pulsações.
Bombas de Deslocamento Positivo
Lá nas turbobombas, vimos que a energia transferida ao fluido primeiro era transformada em energia cinética e só depois em energia de pressão. Em bombas de deslocamento positivo, NÃO tem essa passagem pela energia cinética; aqui, a energia é transferida por variação do volume do fluido dentro da própria bomba!
Um exemplo disso são bombas com pistões:
Carga líquida da bomba
A gente viu que as bombas fornecem energia pra um fluido, mas quanta energia? Temos que saber isso, concorda?
Os limites de controle que utilizamos quando trabalhamos com bombas são os locais de entrada e saída do fluido, ou seja, os bocais de sucção e descarga. Fazendo um balanço de energia pro fluido entre os pontos 1 (bocal de sucção) e 2 (bocal de saída):
Matematicamente:
Em que:
Se eu estiver falando grego, talvez seja melhor você dar uma olhada, antes de continuar, nos balanços em Mecânica do fluidos, que também estão disponíveis aqui no Responde Aí : )
Continuando, vamos dividir cada termo desse balanço pela gravidade (). Além disso, vamos zerar o termo de atrito; o porquê disso eu te explico daqui a pouco. Relaxa aí.
TODOS os termos que aparecem nessa equação aí de cima têm unidade de comprimento! Todos! Adotando o SI: metro. E, talvez, você precise saber os nomes alguns desses termos:
Mas, sem dúvida, o que você com certeza vai ter que saber é o , que é representado por .
Chamamos de “altura” porque tem unidade de comprimento haha ajuda a lembrar. Outro nome que podemos usar pro é carga líquida da bomba; o porquê desse nome vem lá daquele zerar o termo de atrito que eu fiz, lembra?
É porque a bomba vai dar uma carga pro fluido, mas também vai ter, inevitavelmente, atrito dentro da bomba. Ao zerar o termo de atrito, você tá pegando só a parcela da carga dada que o fluido realmente aproveita.
Curva característica da bomba
A curva característica de uma bomba nada mais é do que uma curva que mostra como a carga fornecida pela bomba () varia com a vazão volumétrica passando pela bomba (). Essas curvas são tipo assim:
Repara que quanto maior a vazão passando pela bomba, menor a carga fornecida por ela. Mas para vazões baixas, a carga é aproximadamente constante com a vazão. E eu destaquei dois pontos importantes na curva:
Carga de fechamento é a carga fornecida pela bomba quando a vazão é “zero” e vazão de fornecimento livre é a vazão acima da qual nenhuma carga líquida é fornecida.
Curva Característica do Sistema
Assim como podemos obter uma curva para a bomba, podemos obter uma curva característica para um sistema.
Usando o balanço de energia no sistema. Pegando dois pontos quaisquer, 1 e 2, o balanço de energia fica:
Dividindo pela gravidade e rearranjando de forma a isolar o :
é a carga fornecida pela bomba e o termo em vermelho é o , isto é, a carga que o sistema precisa pra funcionar como você quer, com tais velocidades, pressões etc nesses dois pontos.
Se formos plotar versus vazão volumétrica , a gente vai ver que a cara dessa curva é sempre subindo, isto é, quanto maior a vazão, maior a carga requerida pelo sistema.
E isso é bem intuitivo. Quanto maior a vazão, maiores as perdas por atritos na tubulação e em cada acidente, então maior será a carga requerida pelo sistema.
Você vai, então, utilizar uma bomba capaz de dar ao seu sistema a carga requerida por ele.
Como o balanço de energia já sugere, o ponto de operação é quando:
A vazão do ponto de operação é a vazão de operação (nome criativo, né? Haha). E se a bomba é adequada, a vazão de operação é próxima daquela requerida no projeto inicial.