Sumrio Conceitos importantes Bombas Ventiladores Compressores 1 Conceitos

Sumário • • Conceitos importantes Bombas Ventiladores Compressores 1

Conceitos Importantes • Pressão é a força normal exercida por unidade de área 2

Conceitos Importantes • Pressão Manométrica x Pressão Absoluta Pressão do Sistema Pman Pabs Pressão atmosférica local 1, 033 kgf/cm 2 Zero absoluto 3

Conceitos Importantes • Vazão O volume por unidade de tempo que escoa através de determinada seção transversal de um conduto. 4

Conceitos Importantes Fluido – Principais Propriedades • Massa Específica: é a quantidade de massa que ocupa uma unidade de volume (kg/m³, lbm/ft³) • Volume Específico: é o volume ocupado por unidade de massa. Muito importante no estudo de fluidos compressíveis. (m³/kg, ft³/lbm) • Densidade: é a razão entre a massa específica desta substância e a massa específica de uma substância padrão. Para substâncias em estado líquido ou sólido, a substância de referência é a água a 15°C. Para substâncias no estado gasoso é o ar 5

Conceitos Importantes Fluido – Principais Propriedades • Pressão de Vapor: pressão na qual ao ser atingida, em uma dada temperatura constante, inicia-se a vaporização do líquido. • Viscosidade: exprime a resistência ao cisalhamento interno, isto é, a qualquer força que tende a produzir o escoamento entre suas camadas. Depende diretamente da temperatura e natureza do fluido. 6

Fluidos Compressíveis x Incompressíveis • Fluidos compressíveis são aqueles que quando pressurizados modificam seu volume específico. • Fluidos incompressíveis são aqueles que quando pressurizados não modificam consideravelmente seu volume específico.

Conceitos Importantes Escoamento de Fluidos • Escoamento laminar O escoamento laminar tem como característica o movimento suave entre as camadas do fluido. 8

Conceitos Importantes Escoamento de Fluidos • Escoamento Turbulento Caracteriza por movimentos tridimensionais aleatórios das camadas do fluido. 9

Bombas • Para que servem? 10

Bombas • Objetivo Transformar energia hidráulica em energia cinética e potencial ou seja transformar uma energia mecânica em movimento e pressão no fluido. Energia elétrica Combustão Manual Motor energia mecânica Bomba energia hidráulica Fluido energia cinética e potencial 11

Bombas • Tipos Disponíveis – Bombas Dinâmicas ou Turbo-bombas • Axial • Centrífuga • Fluxo Misto – Bombas Volumétricas ou Deslocamento Positivo • Alternativas (Pistão, Êmbolo, Diafragma) • Rotativas (Engrenagens, Lóbulos, Parafusos, Palhetas Deslizantes) 12

Bombas Dinâmicas ou Turbo-bombas ou bombas dinâmicas são máquinas quais a movimentação do líquido é produzida por forças que atuam na massa líquida, em conseqüência da rotação de uma roda (rotor), que aumenta a quantidade de movimento das partículas do líquido. 13

Bombas Dinâmicas ou Turbo-bombas • Bombas de Fluxo Axial – Toda a energia é transmitida ao fluido por forças permanentemente de arrasto. A direção de saída do líquido é paralela ao eixo da bomba. – É empregada quando se deseja elevadas vazões e cargas (alturas) pequenas. 14

Bombas Dinâmicas ou Turbo-bombas • Bombas Centrífugas – A energia fornecida ao fluido é em grande parte cinética. Tal energia cinética posteriormente é convertida em pressão através do difusor. – É o tipo de bomba com mais aplicações na industria. 15

Bombas Dinâmicas ou Turbo-bombas • Bombas de Fluxo Misto – Parte da energia é fornecida devido à força centrífuga e parte devido à força de arrasto. 16

Bombas Volumétricas As bombas volumétricas são equipamentos que fornecem energia ao um fluido sob forma de pressão. O fluido, sucessivamente, enche e depois é expulso de espaços com volume determinado no interior da bomba. 17

Bombas Volumétricas • Bombas Alternativas – Empregadas principalmente quando se deseja cargas elevadas e vazões baixas. – Causam pulsação na tubulação e conseqüente vibração da tubulação devido ao bombeamento do fluido 18

Bombas Volumétricas • Esquema Bomba Alternativa 19

Bombas Volumétricas • Bombas Rotativas – São bombas comandadas por um movimento de rotação. 20

Bombas Volumétricas • Bomba Volumétrica de Lóbulos 21

Bombas Volumétricas • Bomba Volumétrica de Parafusos 22

Bombas • Vantagens e Desvantagens Turbo-bombas Bombas Volumétricas A vazão bombeada depende das características de projeto da bomba, da rotação e das características do sistema em que está operando Relação constante entre vazão de descarga e a velocidade da bomba A energia é transmitida ao fluido pelo órgão mecânico, sob forma cinética, que posteriormente é convertida em energia de pressão A vazão bombeada praticamente independe da altura e/ou pressão a serem vencidas O início de funcionamento deve ser com a bomba cheia de fluido (escorvada). O órgão mecânico transmite energia ao fluido sob forma exclusivamente de pressão Menor custo de aquisição e manutenção Podem iniciar seu funcionamento com a presença de ar em seu interior Conseguem bombear líquidos muito viscosos Aplicações que demandam altas pressões 23

Principais Problemas • Cavitação Fenômeno que ocorre em decorrência da formação e o subseqüente colapso de bolhas de vapor do líquido quando o fluxo do fluido sofre variações de pressão em seu trajeto provocadas por: • Redução local da pressão do fluido, atingindo a pressão de vapor do fluido e formando bolhas e vapor; • Colapso das bolhas formadas anteriormente quando elas atingem uma região de mais alta pressão. 24

Principais Problemas • Cavitação 25

Principais Problemas • Vazamentos e Contaminação do Ambiente – Ocorre principalmente devido à folgas entre as partes ou ineficiência do sistema de vedação da bomba. 26

Principais Problemas • Corrosão das Partes – Pode ter diversos fundamentos, como fluido bombeado corrosivo em relação ao material das partes da bomba, materiais de fabricação das partes da bomba não compatíveis entre si. 27

Principais Problemas • Vibração – Problema que consome grande parte de energia do sistema, podendo levar ao colapso caso algumas freqüências sejam atingidas. Além de desgaste precoce das peças. 28

Aplicações 29

Aplicações 30

Resumão Energia Mecânica Energia Cinética Energia Potencial Inputs Desnível de sucção, Desnível de recalque, Vazão desejada Pressão desejada Distancia a ser percorrida na tubulação Fluido a ser bombeado Perda na sucção e recalque Perda conexões Outputs Vazão e Pressão desejada do fluido 31

Ventiladores • Para que servem? 32

Ventiladores • Objetivo Transformar energia mecânica do rotor em energia cinética e potencial ao fluido (gases) ou seja transformar uma energia mecânica em movimento e pressão no fluido. Energia elétrica Combustão Manual Motor energia mecânica Ventilador Fluido (gases) energia cinética e potencial 33

Ventiladores • Classificação quanto ao nível energético de pressão – Baixa pressão – até uma pressão efetiva de 0, 02 kgf/cm² – Média pressão – pressões de 0, 02 a 0, 08 kgf/cm² – Alta pressão – pressões de 0, 08 a 0, 250 kgf/cm² – Altíssimas pressões – pressões acima de 0, 250 kgf/cm² 34

Ventiladores • Classificação quanto a modalidade construtiva – Centrífugos: quando a trajetória da partícula gasosa mo rotor é aproximadamente normal ao eixo do rotor – Hélico-centrífugos: quando a trajetória da partícula gasosa tem a característica helicoidal cônica – Axial: a trajetória da partícula gasosa pelo rotor aproxima-se de uma helicoidal cilíndrica 35

Ventiladores • Classificação quanto a modalidade construtiva 36

Ventiladores • Classificação quanto a forma das pás 37

Ventiladores • Velocidade específica n: Rotação (rpm) Q: vazão (l/s²) H: altura manométrica (mmca) 38

Principais Problemas • Desbalanceamento – O desbalanceamento caracteriza-se por um distribuição de massa em relação ao eixo de rotação do componente girante. 39

Principais Problemas • Rolamentos defeituosos – Possíveis causas para este tipo de problema são: • Lubrificação ineficaz • Desbalanceamento do rotor • Quebra das partes constituintes do rolamento 40

Principais Problemas • Pulsação do ar – O ventilador deve operar na área de estabilidade de sua curva de performance. O ventilador está subdimensionado para esta aplicação ou que a resistência do sistema é maior que a especificada na seleção do ventilador. 41

Principais Problemas • Eixo Empenado – Problemas na armazenagem ou na montagem do ventilador. • Sentido de Rotação Trocado – Baixo desempenho do ventilador ou fluxo invertido. 42

Aplicações 43

Aplicações

Aplicações

Resumão Energia Mecânica Energia Cinética Energia Potencial Inputs Vazão desejada Pressão desejada Peso específico do fluido Características químicas do fluido Equipamentos do sistema de ventilação Distancia a ser percorrida pelo fluido Outputs Vazão e pressão desejada do fluido 46

Compressores • Para que servem? Ao pressurizar o gás o mesmo pode: • Deslocar-se a longas distâncias em tubulações • Ser armazenado em reservatórios (acumular energia) • Realizar trabalho mecânico, atuando sobre dispositivos 47

Compressores 48

Compressores • Objetivo – O objetivo principal do compressor é transmitir a energia mecânica aos fluidos compressíveis de forma predominantemente de pressão Energia elétrica Combustão Manual Motor energia mecânica Compressor Fluidos compressíveis energia potencial de pressão 49

Compressores • Classificação dos Compressores – Compressores Volumétricos: • Alternativos • Rotativos – Palhetas – Lóbulos – Parafusos – Compressores Dinâmicos ou Turbo Compressores: • Centrífugos • Axiais 50

Compressores Volumétricos • Alternativos 51

Compressores Volumétricos • Alternativo 52

Compressores Volumétricos • Diagrama de Compressão 53

Compressores Volumétricos • Fases do Processo de Compressão: – 4 -1: Fase de Admissão: Ao se deslocar o pistão, a válvula de sucção abre, permitindo a entrada do volume Vd de gás no cilindro, na pressão P 1, a mesma do reservatório de sucção. – 1 -2: Fase de Compressão: Com as válvulas de sucção e descargas fechadas, o pistão comprime o gás. O gás ao atingir a pressão P 2, abre-se a válvula de descarga, permitindo a saída do gás para o reservatório de descarga. 54

Compressores Volumétricos – 2 -3: Fase de Descarga: O pistão desloca todo o gás que estava contido no cilindro para o reservatório de descarga a uma pressão constante P 2, igual à do reservatório. – 3 -4: Fase de Expansão: Quando o pistão se deslocar ligeiramente, haverá uma rápida expansão da pequena massa de gás no interior do cilindro. O gás ao atingir a pressão P 1, igual à do reservatório de sucção, a válvula de sucção se abre e cilindro recebe nova massa de ar e o ciclo se repete. 55

Compressores Volumétricos • Sistema de Selagem do Pistão 56

Compressores Dinâmicos ou Turbo-compressores • Centrífugos – Um compressor centrífugo aumenta a pressão do gás, acelerando-o enquanto ele escoa rapidamente através do impelidor, e convertendo posteriormente esse energia cinética em pressão pela passagem do gás em um difusor. – A operação desse compressor é portanto semelhante à de uma bomba centrífuga. Contudo, a diferença significativa na performance de ambos se deve ao fato do gás ser um fluido compressível. 57

Compressores Dinâmicos ou Turbo-compressores • Centrífugos de Múltiplos Estágios – Como a transferência de energia é limitada pela rotação admissível, freqüentemente há a necessidade de empregar compressores de múltiplos estágios ou até em série. 58

Compressores Dinâmicos ou Turbo-compressores • Principais Limitações – O compressor centrífugo de um modo geral tem ainda pressões limitadas, devido a: • • • Sistema de selagem do eixo, principal fator limitante; Velocidade máxima do gás ( menor que a velocidade do som); Estrutura mecânica do impelidor. 59

Compressores Dinâmicos ou Turbo-compressores • Diagramas 60

Compressores • Vantagens e Desvantagens Compressores Alternativos Turbo Compressores Capazes de operar com diferenças de pressão bastante altas Menor custo de instalação (devido aos menores esforços, as fundações não necessitam ser tão grandes como para os alternativos As propriedades do fluido pouco influem na sua performance Menor custo de manutenção Maior eficiência para rc > 2 por estágio Maior eficiência para rc < 2 por estágio Operam eficientemente em baixas vazões Maior relação capacidade x espaço ocupado 61

Compressores 62

Cuidados na Instalação • Tubulações para Compressores: – A tubulação de sucção de um compressor deve ser o mais curta possível e com o menor número possíveis de acidentes; – A tubulação de sucção deve ser drenável (separadores automáticos ou vasos coletores), para evitar a entrada de qualquer quantidade de líquido no compressor. – Filtros de admissão de ar devem ficar elevados (aproximadamente 2, 0 m acima do solo); 63

Cuidados na Instalação – Na tubulação de descarga deve haver uma válvula de segurança descarregando para área segura e, logo após, uma válvula de bloqueio; – Amortecedores de pulsação de saída devem ficar o mais próximo possível do compressor. – Devido as fortes vibrações nas linhas ligadas aos compressores alternativos, se necessário devem ser previstas ancoragens, amortecedores de vibração ou juntas de expansão especiais. 64

Resumão Energia Mecânica Energia Potencial (Pressão) Fluido Compressível Inputs Vazão desejada Pressão desejada Características do fluido compressível Detalhes da instalação (tubulação, válvulas, etc) Outputs Vazão e pressão desejada do fluido 65