Bomba centrífuga
Bomba centrífuga
Uma bomba é um dispositivo mecânico que ajuda a transferir líquidos de um ponto a outro. Elas são usadas em todo o mundo para usos domésticos e industriais. Os fabricantes de bombas oferecem vários tipos de bombas no mercado atual e a bomba centrífuga é um deles. Este artigo aborda a bomba centrífuga, seu princípio de funcionamento e os vários tipos disponíveis no mercado atualmente.
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O que é uma bomba centrífuga?
As bombas centrífugas são dispositivos mecânicos que convertem a energia mecânica de um impulsor em energia de pressão de um fluido. Normalmente, um motor elétrico é acoplado ao eixo da bomba para fornecer a energia mecânica necessária. Essas bombas se enquadram na categoria de bombas dinâmicas, que aumentam a energia cinética do fluido ao elevar a velocidade do fluxo. Como resultado, as bombas centrífugas geram fluxo e pressão de fluido de forma dinâmica, conferindo velocidade e pressão ao fluido por meio do impulsor.
A primeira bomba centrífuga foi inventada em 17th século. Em seguida, a bomba passou por uma série de melhorias em termos de configurações de lâminas, o que levou Denis Papin a introduzir uma bomba centrífuga com lâminas retas. No final do século, por volta de 1851, um renomado descobridor britânico, John Appold, inventou uma bomba centrífuga com palhetas curvas.
Partes de uma bomba centrífuga
Uma bomba centrífuga consiste nas seguintes partes principais: impulsor, voluta ou carcaça, eixo, tubulação de sucção, tubulação de descarga e mancais.
Figura 1: Os vários componentes de uma bomba centrífuga
Impulsor
O impulsor é um rotor que tem a função de aumentar a energia cinética e a pressão do fluido. Ele é equipado com uma série de palhetas curvadas para trás. Geralmente, é montado no eixo da bomba e alojado em um invólucro à prova d'água.
Eixo
O eixo é um componente mecânico rotativo apoiado em rolamentos. Suas principais funções são transportar o impulsor. Geralmente, ele é acoplado ao motor principal.
Voluta (carcaça)
A carcaça é uma passagem estreita de ar que envolve o impulsor. A carcaça funciona como um recipiente de contenção de pressão e tem portas de sucção e descarga. Ela contém o líquido e direciona o fluxo para a bomba por meio do tubo de sucção e para fora da bomba por meio do tubo de descarga.
Tubo de sucção
O tubo de sucção tem duas extremidades: uma delas é conectada à entrada da bomba, enquanto a outra mergulha na água. A extremidade inferior do tubo de sucção é equipada com uma válvula de pé para evitar o refluxo da água e um filtro para impedir a entrada de corpos estranhos no tubo.
Tubo de entrega
Assim como a tubulação de sucção, a tubulação de distribuição também tem duas extremidades, sendo que uma delas está conectada à saída da bomba e a outra distribui a água em uma altura projetada. O principal objetivo da tubulação de sucção é elevar o fluido até a área necessária
Rolamentos
O principal objetivo dos rolamentos é apoiar o eixo ou o rotor e alinhá-los corretamente com as extremidades fixas sob a ação de forças radiais e axiais. Eles também ajudam a conter o movimento relativo do rotor e a minimizar o atrito entre o eixo rotativo e o estator.
Princípio de funcionamento de uma bomba centrífuga
Esta seção descreveu o princípio de operação de uma bomba centrífuga. A operação de uma bomba centrífuga é regida pelo princípio do vórtice forçado, que afirma que, quando uma massa de fluido gira devido a uma força aplicada, a pressão do fluido aumenta. O aumento resultante na cabeça de pressão leva à transferência do fluido de um ponto a outro. O aumento da carga de pressão é diretamente proporcional à velocidade do fluido. Portanto, a cabeça de pressão será maior na saída da bomba e, portanto, o fluido será descarregado a uma pressão maior. A força centrífuga, que é igual à mudança no momento angular do rotor, faz com que o fluido flua dentro da carcaça da bomba, convertendo a velocidade cinética do fluido em pressão. O funcionamento da bomba centrífuga segue os seguintes estágios:
- Em primeiro lugar, o rotor é acionado mecanicamente por meio de um motor elétrico ou motor. O impulsor é acoplado diretamente ao motor elétrico por meio de um eixo e gira na mesma rotação que o motor.
- Quando o impulsor começa a girar, é criado um vácuo dentro do olho do impulsor e isso faz com que a água entre no impulsor axialmente.
- Quando a água atinge as pás do impulsor, a força centrífuga que atua sobre as pás gira a água radial e axialmente para fora até que ela passe por todos os seus componentes e seja empurrada contra a carcaça da bomba
- Na voluta da bomba, a água é girada na mesma velocidade do impulsor, e a energia cinética da água é convertida em uma carga de pressão antes que a água saia da carcaça e entre no tubo de distribuição.
Tipos de bombas centrífugas
bomba centrífuga de estágio único
Esse é um tipo de bomba centrífuga que consiste em um impulsor em sua carcaça. Devido ao seu projeto simples, uma bomba centrífuga de estágio único é muito fácil de manter. A bomba é mais adequada para aplicações que envolvem baixa pressão de fluido e grandes vazões de fluido.
Bomba centrífuga de múltiplos estágios
Esse tipo de bomba centrífuga tem três ou mais impulsores. Nessa bomba, o fluido passa por várias câmaras de líquido conectadas em série. A pressão do fluido aumenta a cada estágio da bomba. Ao entrar na primeira câmara, o fluido está na pressão de sucção e está em uma pressão muito mais alta ao sair da câmara. Essa pressão do fluido aumenta ainda mais quando o fluido entra na segunda câmara e assim por diante. Esses tipos de bombas são altamente aplicáveis a fluxos de alta pressão.
Bomba centrífuga horizontal
Uma bomba centrífuga horizontal é caracterizada por um eixo e um impulsor orientados horizontalmente, normalmente entre os mancais da bomba. Essa bomba pode ser facilmente acoplada a um motor principal (turbina, motores elétricos ou motor). Ela também é mais fácil de instalar e manter. No entanto, ela tem um NPSH (altura líquida de sucção positiva) limitado e baixa temperatura e pressão de trabalho. Devido à sua baixa altura livre, as bombas centrífugas horizontais são mais bem aplicadas em aplicações internas em que o espaço vertical é limitado.
Bomba centrífuga vertical
Uma bomba centrífuga vertical consiste em um eixo orientado verticalmente que é dividido radialmente e saliente. Ela tem um NPSH variável, portanto, é adequada para uma ampla gama de aplicações. No entanto, as bombas centrífugas verticais são difíceis de instalar e manter porque exigem muito espaço livre. O eixo suspenso também causa desafios em alta pressão de sucção, pois se torna difícil equilibrar o impulso axial.
Bomba centrífuga criogênica
Esse é um tipo de bomba centrífuga usada para movimentar refrigerantes e gases industriais liquefeitos, ou seja, argônio líquido, oxigênio líquido e nitrogênio líquido. Elas formam um componente importante para processos que envolvem gases industriais puros e mistos. O projeto de uma bomba centrífuga criogênica também inclui um tipo de bomba de estágio único com um único impulsor e um tipo de bomba de estágio múltiplo com vários impulsores. Elas são projetadas para condições operacionais de temperatura extremamente baixa. Portanto, são caracterizadas por vedações herméticas para reduzir o vazamento de calor do motor. Isso também ajuda a evitar a contaminação do fluido criogênico pelo fluido do processo. Eles são usados em aplicações como o resfriamento de cabos ou ímãs supercondutores de alta temperatura.
Bomba centrífuga monobloco
Esse tipo de bomba centrífuga apresenta um motor elétrico e uma bomba centrífuga em um único bloco de constrição, daí o nome bomba centrífuga monobloco. Essa bomba pode funcionar em sucção negativa, ou seja, a bomba é mantida acima do nível da água, ou em sucção positiva, ou seja, a bomba é mantida abaixo do nível da água, mas não submersa. No entanto, a aplicação da bomba centrífuga monobloco em sucção negativa é limitada pela elevação da sucção - um gradiente de pressão negativa que existe entre o nível da superfície da água e o centro hidráulico da bomba
Bomba centrífuga de aço inoxidável
Esses tipos de bombas centrífugas são feitos de componentes construídos em um material de aço inoxidável. Elas são amplamente usadas nos setores agrícola, doméstico e industrial para aumentar a pressão da água, filtrar a água e arejar lagos e fontes. Como todos os componentes da bomba são construídos com material de aço inoxidável (por exemplo, SS 304 ou 316), as bombas têm uma resistência muito alta à corrosão, portanto, são adequadas para uso com água limpa, processamento de laticínios e produção de alimentos e bebidas. Além disso, essas bombas também podem resistir a situações que poderiam danificar as bombas convencionais, por exemplo, produtos químicos e ambientes agressivos. Portanto, elas podem ser usadas para transferir produtos químicos e resistir a danos causados por ácidos.
Vantagens de uma bomba centrífuga
As bombas centrífugas oferecem uma infinidade de benefícios em suas aplicações industriais. Esses benefícios incluem
- Simplicidade no design e facilidade de controle
- Adequado para grandes descargas e cabeçotes menores
- Exigem manutenção mínima
- Adequado para grandes quantidades de água e grandes vazões
- fornece uma saída estável e consistente
- Pode operar em uma ampla gama de taxas de fluxo
- Eles não apresentam problemas de vazamento. Isso se deve ao fato de não conterem vedações de acionamento
- Não há chance de transferência de calor, portanto, não há problema de transferência de calor.
- São adequados para fluidos perigosos
- Eles são livres de pressão externa. A presença do acoplamento magnético ajuda a evitar a ocorrência de pressão externa.
- Eles têm excelente eficiência operacional
Desvantagens de uma bomba centrífuga
Uma bomba centrífuga tem suas desvantagens e, abaixo, destacamos algumas das desvantagens de usar uma bomba centrífuga
- A bomba pode superaquecer
- Pode sofrer perda de energia devido ao acoplamento magnético
- Uma carga intensa pode fazer com que a bomba falhe
- A bomba é propensa à ferrugem, o que pode causar danos.
Aplicações da bomba centrífuga
As bombas centrífugas são as preferidas para a maioria das atividades de transferência de fluidos em vários setores. Alguns dos setores em que as bombas centrífugas são mais amplamente aplicadas incluem agricultura, mineração, estações municipais de tratamento de esgoto, petróleo, química e petroquímica, energia e petróleo e muitos outros. Os usos mais comuns das bombas centrífugas são os seguintes:
- Bombeamento de água
- suporte a equipamentos de proteção contra incêndios industriais
- Regulação da água quente
- Abastecimento de água residencial e industrial
- aumento de pressão
- Fabricação de alimentos e bebidas
- Descarte de esgoto/lama
- fabricação de produtos químicos
Solução de problemas de bombas centrífugas
Às vezes, falhas no sistema da bomba podem fazer com que uma bomba centrífuga não funcione adequadamente. A seguir estão alguns dos guias do fabricante sobre como rastrear e corrigir problemas mecânicos comuns em uma bomba centrífuga.
Pouca ou nenhuma descarga
- O impulsor pode estar danificado (substitua o impulsor se estiver danificado)
- O impulsor está entupido (limpe o impulsor).
- A carcaça não é preenchida com água em um primeiro momento. A solução é encher a carcaça. Esse processo também é conhecido como escorva da bomba
- A altura total está muito alta. A ação corretiva é reduzir a sucção
- Vazamento na junta da carcaça. A solução é substituir a gaxeta
- O fluxo da bomba é maior do que a capacidade do poço.
- Vazamento de ar na linha de sucção (substitua ou conserte o sistema de tubulação usando um composto de vedação de tubos)
- a pressão de entrada é insuficiente (adicione mais água para aumentar a pressão de entrada)
- A válvula de sucção ou descarga está fechada (verifique se as válvulas estão abertas).
A bomba vibra e produz ruído excessivo
- A elevação de sucção é muito alta (reduza a elevação de sucção)
- o impulsor está danificado ou desgastado (substitua o impulsor)
- Os rolamentos do motor estão desgastados (substitua os rolamentos)
- presença de material estranho na bomba (desmonte a bomba e limpe-a)
- A placa de montagem e a fundação não têm rigidez suficiente (reforce a fundação, monte a bomba com firmeza)
A bomba não dá partida nem funciona
- Deficiências na fiação da bomba, ou seja, conexões soltas ou fiação quebrada (conserte qualquer conexão solta, substitua o fio quebrado e certifique-se de que a fiação da bomba esteja de acordo com o diagrama de fiação do motor)
- O disjuntor está aberto ou o fusível está queimado (reinicie o disjuntor, substitua o fusível)
- o motor está resolvido
- Presença de um circuito aberto na sobrecarga térmica (deixe a bomba esfriar, verifique o motivo da sobrecarga e reinicie a bomba)
A bomba não desenvolve pressão
- Não há água de escorva na carcaça (encher a carcaça da bomba)
- vazamento nos selos mecânicos (substitua os selos)
- A linha de descarga está fechada e o ar de escorva não consegue encontrar a saída (abra a linha de descarga)
- vazamento na válvula de pé ou na válvula de retenção (substitua as válvulas)
Vazamento da bomba no eixo
- Os selos mecânicos estão desgastados (substitua os selos)
O motor superaquece e desliga
- incompatibilidade entre a tensão do motor e a tensão de alimentação da linha (verifique a tensão de alimentação do motor em relação à especificação de tensão na placa de identificação)
- Colisão entre o impulsor e a carcaça da bomba ou falta de rotação livre do impulsor (desmonte a bomba, alinhe o impulsor ou substitua-o)
- Uso de fios de tamanho inadequado (use os códigos elétricos nacionais para obter um guia preciso sobre tamanhos de fios e dispositivos de proteção de circuitos)
Perda de sucção
- Tubo da mangueira de escorva com defeito
- Elevação de sucção muito alta (diminua a elevação de sucção)
- O filtro, o pé e as válvulas de retenção estão entupidos (desentupir)
- A cabeça de sucção ou a pressão de entrada é insuficiente (aumente a contrapressão ou a pressão de entrada adicionando mais água ao tanque)
- válvula de pé ou válvula de retenção com defeito
Resumo
Uma bomba centrífuga é um tipo comum de bomba para a transferência de fluidos. Ela converte a energia mecânica de um impulsor em energia de pressão do fluido. As bombas centrífugas são classificadas como tipos de bombas dinâmicas. São bombas em que a energia cinética de um fluido é aumentada pelo aumento da velocidade do fluxo. Há muitos tipos de bombas centrífugas, incluindo bombas centrífugas de estágio único, de estágio múltiplo, horizontais e verticais, e muitas outras. As partes principais de uma bomba centrífuga incluem o impulsor, a carcaça, a tubulação de sucção e a tubulação de distribuição. As bombas centrífugas funcionam com base no princípio do vórtice forçado, em que o aumento da energia cinética do fluido devido às forças aplicadas aumenta a partir da cabeça de pressão do fluido. Uma bomba centrífuga é o tipo de bomba mais considerado tanto para residências quanto para usos industriais. As aplicações comuns das bombas centrífugas incluem bombeamento de água, suporte a equipamentos industriais de proteção contra incêndio, regulagem de água quente, aumento de pressão, descarte de esgoto/lama, fabricação de alimentos e bebidas e fabricação de produtos químicos.
As bombas centrífugas oferecem muitos benefícios em seus usos domésticos e industriais, incluindo um projeto simples e compacto, necessidade mínima de manutenção, saída estável e consistente, capacidade de operar em uma ampla gama de taxas de fluxo, grande descarga com uma cabeça menor e excelente eficiência operacional. No entanto, eles também têm várias desvantagens, incluindo superaquecimento, perda de energia devido ao acoplamento magnético e a ocorrência de falhas devido à carga intensa. Para a operação rotineira das bombas centrífugas, é necessário algum conhecimento sobre a solução de problemas da bomba. Este documento orienta sobre como identificar e solucionar vários desafios operacionais da bomba, incluindo a bomba que está dando pouca vazão, que não está descarregando, a bomba que está vibrando e produzindo ruído excessivo, o superaquecimento e o desligamento do motor da bomba, entre outros.