domingo, 19 de junho de 2011

EXEMPLO DE ESCOAMENTO NA INDUSTRIA


Bombas
Para deslocar um fluido ou mantê-lo em escoamento é necessário adicionarmos energia,  o equipamento capaz de fornecer essa energia ao escoamento do fluido é  denominamos de Bomba. 
Figura 1: Exemplo de bomba
Tipos de Bombas
Existem dois tipos de bombas, as de deslocamento positivo, que podem ser alternativas e rotativas, e bombas centrifugas.
Bombas de Deslocamento Positivo
As bombas de deslocamento positivo impelem uma quantidade definida de fluido em cada golpe ou volta do positivo e o volume do fluido é proporcional a velocidade
Bombas Alternativas
Nestas bombas acontece um movimento de vai e vem de um pistão cilíndrico que resulta num escoamento intermitente. Para cada golpe de pistão, um volume fixo do liquido é descarregado na bomba. A taxa de fornecimento do liquido é função do volume varrido pelo pistão no cilindro e o número de golpes do pistão por unidade de tempo.
Figura 2: Exemplo de bomba alternativa.

Figura 3: Principio da bomba alternativa.
Aplicações das Bombas Alternativas:
- bombeamento de água de alimentação de caldeiras, óleos e de lamas;
- imprimem as pressões mais elevadas dentre as bombas;
- Podem ser usadas para vazões moderadas;
Vantagens
- podem operar com líquidos voláteis e muito viscosos;- capaz de produzir pressão muito alta;
Desvantagens
- Produz fluxo pulsante;
- Capacidade de intervalo limitado;
- Opera com baixa velocidade;
- precisa de mais manutenção;
Bombas Rotativas
As Bombas Rotativas depende de um movimento de rotação que resulta em um escoamento continuo.
O rotor da bomba provoca uma pressão reduzida no lado da entrada, o que possibilita a admissão do líquido à bomba, pelo efeito da pressão externa. À medida que o elemento gira, o líquido fica retido fica retido entre os componentes do rotor e a carcaça da bomba.
Figura 4: principio de funcionamento de uma bomba rotativa.
Características:
- Provocam uma pressão reduzida na entrada (efeito da pressão atmosférica), e com a rotação, o fluido escoa pela saída;
- Vazão do fluido: função do tamanho da bomba e velocidade de rotação, ligeiramente dependente da pressão de descarga;
- Fornecem vazões quase constantes;
- Eficientes para fluidos viscosos, graxas, melados e tintas;
- Operam em faixas moderadas de pressão;
- Capacidade pequena e média;
- Utilizadas para medir "volumes líquidos".
Tipos:
- Engrenagens (para óleos);
- atuada externamente (as duas engrenagens giram em sentidos opostos);
- atuada internamente (só um rotor motriz);
- Rotores lobulares: bastante usada em alimentos;
- Parafusos helicoidais (maiores pressões);
- Palhetas: fluidos pouco viscosos e lubrificantes;
- Peristáltica: pequena vazão permite transporte asséptico.
Usos:
As bombas rotativas costumam ser de grande utilidade nas indústrias farmacêuticas, de alimentos e de petróleo.
Bomba Centrifuga
Características:
- Opera com vazão constante;
- Simplicidade de modelo;
- Muito utilizadas na indústria: pequeno custo inicial, manutenção barata e flexibilidade de aplicação;
- Permite bombear líquidos com sólidos em suspensão;
- Vazão desde 1 Gal/min até milhares galões/min, e centenas psi;
- Constitui em duas partes: carcaça e rotor;
- O fluido entra nas vizinhanças do eixo do rotor e é lançado para a periferia pela ação centrífuga.
Energia Cinética:
Aumenta do centro para a periferia do rotor (ponta das palhetas propulsoras). Esta energia cinética é então convertida em pressão quando o fluido sai do rotor para a carcaça espiral (voluta ou difusor).
A bomba centrifuga transforma energia mecânica em energia cinética.
Bomba centrifuga com Difusor:
O fluido escoa através de uma série de palhetas fixas que formam um anel difusor. Isso aumenta a conversão da energia cinética em energia de pressão (mais do que na bomba de voluta simples). 
 Figura 5: Escoamento dentro de uma bomba centrífuga.

Rotor:
É o coração da bomba. É constituído de diversas palhetas ou lâminas conformadas de modo a proporcionarem um escoamento suave do fluido em cada uma delas. Existem 3 diferentes tipos de rotores:
Rotor Fechado: Para líquidos que sem partículas em suspensão.
Rotor Semiaberto: Incorpora uma parede no rotor para prevenir que matéria estranha se aloje no rotor e interfira na operação.
Rotor Aberto: Palhetas montadas sobre o eixo. Vantagem: líquidos com sólidos em suspensão. Desvantagem: sofrer maior desgaste.
Figura 8: Diferentes tipos de rotores.
Operação:
A bomba centrífuga geralmente opera a velocidade constante e a capacidade da bomba depende somente da pressão total do projeto e das condições de sucção.
Condições ótimas de utilização das bombas
Todas as bombas têm condições ótimas de utilização, ou seja, são mais adequadas para um determinadotipo de fluido, em uma faixa de pressão e a uma dada vazão volumétrica.
As bombas alternativas de pistão só podem ser utilizadas para deslocamento de fluidos clarificados e limpos, não podendo manusear fluidos abrasivos. São utilizadas para altas pressões, que somente são alcançadas para esses tipos de bombas, porém fornecem baixas vazões.
As bombas rotativas são especificamente indicadas para fluidos viscosos, porém não abrasivos. Por isso são usadas, especialmente, com sucos concentrados, chocolate e geléias.
As bombas centrífugas são construídas de modo a fornecerem uma ampla faixa de vazões, desde uns poucos l/min até 3.104 l/min. As pressões de descarga podem atingir algumas centenas de atmosferas. Elas trabalham com líquidos límpidos, líquidos com sólidos abrasivos ou ainda, com alto conteúdo de sólidos, desde que o líquido não seja muito viscoso (500 centi-Stokes).
1 Stoke = 100 centistokes = 1 cm2/s = 0.0001 m2/s).
Compressores Centrífugos
Os compressores de fluxo centrífugo se caracterizam porque o escoamento entra no rotor paralelo ao eixo e sai dele perpendicular ao mesmo. Eles são utilizados nos sistemas de turbocompressão em motores alternativos (de combustão interna a pistão). Embora, são também utilizados em certo tipo de turbinas a gás, particularmente aquelas de menor potência.
Os compressores centrífugos são mais adequados quando se precisa trabalhar numa faixa mais ampla de fluxo mássico (variável), sem mudar a rotação. Este tipo de compressor é mais adequado para baixas pressões, razões de pressão de 4:1 são as mais comuns neles. Novos desenvolvimentos na forma das pás e a utilização de ligas de titânio permitiram chegar até razões de pressão de 8:1 em compressores centrífugos de um único estágio.
Um compressor centrífugo consta de quatro partes: entrada, rotor, estator ou difusor e coletor (em alguns casos o coletor pode não existir). A entrada pode (ou não) possuir palhetas fixas que direcionem o escoamento. O rotor possui palhetas com formato característico. O estator tem por missão frear o escoamento e transformando a energia cinética em energia de estagnação. O coletor atua como um acumulador de ar pressurizado (absorve flutuações de pressão)
Figura 14: Esquema de um compressor centrífugo.
Figura 15a: boca de entrada do ar no Compressor Centrifugo.
Figura 15b: Detalhe do compressor, observar o formato das pás, e o raio do tubo central.

O tamanho do tubo central vai aumentando a medida que o ar vai sendo comprimido e avança ao longo do eixo. As pás, em troca, vão sendo cada vez de menor tamanho.
Centrifugo de Fluxo Radial:
O gás escoa através do olho do rotor, acelerado radialmente, saindo com um aumento da velocidade, da periferia ao difusor (variação da energia cinética para energia de pressão).

Figura 106: Compressor centrífugo integrado, multiestágio
Rotores de Compressores centrífugos:
As palhetas do rotor podem ter diferentes desenhos, a sua missão é a de dar energia cinética ao fluído e também mudar a direção do escoamento em direção perpendicular ao eixo, daí a forma característica destes rotores.

Figura 18: Rotores de Compressores centrífugos, utilizados em motores de combustão interna
Referencias
www.fem.unicamp.br~em672Aulas%252015-16%2520-2003%2520 %2520compressores%2520alternativos.pdf+compressores+aula&cd=4&hl=pt-BR&ct=clnk&gl=br
http://www.ebah.com.br/bombas-e-compressores-ppt-a8605.html#
Internal Combustion Engines Fundamentals”, de John H. Heywood, McGraw – Hill International Editions, 1988.
http://www.ebah.com.br/bombas-e-compressores-ppt-a8605.html
PORTO, Rodrigo de Melo. Hidráulica Básica. 4ª Edição. EESC USP.
http://br.monografias.com/trabalhos/fluidodinamica/fluidodinamica.shtml

Nenhum comentário:

Postar um comentário