Fundamentos da Bomba Centrífuga: Projeto, Operação e Usos

Na indústria atual, bombas centrífugas são um dos tipos mais comumente usados. É usada para transportar fluido pela conversão de energia cinética rotacional em energia hidrodinâmica do fluxo do fluido. Esta energia tipicamente vem de um motor ou motor elétrico.

Hoje você conhecerá a definição, funções, aplicações, componentes, classificações, tipos, história, diagrama e como a bomba centrífuga funciona. Também conhecerá as vantagens e desvantagens, bem como fatores a serem considerados ao selecionar uma bomba centrífuga.

O que é uma bomba centrífuga?

Como mencionado na introdução, uma bomba centrífuga é um dispositivo mecânico projetado para mover ou transportar fluido por meio da transferência de energia rotacional de um ou mais rotores acionados, conhecidos como rotores (impellers).

Bombas centrífugas são uma subclasse de turbomáquinas de absorção de trabalho axisimétricas dinâmicas. O fluido entra no rotor rotativo ao longo de seu eixo e é lançado para fora pela força centrífuga ao longo de sua circunferência através das pontas das pás do rotor. A eficácia do rotor aumenta a velocidade e a pressão do fluido, que também o direciona para a saída da bomba.

No projeto de uma bomba centrífuga, o corpo (casing) é capaz de restringir o fluido da entrada da bomba. Ele o direcionará para o rotor e então desacelerará e controlará o fluido antes de descarregar.

A primeira máquina considerada uma bomba centrífuga foi projetada para elevar lama. Apareceu no início de 1475 em um tratado do engenheiro renascentista italiano. A verdadeira bomba centrífuga foi desenvolvida no final do século XVII, quando Denis Papin construiu uma usando pás retas. Em 1851, John Appold, que era um inventor britânico, introduziu a versão de pás curvas. Esta é uma breve história de uma bomba centrífuga.

A função de uma bomba centrífuga é especificada para vazões mais altas e bombeamento de líquidos de viscosidade mais baixa. Faz isso até 0,1 cP. Na maioria das indústrias químicas

Aplicações de bomba centrífuga

Na maioria das plantas químicas, 90% das bombas usadas são bombas centrífugas. Embora haja várias aplicações para as quais bombas de deslocamento positivo são preferidas. Abaixo estão algumas aplicações de bombas centrífugas.

1. Bomba centrífuga é frequentemente usada em fábricas de petróleo e energia. É usada para bombear petróleo bruto, lama, lama, etc. Também é usada por refinarias e usinas de geração de energia.
2. A indústria de proteção contra incêndio também faz bom uso desta bomba em aquecimento e ventilação, aplicações de alimentação de caldeira. É usada em aumento de pressão e sistemas de aspersão de proteção contra incêndio.
3. Aplicações de uma bomba centrífuga são vastas em gestão de resíduos, agricultura e manufatura. Estações de tratamento de águas residuais, indústria municipal, drenagem, processamento de gás, irrigação e proteção contra enchentes.
4. Indústrias farmacêutica, química e alimentícia também usam esta bomba. Funciona em tintas, hidrocarbonetos, petroquímicos, refino de açúcar, produção de alimentos e bebidas, celulose.
5. Finalmente, várias indústrias incluindo manufatura, industrial, químicas, farmacêutica, produção de alimentos, aeroespacial, etc. Elas fazem uso de bombas centrífugas para o propósito de criogenia e refrigerantes.

Principais componentes de bomba centrífuga

Abaixo estão os principais componentes de uma bomba centrífuga.

Rotor (Impeller)

O diagrama abaixo mostra um diagrama completo de diferentes rotores, incluindo Aberto, Semi-Fechado e Fechado. É uma roda ou rotor projetado com uma série de pás ou lâminas curvas para trás. É montado em um eixo que é alimentado por uma fonte externa de energia. Esta fonte externa imprime energia líquida ao rotor, o que faz com que ele gire.

Corpo (Casing)

O corpo é outra parte principal de uma bomba centrífuga. É um tubo conectado na extremidade superior à entrada da bomba em direção ao centro do rotor. Esta parte também é conhecida como olho. Em bomba de reação de dupla extremidade, dois tubos de sucção são conectados ao olho de ambos os lados. O líquido é elevado através da extremidade inferior, pois é mergulhado nela. Esta extremidade inferior é equipada com válvula de pé e filtro. Os três tipos de corpo comumente usados em bombas centrífugas são corpo voluta, corpo vórtice e corpo com pás guia.

Tubo de recalque (Delivery Pipe)

Um tubo de recalque é montado na extremidade inferior da saída da bomba. Entrega o líquido à altura requerida. Há uma válvula próxima à saída da bomba no tubo de recalque. Esta válvula controla o fluxo da bomba para o tubo de recalque.

Tubo de sucção com válvula de pé e filtro

O tubo de sucção é conectado com a entrada do rotor, enquanto a outra extremidade é mergulhada na fonte de líquido. Na extremidade do tubo, há uma válvula de pé e filtro. Esta válvula de pé é uma válvula unidirecional que abre na direção ascendente. O filtro é usado para filtrar partículas indesejadas presentes no líquido para evitar o bloqueio da bomba centrífuga.

Diagrama de Bomba Centrífuga:

Classificações e tipos de bomba centrífuga

Abaixo estão as classificações de bomba centrífuga e seus tipos:

Classificação baseada no número de rotores na bomba:

1. Bomba de estágio único
2. Bomba de dois estágios
3. Bomba de múltiplos estágios

Baseado na orientação da divisão do corpo:

1. Bomba de divisão axial
2. Bomba de divisão radial

Baseado no tipo de design do rotor

1. Bomba de sucção única
2. Bomba de sucção dupla

Baseado no tipo de voluta

1. Bomba de voluta única
2. Bomba de voluta dupla

Baseado em onde o suporte do mancal

1. Sobressalente (overhung)
2. Entre mancais (between-bearing)

Baseado na orientação do eixo

1. Bomba horizontal
2. Bomba vertical

Baseado na conformidade com normas da indústria

1. Bomba ANSI – (Instituto Nacional Americano de Normas)
2. Bomba API – (Instituto Americano de Petróleo)
3. Bomba DIN – especificações DIN 24256
4. Bomba ISO – especificações ISO 2858, 5199
5. Bomba nuclear – especificações ASME (Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos)

Princípio de funcionamento

Como mencionado anteriormente, bombas centrífugas são usadas para induzir fluxo ou elevar líquido de nível baixo para alto. Seu funcionamento é muito simples e pode ser facilmente entendido porque tem um mecanismo muito simples. Bomba centrífuga converte energia rotacional que frequentemente obtém sua potência do motor. Esta energia é então usada para mover o fluido.

Existem duas partes importantes na bomba centrífuga responsáveis pela conversão de energia. Estas partes são rotor e corpo. O rotor foi explicado anteriormente como uma parte rotativa da bomba e a passagem hermética ao redor do rotor.

No funcionamento de uma bomba centrífuga, o fluido entra no corpo e então cai nas pás do rotor. O fluido cai no olho do rotor. O rotor é alimentado, girando tangencial e radialmente para fora até deixar o rotor para a parte difusora do corpo. À medida que o fluido passa pelo rotor, ganha tanto pressão quanto velocidade.

Assista ao vídeo abaixo para aprender mais sobre o funcionamento da bomba centrífuga:

Fatores que podem afetar o desempenho de uma bomba centrífuga

Os seguintes são fatores que podem afetar o desempenho de uma bomba centrífuga. Estes fatores devem ser considerados ao selecionar ou escolher uma bomba centrífuga.

Viscosidade do fluido de trabalho:

Isto pode ser definido como resistência ao cisalhamento quando energia é aplicada. Geralmente, bombas centrífugas são adequadas para fluidos de baixa viscosidade, porque a ação de bombeamento cria alto cisalhamento líquido.

Carga Líquida Positiva de Sucção (NPSH) e Cavitação:

O termo NPSH refere-se à pressão de um fluido no lado de sucção de uma bomba. Isso ajuda a determinar se a pressão é alta o suficiente para evitar cavitação. Cavitação é a formação de bolhas ou cavidades em um líquido, que se desenvolvem em áreas de pressão relativamente baixa ao redor de um rotor. Isso pode causar danos sérios ao rotor e levar a taxas de fluxo/pressão diminuídas. A carga líquida positiva de sucção disponível (NPSHA) deve ser maior que a carga líquida positiva de sucção requerida (NPSHR) da bomba.

Pressão de vapor do fluido de trabalho:

A pressão de vapor do fluido de trabalho significa a pressão a uma dada temperatura. Ou seja, a pressão na qual um fluido mudará para vapor. Isso deve ser determinado para que a cavitação seja evitada. Além disso, danos aos mancais são causados por funcionamento a seco quando o fluido evaporou.

Temperatura e pressão de operação:

Este é outro fator a ser considerado em operação de bombeamento. Por exemplo, bombeamento de alta temperatura pode exigir juntas, vedações e designs de montagem especiais. Além disso, um corpo de retenção de pressão adequadamente projetado pode ser necessário para condições de alta pressão.

Densidade específica e gravidade do fluido de trabalho:

A densidade de um fluido é determinada por sua massa por unidade de volume. Então, a massa por unidade de volume de um fluido e a gravidade de um fluido é a razão entre a densidade do fluido e a densidade da água. Isso afeta diretamente a potência de entrada necessária para bombear um líquido particular. Quando uma bomba centrífuga deve ser usada com um fluido diferente de água, deve-se considerar a densidade específica e gravidade. Isso porque o peso afeta diretamente a quantidade de trabalho realizada pela bomba.

Vantagens e desvantagens de bomba centrífuga

Vantagens:

Abaixo estão os benefícios das bombas centrífugas em suas diversas aplicações.

• Bombas centrífugas funcionam bem com grandes volumes de transferência de fluido – é por isso que é frequentemente usada para transferir água, produtos químicos e combustíveis leves. Isso porque uma grande quantidade é frequentemente transferida.
• Simplicidade no design, funcionamento e mecanismo. Bomba centrífuga não requer válvula e pistão e suas partes móveis são mínimas.
• Bombas centrífugas são comparativamente compactas. Com este conceito, a bomba não ocupa muito espaço. Acho que esta é uma das razões pelas quais a bomba centrífuga é amplamente usada.

Desvantagens:

Apesar das grandes vantagens das bombas centrífugas, algumas limitações ainda ocorrem. Abaixo estão as desvantagens das bombas centrífugas em suas diversas aplicações.

• A carga líquida positiva de sucção (NPSH) do sistema é muito baixa. Isso é conhecido como cavitação.
• Desgaste do rotor, que pode ser piorado por sólidos em suspensão.
• Propriedades do fluido podem causar corrosão dentro da bomba.
• Uma taxa de fluxo baixa causará superaquecimento.
• Vazamento ao longo do eixo rotativo.
• Bomba centrífuga deve ser preenchida com fluido a ser bombeado para operar; caso contrário, ocorre falta de priming.
• Fluido viscoso não pode ser usado
• Surto (surge)
• Para uma aplicação de altura muito alta, uma bomba centrífuga não é adequada.

Conclusão

Bomba centrífuga é uma ótima bomba amplamente usada hoje, oferece uma variedade de vantagens, embora algumas limitações ainda apareçam. No entanto, a bomba ainda é a melhor escolha para bombeamento em vários campos. Funciona usando corpo e rotor. Neste artigo, examinamos a definição, aplicações, função, componentes, classificações e tipos de bombas centrífugas. Também examinamos os fatores a serem considerados antes de escolher esta bomba. As vantagens e desvantagens da bomba centrífuga também foram discutidas.

Espero que tenha aprendido muito com este post. Se sim, compartilhe com outros estudantes técnicos. Obrigado por ler! Até a próxima.