Bombas e Turbinas: Princípios, Tipos e Aplicações

1. Quais as principais diferenças entre uma turbina Pelton, Francis e Kaplan? Deve-se abordar o principio de funcionamento, as características construtivas e de instalação.Francis: - Funcionamento: Em uma turbina Francis, água sob pressão entra por um duto circular de seção decrescente, onde é desviada por um conjunto de pás estáticas para um rotor central. Ao sair, a água empurra outro conjunto de pás fixas, convertendo a sua energia de pressão em energia cinética. A potência mecânica extraída da agua é transmitida para as pás da turbina. - É um tipo de turbina em que o fluido pode escoar radialmente ou de forma mista dependendo do rotor utilizado. Entre os rotores Francis radiais, temos o lento (baixo rpm e alto torque) e o normal (médio rpm e médio torque). O rotor Francis para escoamento misto é o rápido (alto rpm e baixo torque). Resposta da 2- Ela é considerada uma turbina motora de reação, ou seja, ela é responsável por converter a energia do fluido em um outro tipo de energia (cinética no caso da turbina). Para fazer essa conversão, utiliza-se canais entre as pás do rotor com a forma de injetoras, causando uma redução da energia de pressão do fluido ao passar pelo rotor. - Utilizado para vazões e quedas médias, lembrando que o rendimento é muito afetado por variações de vazão de água. Kaplan:-Funcionamento: A turbina Kaplan é considerada a evolução da turbina Francis, sendo que a principal diferença construtiva está no rotor que se assemelha a uma hélice propulsor de um navio. A conversão de energia do fluido em energia cinética da turbina ocorre nos canais formados entre as pás fixas e também nos canais formados entre as pás solidárias ao rotor. Nesse caso, essas pás solidárias ao rotor são ajustáveis, ou seja, o ângulo das pás móveis pode ser regulado, o que oferece grande flexibilidade operacional e ajuda a manter a eficiência quando existe variações na vazão da água.  - Turbina motora de reação- O escoamento da água é na direção axial- Utilizado para baixa quedas e grandes vazõesPelton: -Funcionamento: O torque da turbina é gerado pela ação de um jato de fluido saindo de um bocal injetor e incidindo sobre a pá de dupla concha do rotor. Essas pás são presas na periferia de um disco que gira em torno de um eixo após o impacto do fluido. Ela possui um pico de potência, dado quando a razão entre a velocidade da pá pela velocidade do jato é igual a 0,5. - Escoamento tangencial- Turbina motora de ação, ou seja, ela utiliza canais para apenas desviar o fluxo do fluido para converter sua energia mecânica em energia cinética da turbina.- Utilizado para grandes quedas e pequenas vazões 4. Qual a influencia de Beta sobre a energia predominante da bomba?Beta (ângulo entre a velocidade do fluido com relação as pás W e menos a velocidade tangencia da pá -U) 6. Como funciona um carneiro hidráulico?O carneiro hidráulico é um mecanismo que usa o golpe de aríete para bombear água. O golpe de aríete são as variações de pressão causados pelas variações de vazão, que seriam perturbações ao fluxo do liquido por exemplo.Inicialmente, para pequenos valores de velocidade, o fluido tende a sair livremente pela válvula de escapamento (V). Ao aumentar a velocidade até um valor específico, o escoamento para fora dessa válvula é impedido bruscamente (a força do próprio liquido é capaz de fechar a válvula). Essa mudança brusca de vazão causa um pico de pressão que impulsiona a água em sentido contrário, obrigando-o a passar pelo tubo de recalque e, portanto, fazendo a água sair a uma altura maior do que a inicial, transformando energia cinética em potencial. Após o golpe, a válvula é aberta devido a menor força e velocidade do fluido sobre essa válvula, reiniciando o processo. Esse golpe de aríete é capaz de elevar a água na proporção de 1:10, ou seja, para 1 metro de queda, eleva-se 10 metros. Vantagens:- Rendimento relativamente elevado (50-80%). - Barato e Simples (300R$)- Trabalha 24 horas por dia utilizando apenas a energia do fluido- Gastos com manutenção são praticamente desprezíveis.Desvantagens: Perde-se 2/3 da água pelo golpe de aríete.Barulhento.Eficiencia cai a medida que aumenta a altura de elevação.Vazão pequena.Restrições quanto a montagem e instalação. 5

1. O que diferencia bombas de deslocamento positivo das turbobombas (bombas centrifugas)? Bombas de deslocamento positivo: São bombas que aumentam a energia de pressão do fluido a partir da descarga pulsante desse fluido. No seu movimento o êmbolo se afasta do cabeçote provocando a aspiração do fluido através de uma válvula de admissão. Na etapa de retorno o fluido é comprimido obrigando o fluido a sair pela válvula de descarga. Seu funcionamento é pulsante já que o fluido fica confinado no cilindro durante a aspiração. Estas bombas podem ter um ou vários cilindros. Elas normalmente são usadas para altas pressões ou quando se deseja uma vazão constante. Essas bombas podem ser classificadas como alternativas (como a diafragma e pistão) ou rotativas (como a de engrenagens e de palhetas). Turbobombas: São bombas que proporcionam energia de pressão através de um rotor onde transmite energia ao fluído através da força centrífuga. Diferentemente das de deslocamento positivo, não há um volume confinado na turbobomba. Elas não conseguem bombear líquidos muito viscosos nem trabalhar com altas pressões com grande eficiência.  

2. Principais vantagens e desvantagens das turbobombas:Vantagens:-Fluido é descarregado a uma pressão uniforme, sem pulsação.-Pode bombear líquidos com sólidos.-Pode ser acoplado diretamente a motores.-A linha de descarga pode ser parcialmente ou completamente fechada sem danificar a bomba. Desvantagens:-Não servem para pressões muito altas.-Não bombeia líquidos muito viscosos (

3. Cite as principais vantagens e desvantagens das turbinas Kaplan, Francis e Pelton:Pelton: aplicada para pequenas vazões e grandes quedas (grande variação de potência sem perda de rendimento; mais fácil evitar sobre pressões; manutenção mais fácil; menor risco de abrasão). Equipamento grandeFrancis: aplicada para médias vazões e quedas médias (menor espaço de instalação; maior velocidade de rotação; rendimentos mais altos para maiores potências, menor custo de turbina). Desgaste rápido se o fluido tiver particular solidas ou quando o fluido não for limpo. A escolha certa do rotor ameniza isso.Kaplan: aplicada para grandes vazões e pequenas quedas (Bons rendimentos em ampla gama de potência e que dá maior velocidade de rotação). Mais caro devido as pás ajustáveis e manutenção mais cara

4. Nas turbinas Francis, qual a vantagem de usar um rotor geminado?A entrada é bilateral, dividindo o fluxo em cada lado do rotor. Isso equilibra a pressão e assim vai ter melhor rendimento equivalente a dois rotores em paralelo.

5. Qual é a função do difusor nas bombas centrífugas?Transformar a energia cinética dos líquidos em energia de pressão e coletar o líquido expelido do rotor e encaminhá-lo a tubulação de recalque.

Cite pelo menos 3 tipos de bombas e suas principais características: Bomba de Engrenagem: Essa bomba rotativa de deslocamento positivo consiste de uma carcaça com orifícios de entrada e de saída, e de um mecanismo de bombeamento composto por 2 engrenagens. Uma dessas engrenagens é a motora, responsável por transmitir potência, e a outra é a engrenagem movida. O fluido entra nessa bomba devido ao vácuo criado pelo desengrenamento dos dentes. Depois ela será conduzida para o espaço existente entre os dentes e a carcaça (como se fosse uma câmara). Ao sair dessa câmara, o fluido é forçado para a abertura de saída quando os dentes se engrenam novamente. Vantagens: eficiente e simple. Compacta e leve p capacidade. Resistente a cavitação. Aguenta alta pressao. Tolerancia a contaminacao do sistema. Compatibiladade varios fluidos. Resistente a baixas T. Desvantagem: Não gera uma grande vazão Bomba de Palheta: À medida que o rotor é girado, as palhetas móveis são expulsas pela ação da força centrífuga, com isso, sempre mantendo contato com o anel externo fixo. Com isso, são criadas câmaras de tamanhos diferentes dentro da bomba (tamanho menor para as palhetas próximos ao anel e tamanho maior para as palhetas longe do anel). O fluido entra onde tem as câmaras maiores. A medida que as palhetas rodam e retraem, as câmaras ficam cada vez menores. Ao chegar na saída, as câmaras vão estar tão pequenos que isso acaba forçando o fluido a sair pela abertura de saída devido a maior pressão. Vantagens: baixo ruido. Grande tolerancia a contaminação do sistema. Fornece vazao mais uniforme de oleo minimizando oscilacoes na linha. Desvantagens: complexidade. Nao e bom alta pressao. Nao suporta fluidos muitos viscosos. Bomba de Pistão: Uma bomba de pistão axial é uma bomba de deslocamento positivo que tem um número de pistões em uma disposição circular dentro de um bloco de cilindros. O fluido é deslocado pela subida e descida desses pistões. Vantagens: baixo ruido. Compensação de pressão. Sensoriamento de carga. Baixa pressao de alivio. Bomba diafragma/ de embolo: tp de bomba de deslocamento positivo, geralmente alternativo, na qual o aumento de pressao se realiza pelo empurrar de uma parede elastica – mambrana ou diafragma- que variam o volume da camara, aumentando e diminuindo laternativamente.Bombas Centrifugas: São bombas que proporcionam energia de pressão através de um rotor onde transmite energia ao fluído através da força centrífuga. Diferentemente das de deslocamento positivo, não há um volume confinado na turbobomba. Elas não conseguem bombear líquidos muito viscosos nem trabalhar com altas pressões com grande eficiência.

O que são bombas de deslocamento positivo?  São bombas que aumentam a energia de pressão do fluido a partir da descarga cíclica desse fluido. No seu movimento o êmbolo se afasta do cabeçote provocando a aspiração do fluido através de uma válvula de admissão. Na etapa de retorno o fluido é comprimido obrigando o fluido a sair pela válvula de descarga. Estas bombas podem ter um ou vários cilindros. Elas normalmente são usadas para altas pressões ou quando se deseja uma vazão constante. Essas bombas podem ser classificadas como alternativas (como a diafragma e pistão) ou rotativas (como a de engrenagens e de palhetas).

O que é uma turbina de ação e reação?Turbina de ação:Turbina motora de ação, ou seja, ela utiliza canais para apenas desviar o fluxo do fluido para converter sua energia mecânica em energia cinética da turbina.Turbina de Reação:Turbinas que convertem a energia do fluido em um outro tipo de energia (cinética no caso da turbina) utilizando canais entre as pás do rotor com a forma de injetoras, causando uma redução da energia de pressão do fluido ao passar pelo rotor.

Quais as vantagens e desvantagens de uma bomba axial?Axial ou helicoidais: quando o escoamento se desenvolve de forma paralela ao eixo e são especificadas para grandes vazões - dezenas de m³/s - e médias alturas - até 40 m. Vantagens: Bombeamento de diversos fluidos; utilizados para grandes vazões. Desvantagens: baixas elevações (pequenas alturas); custos elevados.

Qual a diferença entre uma bomba afogada e uma bomba submersa? Existe alguma vantagem ao escolher uma bomba e não outra?Uma bomba afogada é aquela em que o reservatório de aspiração está posicionado em uma altura acima da altura da bomba. Já a bomba submersa, ela trabalha dentro de um reservatório. Um exemplo de bomba submersa seria a bomba sapo.       É melhor utilizar uma bomba submersa em locais de difícil acesso, como um poço artesiano. No entanto, como o local é de difícil acesso, a manutenção desse equipamento é difícil.    A vantagem de utilizar uma bomba afogada é que a gravidade ajuda na aspiração do fluido. Então é bom utilizá-la quando se tem grandes recalques (Q>100L/s).

Quais os tipos de rotores para bombas centrifugas? Em uma aplicação em que você deseja usar uma bomba centrifuga para elevar petróleo, qual tipo de rotor você usaria e porquê?Rotor Fechado: As pás estão compreendidas entre 2 discos e é considerada a mais eficiente. Utilizado para fluidos limpos pois qualquer partícula que incidir nesse rotor vai bater no disco e na coroa em todos os lados, além de ser fácil obstruir a passagem do fluido. Usa para agua potavel. Rotor Semi-Aberto: é um rotor com apenas um disco com as pás fixadas. Utilizado em fluidos pouco abrasivos. Rotor Aberto: Rotor onde não existe a coroa circular. Utilizado para líquidos muito abrasivos (como o petróleo)

Qual a diferença entre usar bombas em paralelo ou bombas em série? Explique em termos de aplicação, elevação e vazão. Bombas em paralelo:Este sistema é utilizado quando se necessita variar muito a vazão ou quando se quer um sistema de segurança adicional.Características: 1) A vazão é alterada. 2) A pressão é aumentada. 3) Altura manométrica se mantém praticamente constante. Vantagens:- O emprego de bomba em paralelo permitirá uma vantagem operacional de que havendo falha no funcionamento em uma das bombas, não acontecerá a interrupção completa do processo e, sim, apenas uma redução da vazão bombeada pelo sistema. No caso de apenas 1 bomba, aconteceria a interrupção total do fornecimento até acabar a manutenção.- A associação em paralelo possibilitará uma flexibilização operacional no sistema, pois como a vazão é variável, poderemos retirar ou colocar bombas em funcionamento em função das necessidades e sem prejuízo da vazão requerida.Utilização: A utilização mais comum seria como um sistema de segurança e não visando uma variação da vazão. Um exemplo deste tipo de situação é a bomba reserva que é necessário no sistema de alimentação de água em um gerador de vapor (caldeira).Bombas em série:Esse sistema é muito utilizado quando se necessita variar muito a altura manométrica de elevação ou quando se necessita desenvolver grandes pressões. Você utiliza bombas em séria também quando não existir uma bomba única boa o suficiente para sua aplicação ou quando essa bomba é muito grande.Características: 1) A vazão não é alterada. 2) A pressão é aumentada à medida que passa pelo equipamento. 3) Altura manométrica é a soma das alturas manométricas das 2 bombas (no caso ideal onde Q=0)Vantagens:- Permite atingir grandes alturas manométricas

Qual a finalidade da voluta (caracol) na bomba centrifuga? 1 Transformar a energia cinética inicial do fluido em energia de pressão quando o liquido sair da bomba. 2 Diminuir a velocidade até a saída do rotor (saída das pás guia). Com o diâmetro crescente do caracol, vai ocorrer a continua diminuição da velocidade do fluido (menor energia cinética), para continuar conservando a massa, aumentando a energia de pressão.Observe o formato do caracol. O tamanho do diâmetro do caracol está crescendo, pois, a vazão aumenta dependendo do local onde você estiver no caracol. Há mais vazão na seta laranja do que na seta azul já que há mais aberturas para o liquido escoar. Com isso, o objetivo do diâmetro crescente seria a contínua diminuição da velocidade do fluido, compensando o aumento da vazão.Ao sair da turbobomba, haverá um diâmetro crescente. Pelo teorema de Bernoulli, o diâmetro decrescente implica em diminuição de velocidade e aumento de pressão, com isso, ocorre o deslocamento do fluido.

O que é cavitação e porque ela é ruim? Cavitação é a microexplosão do fluido que ocorre ao vaporizar ele pela reduzida pressão (ocorre em bombas,turbinas,pistões).  Essa vaporização forma bolhas de vapor localizadas rodeadas por um fluido. Se a região de colapso dasbolhasfor próxima a uma superfíciesólida, asondas de choquegeradas pelas implosões sucessivas dasbolhaspodem provocar trincas microscópicas no material, que com o tempo irão crescer e provocar o descolamento de material dasuperfície, originando uma cavidade deerosãolocalizada.

Como funciona a bomba centrifuga com injetor? Essa bomba, diferentemente das bombas convencionais, possui uma saída extra no tubo de recalque para reutilizar a água bombeada, fazendo ela voltar para o fundo do poço por um tubo de recirculação. Inicialmente, essa bomba deve ser preenchida com fluido para dar partida. Ao fazer essa água circular pelo tubo de recirculação (injetor), ela passa por um bico, responsável por aumentar a sua velocidade. Esse aumento é tão brusco e elevado que se forma uma zona de vácuo entre esse bico e o Tubo de Venturi (redução de área). Havendo essa zona de vácuo, o líquido é bombeado para ocupar esse vácuo e ele dispara do bico com alta velocidade. Ao entrar no Venturi, sua velocidade diminui gradativamente devido ao aumento constante da área do Venturi até entrar na tubulação de sucção para reiniciar o ciclo.Com isso, uma bomba centrífuga comum que só consegue aspirar uma coluna de 5 a 6 m, pode passar a ter uma altura de sucção muito maior, havendo casos de sucções a 60 metros. A simplicidade de instalação da bomba injetora nem sempre é compensada pelo seu baixo rendimento mecânico, causado pela perda por atrito na tubulação de retorno da água e no tubo Venturi, além das perdas comuns a outros tipos de bombas. Daí seu uso não muito generalizado, mas é melhor do que ter nada.

O que é uma bomba autoescorvante? Explique o princípio de funcionamento da bomba autoescorvante? Qual a importância disso? O termo "bomba auto-escorvamento" descreve uma bomba centrífuga capaz de usar uma mistura ar-água para atingir uma condição de bombeamento. A importância de ter essas bombas seria que ela consegue superar o problema de ter ar na bomba, misturando esse ar com água para criar um fluido com propriedades de bombeamento, como as da água normal. Durante o ciclo de iniciação, o ar entra na bomba e mistura-se com água no impulsor. A água e o ar são descarregados pela ação centrífuga do impulsor no reservatório de água. O ar naturalmente tende a subir, enquanto a água tende a afundar devido a diferença de densidade. Existe uma válvula (como de esfera ou uma rolha) que evacua esse ar depois enquanto a agua volta para o impulsor e mistura-se novamente. Depois de evacuar esse ar, começa o bombeamento e a água para de recircular para ser elevado a uma altura maior.

Se a bomba auto-escorvante e permite ter ar nela, então posso usar ela em qualquer momento, mesmo só tendo ar?Não. Uma bomba centrífuga auto-escorvante deve ter água na caixa para operar. "Auto-escorvante" refere-se à capacidade da bomba de girar repetidamente uma mistura de ar / água em um fluido bombeável - NÃO é a capacidade de bombear ar. Um outro motivo seria que você gastaria uma grande parte da energia do rotor não no aumento da pressão do ar mas na COMPRESSÃO do ar. Esse compressão causa pressões elevadas e temperaturas elevadas que podem fazer a bomba implodir ou parar de funcionar.