Exercícios resolvidos sobre bombas centrífugas: NPSH, cavitação e potência

Resumo

O documento reúne dez exercícios resolvidos sobre bombas centrífugas, cobrindo associação de bombas em paralelo, cálculo do NPSH disponível e o fenômeno de cavitação. Também aborda a potência no eixo, as perdas em máquinas reais, a perda de carga pela equação de Darcy-Weisbach e as diferenças entre bombas centrífugas e de deslocamento positivo.

Pontos-chave

Para elevar um fluido mais rápido com duas bombas iguais, a associação em paralelo dobra a vazão obtida por uma máquina isolada.
O NPSH requerido deve ser inferior ao NPSH disponível para evitar cavitação; no exemplo, NPSHdisponível = hatm - hfs - Hgs - hv = 4,7 mca.
A cavitação ocorre quando a pressão estática do escoamento fica abaixo da pressão de vapor do líquido, causando vibração e danos ao rotor.
Potência no eixo: P = γ·Q·H/η; para 90 m³/h, 100 m de altura manométrica e η = 0,8, obtém-se 31,25 kW.
As perdas volumétricas provêm das folgas entre as partes rotativas e estacionárias da bomba.
Bombas centrífugas, em comparação com as de deslocamento positivo, operam com maiores vazões e menores pressões no recalque.

Teste-se

1. Em uma instalação industrial, deseja-se elevar um fluido de um reservatório para outro localizado a 20 m de altura em relação ao reservatório à montante. Para isso, estão à disposição duas bombas iguais que deverão trabalhar em conjunto para realizar a operação. Deseja-se que o reservatório receptor atinja seu nível máximo no menor tempo possível. A melhor configuração de trabalho para estas bombas é: R: Associação das bombas em paralelo, onde a vazão obtida pela associação é igual ao dobro da vazão de uma máquina isolada.

2. Com o propósito de caracterizar boas condições de aspiração do líquido nas bombas, é preciso calcular o NPSH (Net Positive Suction Head) requerido, que deve ser inferior ao NPSH disponível na instalação para evitar o fenômeno de cavitação. Considere uma instalação com os seguintes dados: pressão de vapor do líquido = 0,3 mca; altura estática de aspiração = 4,0 mca; perda de carga na aspiração = 1,30 mca; pressão atmosférica (atm) = 10,3 mca; altura total de aspiração = 5,3 mca. O valor do NPSH disponível é: R: NPSH_disponível = h_atm - h_fs - H_gs - h_v = 4,7 mca.

3. Como ocorre o fenômeno de cavitação? R: Ocorre quando a pressão estática do escoamento é inferior à pressão de vapor, causando alteração no regime de escoamento, vibração e danos ao rotor.

4. Uma instalação de bombeamento está sofrendo um processo de cavitação. Quais podem ser as causas? R: Altura de instalação correta, mas diâmetro da tubulação de sucção menor do que o especificado, gerando um NPSH disponível menor do que o requerido.

5. O fenômeno da cavitação pode ocorrer em bombas centrífugas, afetando seu desempenho. Tal fenômeno consiste: R: Na vaporização de um líquido em movimento, devido a alterações na sua pressão, que diminui e alcança a pressão de vapor correspondente à sua temperatura.

6. O fluido é pressurizado pelo rotor da bomba centrífuga através dos seguintes princípios: R: Equação de Bernoulli e força centrífuga.

7. Uma instalação de bombeamento opera com uma vazão de 90 m³/h e altura manométrica de 100 m. A eficiência da bomba é 0,8 e a velocidade do rotor é 1750 rpm. Considerando o peso específico da água igual a 10 kN/m³, determine a potência necessária no eixo da bomba em kW: R: 31,25 kW.

8. Em uma bomba centrífuga ideal, supõe-se escoamento unidirecional, sem atrito e fluxo de massa constante. Em uma máquina real, ocorrem perdas volumétricas, hidráulicas e mecânicas. As perdas volumétricas são provenientes: R: Das folgas necessárias entre as partes rotativas e as partes estacionárias das bombas.

9. Determine a perda de carga aproximada, calculada segundo a equação de Darcy-Weisbach, para uma tubulação de PVC com comprimento equivalente de 1,0 km e 505 mm de diâmetro interno, com vazão de 720 m³/h. Considere o fator de atrito igual a 0,01 e a aceleração da gravidade igual a 9,81 m/s²: R: 1 mca.

10. As bombas centrífugas, constituídas basicamente de rotor e carcaça com voluta, apresentam em relação às bombas de deslocamento positivo as seguintes características de vazão e pressão no recalque: R: Maiores vazões e menores pressões.

Perguntas frequentes

Como se calcula o NPSH disponível?

Pela expressão NPSHdisponível = hatm - hfs - Hgs - hv, em que hatm é a pressão atmosférica, hfs a perda de carga na sucção, Hgs a altura estática de sucção e hv a pressão de vapor do líquido. No exemplo do documento, o resultado é 4,7 mca.

O que é cavitação em bombas centrífugas?

É a vaporização do líquido em movimento que ocorre quando a pressão cai até a pressão de vapor correspondente à sua temperatura. Esse fenômeno altera o regime de escoamento, provoca vibração e pode danificar o rotor.

Qual a potência necessária no eixo de uma bomba com vazão de 90 m³/h e altura de 100 m?

Com eficiência de 0,8 e peso específico da água de 10 kN/m³, a potência necessária no eixo é de 31,25 kW, conforme resolvido no exercício 7.