Uma cartilha de bomba centrífuga, parte 1

Aug 03, 2023

O tema da edição de fevereiro da Pumps & Systems é "de volta ao básico". Seguindo o exemplo, a coluna deste mês revisará alguns dos fundamentos das bombas centrífugas. Observe que as bombas centrífugas se enquadram na classe cinética das bombas rotodinâmicas.

Presumo inicialmente que o leitor tenha um conceito visual básico de um impulsor preso a um eixo todo encaixado dentro de uma carcaça/voluta. Veja a Imagem 1.

O eixo da bomba pode ser o próprio eixo do acionador ou acoplado a um acionador. O acionador é tipicamente um motor elétrico de indução, mas também pode ser um motor, uma turbina a vapor ou um dos vários outros tipos de motores principais.

Como resumo geral inicial, o impulsor aumenta o nível de energia do fluido aumentando a velocidade. Uma vez que o fluido deixa o impulsor, o invólucro converte a velocidade em pressão.

Uma bomba realmente funciona com base em princípios científicos básicos. A critério do operador, o acionador gira (energia mecânica), fazendo com que o eixo da bomba e o impulsor acoplado também girem.

O impulsor rotativo transmite uma energia cinética ao fluido circundante que inicia o movimento (velocidade) no fluido. A velocidade do fluido aumentará substancialmente durante seu percurso através do impulsor, desde o olho no centro até as bordas das palhetas no diâmetro externo.

Existe uma fórmula fácil para calcular a velocidade do fluido transmitida pelo impulsor. É uma função simples da velocidade e do diâmetro (ver Equação 1). Observe a relação direta, onde se a velocidade do impulsor aumenta e/ou conforme o diâmetro do impulsor aumenta, a velocidade do fluido aumenta e vice-versa.

Como uma visão de próximo nível do processo que ocorre dentro da bomba: o impulsor rotativo (energia cinética) transmite um movimento (velocidade) ao fluido.

Quando o fluido deixa a ponta da palheta do impulsor e pega (recolhe) na carcaça, a carcaça converte a energia de velocidade em energia de pressão (cabeça). Simplificando, a energia da velocidade do fluido é convertida em energia de pressão no revestimento. A energia de pressão também é definida como carga (H).

Para olhar para este fenômeno de outra perspectiva técnica, pode-se também usar a primeira lei para a conservação de energia. "A energia não pode ser criada nem destruída; só pode ser alterada na forma."

Adicionalmente e complementarmente da disciplina de mecânica dos fluidos, também conhecemos o princípio de Bernoulli, que afirma na sua forma mais simples que se a velocidade diminuir, a pressão aumentará e vice-versa. Novamente, isso se deve à conservação de energia.

Observe que uma bomba centrífuga realmente não cria pressão do sistema per se, mas cria fluxo. A pressão que medimos no medidor de vazão é, na verdade, resultado da resistência do sistema ao fluxo gerado.

Se não houvesse nenhum sistema conectado ao flange de descarga, não haveria pressão real desenvolvida (O "sistema" é o agregado de diferentes elevações, pressões, tubulações, componentes e válvulas).

A explicação mais simples para usar altura manométrica em vez de pressão para medir a energia de uma bomba centrífuga é que a pressão de uma bomba mudará se o peso/gravidade específica (SG) do líquido mudar, mas a altura manométrica não mudará.

Conseqüentemente, você sempre pode descrever o desempenho de uma bomba (supondo que seja um fluido Newtoniano), seja um hidrocarboneto pesado (ácido sulfúrico em SG de 1,2 a 1,5) ou um hidrocarboneto leve (gasolina em SG 0,7) usando o termo cabeça.

O operador da bomba mede a saúde e o desempenho da bomba monitorando a diferença nas pressões manométricas em ambos os lados da bomba.

Se todos os fluidos fossem iguais com um SG constante, as unidades para expressar a pressão de descarga da bomba poderiam ser expressas como pressão com pouco ou nenhum efeito adverso ou impreciso. Mas como os fluidos têm SGs diferentes, somos obrigados a usar o termo cabeça.

Perceba que, mesmo que tudo o que estivéssemos bombeando fosse água, o SG muda a cada grau de mudança de temperatura. Observe e diferencie que a cabeça é um nível de energia e a pressão é simplesmente uma força.