Considerações importantes no projeto de bombas de água

Jul 31, 2023

Projetar uma nova bomba do zero não é fácil, e não há nada no mercado que forneça todas as ferramentas necessárias para projetar uma bomba exatamente da maneira que foi solicitada. Algumas dessas fontes podem fornecer informações sobre o projeto do impulsor, enquanto outras podem ajudar no layout das passagens hidráulicas (carcaça/bowl, voluta, difusor, cruzamento, etc.).

No entanto, é a combinação dos dois componentes hidráulicos trabalhando em conjunto que determinará as características de desempenho da bomba. Por exemplo, se o projeto do olhal do impulsor estiver restringindo a capacidade de desvio da bomba, aumentar as áreas de fluxo dentro da voluta pode não ter efeito no desempenho do desvio. Com a falta de padronização no projeto hidráulico da bomba e sem duas empresas ou engenheiros usando exatamente os mesmos métodos, fontes ou técnicas, este artigo se concentrará nas considerações aceitas pela indústria ao projetar bombas para aplicações de água potável.

A maioria das bombas usadas em aplicações de água potável são do tipo rotodinâmica, mais especificamente, de projeto radial (ou centrífugo). Isso não quer dizer que as bombas de fluxo misto ou axial não possam ser usadas em aplicações de água potável, apenas que as bombas de sucção final horizontal em balanço, em linha vertical em balanço, caixa dividida horizontal e turbina vertical (descarga através da coluna) são tradicionalmente usadas no transferência de água potável. As bombas centrífugas de água potável são projetadas especificamente para circular ou mover água potável limpa e fresca de um local para outro.

Essas bombas são usadas em uma variedade de configurações, como sistemas municipais de água, estações de tratamento de água e sistemas de irrigação agrícola, e seu projeto deve atender a todos os regulamentos, padrões e códigos locais relevantes. No processo de projeto, há considerações importantes a serem abordadas, desde os materiais de construção até o tipo de vedação mecânica e plano de tubulação apropriado. Este artigo enfoca as considerações importantes para bombas do tipo voluta, mas dependendo da aplicação ou ambiente, pode haver fatores adicionais que afetam o projeto da bomba.

Projeto da Bomba

O projeto hidráulico de impulsores, volutas e carcaças não é padronizado na indústria de bombas e não será coberto. No entanto, existem vários fatores universalmente aceitos que auxiliam no projeto hidráulico de bombas de água potável, e seu valor deve ser conhecido por todos, desde engenheiros de projeto até usuários finais.

Ao projetar uma bomba de água potável, a eficiência é um parâmetro essencial que precisa ser considerado. Ela é afetada por vários fatores, como tipo, tamanho, orientação e velocidade de operação da bomba. Um fator importante que afeta a eficiência da bomba é a velocidade específica da bomba. A velocidade específica (Ns) é um parâmetro usado para descrever o desempenho de uma bomba rotodinâmica. É definido como um índice de desempenho da bomba na taxa de vazão e carga do ponto de melhor eficiência (BEP) da bomba, com o rotor de diâmetro máximo e em uma determinada velocidade de rotação (Equação 1).

O índice informa ao engenheiro de projeto o tipo de bomba necessária para a aplicação. Juntamente com o tipo de bomba, a velocidade específica estabelecerá a eficiência máxima atingível para o projeto específico. A eficiência atingível de uma bomba é a eficiência máxima que pode ser alcançada para um determinado projeto de bomba com base no tipo de bomba, vazão de projeto (BEP) e velocidade específica (Imagem 1).

Existem fatores adicionais que podem afetar a eficiência atingível, como o acabamento da superfície das passagens de fluxo e as folgas de funcionamento (anel de desgaste) dos componentes internos da bomba; no entanto, seu efeito na eficiência máxima atingível depende da velocidade específica da bomba (Imagens 2 e 3). As bombas de capacidade de saída mais alta no BEP geralmente têm uma eficiência alcançável maior do que as bombas de capacidade mais baixa quando projetadas para velocidades específicas semelhantes, e entender essa relação é crucial no processo de projeto.

As transições de área de fluxo criadas durante o estágio de desenvolvimento de sucção (entrada) e voluta do projeto também podem afetar a eficiência da bomba. Essas transições precisam ser projetadas para minimizar as perdas, e isso pode ser feito minimizando mudanças bruscas nas áreas da seção transversal e suavizando a transição do bocal de sucção para a seção do olho do impulsor, bem como da voluta cutwater (ou língua) para o bocal de descarga. Isso normalmente é feito avaliando as passagens de sucção e descarga separadamente e ajustando a progressão da área na direção do fluxo. A imagem 4 mostra a expansão gradual típica das áreas da seção transversal no desenvolvimento da voluta do corte de água (ou lingueta) até o bocal de descarga para uma bomba horizontal de caixa bipartida (BB1).