O que são bombas centrífugas

O que são bombas centrífugas

Bombas centrífugas são um tipo comum de bomba que utiliza a transferência de energia rotacional de um impulsor para aumentar a pressão e a vazão de um fluido. Essas bombas são usadas em uma ampla gama de aplicações, incluindo abastecimento de água, processamento químico e mercados industriais. O principal componente de uma bomba centrífuga é o impulsor, que é um disco giratório com palhetas curvas que criam uma zona de baixa pressão na entrada da bomba e uma zona de alta pressão na saída.

As bombas centrífugas são conhecidas por seu design simples, que consiste em um invólucro de voluta que abriga o impulsor e direciona o fluxo de fluido da porta de sucção para a porta de descarga. O impulsor é montado em um eixo que é acionado por um motor elétrico ou outra fonte de energia. Conforme o impulsor gira, ele transmite energia cinética ao fluido, que é então convertida em energia de pressão conforme o fluido flui através do invólucro de voluta e sai pela porta de descarga.

Como funcionam as bombas centrífugas

Bombas centrífugas funcionam convertendo a energia mecânica de um impulsor rotativo em energia cinética, que é então usada para bombear fluidos. O impulsor, um componente-chave da bomba, consiste em palhetas curvas que giram rapidamente dentro do invólucro da bomba. Conforme o impulsor gira, ele cria uma zona de baixa pressão no centro, puxando fluido para dentro da bomba através da porta de sucção.

O fluido entra no olho do impulsor e é capturado pelas palhetas rotativas. Conforme o fluido se move para fora ao longo das palhetas, ele ganha velocidade e pressão. A força centrífuga gerada pelo impulsor rotativo empurra o fluido através do invólucro da bomba e para dentro da porta de descarga, onde ele sai da bomba a uma pressão maior do que quando entrou.

Projeto de bombas centrífugas

O design das bombas centrífugas varia dependendo da aplicação específica e do tipo de fluido sendo bombeado. No entanto, a maioria das bombas centrífugas consiste em dois componentes principais:

Voluta

A voluta é um invólucro em forma de espiral que envolve o impulsor. Sua função primária é coletar o fluido descarregado do impulsor e guiá-lo em direção à porta de descarga. A voluta é projetada para aumentar gradualmente a área da seção transversal, o que ajuda a converter a velocidade do fluido em pressão.

Difusor

Em alguns projetos de bombas centrífugas, um difusor é usado em vez de uma voluta. O difusor é um conjunto de palhetas estacionárias que circundam o impulsor. Conforme o fluido se move através do difusor, as palhetas guiam o fluxo e ajudam a converter a velocidade do fluido em pressão. Difusores são comumente usados em bombas centrífugas multiestágio.

Partes de bombas centrífugas

As bombas centrífugas consistem em vários componentes principais que trabalham juntos para garantir uma operação eficiente e confiável:

Impulsor

O impulsor é o componente rotativo da bomba que gera a força centrífuga necessária para mover o fluido. Ele consiste em um conjunto de palhetas curvas que são projetadas para puxar o fluido para dentro e acelerá-lo para fora. Os impulsores podem ser feitos de vários materiais, como ferro fundido, aço inoxidável ou materiais compostos, dependendo da aplicação e do tipo de fluido que está sendo bombeado.

Invólucro difusor ou voluta

O difusor ou invólucro de voluta é o componente estacionário que envolve o impulsor. Sua função primária é coletar o fluido descarregado do impulsor e guiá-lo em direção à porta de descarga. O invólucro também ajuda a converter a velocidade do fluido em pressão.

Eixo e mangas de eixo

O eixo é o componente rotativo que conecta o impulsor ao motor. Ele é suportado por rolamentos e selado para evitar vazamentos. As mangas do eixo são frequentemente usadas para proteger o eixo contra desgaste e corrosão, especialmente ao bombear fluidos abrasivos ou corrosivos.

Rolamentos

Rolamentos são usados para dar suporte ao eixo e garantir rotação suave. Eles podem ser rolamentos de esferas ou rolamentos de manga, dependendo da aplicação e dos requisitos de carga.

Selos Mecânicos

Selos mecânicos são usados para evitar vazamentos ao longo do eixo. Eles consistem em duas superfícies de acoplamento, uma estacionária e uma rotativa, que são mantidas juntas pela pressão da mola. Selos mecânicos são amplamente usados em bombas centrífugas devido à sua confiabilidade e capacidade de lidar com uma ampla gama de fluidos e pressões.

Tipos de Bomba

Existem dois tipos principais de bombas: bombas de deslocamento positivo e bombas centrífugas. As bombas de deslocamento positivo funcionam movendo fisicamente uma quantidade fixa de fluido a cada ciclo, enquanto as bombas centrífugas usam a energia cinética de um impulsor giratório para empurrar o fluido através da bomba.

Bomba de deslocamento positivo

Bombas de deslocamento positivo são um tipo de bomba que movimenta fluidos ao encerrar repetidamente um volume fixo e movê-lo mecanicamente pelo sistema. Elas são normalmente usadas para aplicações de alta pressão e baixo fluxo e podem lidar com líquidos viscosos. Exemplos de bombas de deslocamento positivo incluem bombas de cavidade progressiva, bombas de diafragma e bombas de motor pneumático.

Bomba Centrífuga

• Bombas centrífugas de estágio único: Essas bombas têm um único impulsor e são mais adequadas para aplicações de pressão baixa a moderada. Elas são comumente usadas em abastecimento de água, irrigação e mercados industriais.
• Bombas centrífugas multiestágio: Essas bombas apresentam múltiplos impulsores em série, cada estágio aumentando a pressão do fluido. Bombas multiestágio são usadas quando pressões mais altas são necessárias, como em aplicações de fornecimento de água de caldeira e limpeza de alta pressão.
• Bombas centrífugas de fluxo axial: Também conhecidas como bombas de hélice, essas bombas têm um design axial em que o impulsor empurra o fluido ao longo do eixo do eixo. Elas são comumente usadas em aplicações com altas taxas de fluxo e baixos requisitos de altura manométrica, como controle de enchentes e irrigação.
• Bombas centrífugas de fluxo radial: Nessas bombas, o fluido entra no impulsor axialmente e é descarregado radialmente, perpendicularmente ao eixo. As bombas de fluxo radial são adequadas para aplicações de alta pressão e podem lidar com uma ampla gama de fluidos, incluindo líquidos limpos, produtos químicos e água quente.

Vantagens das bombas centrífugas

1. Design simples:As bombas centrífugas têm menos peças móveis em comparação às bombas de deslocamento positivo, o que as torna mais fáceis de fabricar, operar e manter.
2. Alta eficiência:As bombas centrífugas podem atingir altas eficiências, especialmente quando operam em seu melhor ponto de eficiência (BEP).
3. Ampla gama de aplicações:As bombas centrífugas podem lidar com uma grande variedade de líquidos, incluindo água, produtos químicos e até mesmo alguns fluidos viscosos.
4. Baixo custo: Devido ao seu design simples e altos volumes de produção, as bombas centrífugas são geralmente mais baratas do que outros tipos de bombas.
5. Fluxo suave:As bombas centrífugas fornecem um fluxo constante e não pulsante, o que é essencial para muitas aplicações.

Desvantagens das bombas centrífugas

1. Elevação de sucção limitada:As bombas centrífugas têm uma capacidade de sucção limitada, o que significa que devem estar localizadas perto da fonte do fluido ou necessitam de escorvamento.
2. Baixa eficiência em condições fora do projeto: Bombas centrífugas são mais eficientes quando operam em seu melhor ponto de eficiência (BEP). A eficiência cai significativamente quando opera em taxas de fluxo ou pressões distantes do BEP.
3. Não é adequado para fluidos de alta viscosidade: As bombas centrífugas não são adequadas para bombear fluidos de alta viscosidade, pois o aumento da resistência do fluido pode reduzir significativamente a eficiência e o desempenho da bomba.
4. Risco de cavitação:As bombas centrífugas são suscetíveis à cavitação, que ocorre quando a pressão do fluido cai abaixo de sua pressão de vapor, levando à formação de bolhas de vapor que podem danificar a bomba.

Bombas centrífugas vs bombas de deslocamento positivo

Fator	Bombas centrífugas	Bombas de Deslocamento Positivo
Princípio Operacional	Usa energia cinética para mover fluidos acelerando-os radialmente para fora	Move fluidos deslocando-os fisicamente com um mecanismo alternativo ou rotativo
Taxa de fluxo	Fornece um fluxo contínuo e estável; a taxa de fluxo varia com a pressão de descarga	Fornece uma vazão constante independentemente da pressão de descarga
Eficiência	Alta eficiência para fluidos de baixa viscosidade; a eficiência diminui com o aumento da viscosidade	Mantém alta eficiência para fluidos de baixa e alta viscosidade
Pressão	Gera alta pressão; adequado para aplicações de alta pressão	Gera alta pressão; ideal para aplicações de alta pressão
Manuseio de Fluidos	Manipula fluidos limpos e de baixa viscosidade com poucos sólidos; não é adequado para fluidos sensíveis ao cisalhamento	Lida com uma ampla variedade de fluidos, incluindo fluidos viscosos, sensíveis ao cisalhamento e abrasivos
Manutenção	Baixa necessidade de manutenção devido ao design simples e menos peças móveis	Maiores requisitos de manutenção devido ao design mais complexo e às peças móveis
Custo	Menor custo inicial e menor consumo de energia para aplicações de baixa viscosidade	Custo inicial mais alto, mas mais eficiente em termos de energia para aplicações de alta viscosidade
Aplicações comuns	Abastecimento de água, irrigação, sistemas de refrigeração, alimentação de caldeiras e aplicações industriais gerais	Processamento químico, petróleo e gás, alimentos e bebidas, produtos farmacêuticos e aplicações de medição

Bombas ANSI vs API

Fator	Bombas ANSI	Bombas API
Aplicativo	Indústria geral, processamento químico, tratamento de água	Petróleo e gás, petroquímica, refinarias
Projeto	Dimensões padronizadas e peças intercambiáveis	Personalizado para aplicações específicas
Condições de funcionamento	Temperaturas e pressões moderadas	Altas temperaturas, pressões e taxas de fluxo
Materiais	Ferro fundido, aço inoxidável, ferro dúctil	Aço carbono, aço inoxidável, duplex, liga 20
Câmara de Selo	Espaço menor e limitado para vedações e planos de descarga	Maior, acomoda vários selos e planos de descarga
Eficiência	Eficiência moderada devido ao design padronizado	Maior eficiência devido ao design personalizado
Manutenção	Manutenção mais fácil devido às peças intercambiáveis	Manutenção mais complexa devido a peças personalizadas
Custo	Menor custo inicial e custo de peças de reposição	Maior custo inicial e custo de peças de reposição

Bomba centrífuga vs bomba centrípeta

Fator	Bomba Centrífuga	Bomba centrípeta
Transferência de energia	Converte energia rotacional em energia cinética do fluido	Converte a energia cinética do fluido em energia de pressão
Projeto do impulsor	Palhetas curvas que empurram o fluido para fora do centro	Palhetas retas que guiam o fluido para dentro em direção ao centro
Fluxo de fluido	Fluxo radial do centro em direção à borda externa do impulsor	Fluxo axial da borda externa em direção ao centro do impulsor
Geração de pressão	Gera pressão aumentando a velocidade do fluido e convertendo-a em pressão no invólucro da voluta ou difusor	Gera pressão convertendo diretamente a velocidade do fluido em pressão
Formulários	Ampla gama de aplicações, incluindo abastecimento de água, processamento químico e mercados industriais	Aplicações limitadas, principalmente em campos especializados, como aeroespacial e certos processos industriais
Eficiência	Geralmente maior eficiência devido à conversão efetiva de energia rotacional em energia cinética do fluido	Menor eficiência em comparação com bombas centrífugas devido à conversão direta de energia cinética em pressão
Manutenção	Design relativamente simples, mais fácil de manter e reparar	Projeto mais complexo, exigindo manutenção e reparos especializados
Custo	Geralmente mais econômico devido ao seu uso generalizado e design mais simples	Custos mais elevados associados à sua natureza especializada e design complexo

Aplicações para bombas centrífugas

1. Abastecimento e tratamento de água:Bombas centrífugas são comumente usadas para bombear água em sistemas municipais de abastecimento de água, irrigação e estações de tratamento de água.
2. Sistemas HVAC:Bombas centrífugas são usadas em sistemas de aquecimento, ventilação e ar condicionado para circular água ou outros fluidos de transferência de calor.
3. Processamento químico:As bombas centrífugas são usadas para transferir produtos químicos em várias indústrias de processamento, como petroquímica, farmacêutica e processamento de alimentos.
4. Indústria de petróleo e gás:As bombas centrífugas são usadas para diversas aplicações na indústria de petróleo e gás, como transferência de petróleo bruto, reforço de oleodutos e sistemas de injeção.
5. Geração de energia:Bombas centrífugas são usadas em usinas de energia para sistemas de água de alimentação, circulação de água de resfriamento e transferência de condensado.

Fatores operacionais de bombas centrífugas

Taxas de fluxo de estrangulamento

A aceleração é um método comum usado para controlar a taxa de fluxo em sistemas de bombas centrífugas. Ao ajustar a válvula de descarga, a taxa de fluxo pode ser reduzida, mantendo uma velocidade de bomba constante. Isso permite maior flexibilidade para atender a requisitos de demanda variáveis. No entanto, a aceleração também pode levar ao aumento do uso de energia e à redução da eficiência da bomba, especialmente ao operar longe do melhor ponto de eficiência (BEP) da bomba.

Cabeça – Curvas de fluxo

A curva de fluxo de cabeça é uma representação gráfica do desempenho de uma bomba centrífuga, ilustrando a relação entre a cabeça total (pressão) e a taxa de fluxo. O formato da curva de fluxo de cabeça varia dependendo do tipo de bomba, do design do impulsor e de outros fatores. Operar uma bomba muito longe de seu BEP pode resultar em eficiência reduzida, maior desgaste e danos potenciais aos componentes da bomba.

Viscosidade

A viscosidade do fluido bombeado é outro fator crítico na operação da bomba centrífuga. Conforme a viscosidade do fluido aumenta, o desempenho da bomba diminui devido ao aumento das perdas por atrito e à redução da velocidade do fluxo. As bombas centrífugas são geralmente mais adequadas para fluidos de baixa a média viscosidade, como água, óleos e alguns produtos químicos.

Potência

Os requisitos de potência de uma bomba centrífuga dependem de fatores como vazão, altura manométrica, densidade do fluido e eficiência da bomba. Selecionar uma bomba com a classificação de potência apropriada é crucial para garantir uma operação eficiente e evitar sobrecarga do motor. Pode ser necessária potência adicional ao bombear fluidos de alta viscosidade ou ao operar em altas vazões e pressões. O dimensionamento e a seleção adequados da bomba e do motor podem ajudar a otimizar o uso de energia e reduzir os custos de manutenção ao longo da vida útil do sistema.

Perguntas frequentes

Por que as bombas centrífugas não conseguem lidar com ar?

Bombas centrífugas são projetadas para bombear líquidos, não gases. Quando o ar entra em uma bomba centrífuga, pode fazer com que a bomba perca a escorva e pare de bombear. Isso ocorre porque o ar interrompe o fluxo contínuo de líquido através da bomba, reduzindo sua eficiência e desempenho.

Uma bomba centrífuga é CA ou CC?

Bombas centrífugas podem ser acionadas por motores CA (corrente alternada) ou CC (corrente contínua). A escolha entre CA e CC depende da aplicação específica, disponibilidade da fonte de energia e requisitos de controle. Motores CA são mais comumente usados devido à sua simplicidade, confiabilidade e menor custo, enquanto motores CC oferecem melhor controle de velocidade e são adequados para aplicações alimentadas por bateria.