Altura Manométrica: é uma medida de altura de uma coluna de líquido que a bomba poderia criar resultante da energia cinética que a bomba dá ao fluido.

A principal razão para usar altura ao invés de pressão para medir a energia de um bomba centrífuga é que a pressão variará dependendo do r do fluido, mas a altura permanecerá a mesma.
 

- Aumentando Q, aumenta Potência;
- Aumentando Q, aumenta h até um ponto máximo, após o qual acontece o escorregamento  do fluido;
- Aumentando Q, diminui Hm que se consegue bombear.

     Para uma mesma carcaça, a intensidade das forças centrífugas geradas no rotor varia com as dimensões, forma e número de giros do rotor.

    Para determinado rotor, com forma, diâmetro e rotação definidos, a curva característica da bomba não muda, qualquer que seja o fluido bombeado.
 

ATENÇÃO!!! Curva Característica: depende somente da forma, diâmetro e velocidade de rotação (rpm), e independo do fluido. Para uma bomba operando com um fluido incompressível, sem cavitação, onde a geometria da bomba é específica, o aumento da pressão pode ser expressa como:

 D P = D P ( Q^a, m ^b, r^c, N^d, D^e )

3. VARIAÇÃO DAS CURVAS CARACTERÍSTICAS.
 

a) Diâmetro do rotor (D) : forma e velocidade de rotação constantes ( rpm )

Q₂ / Q₁ » D₂ / D₁ Þ ­ D , ­ Q
H₂ / H₁ » (D₂ / D₁)^{2 Þ} ­ D, ­ ­ H
P₂ / P_{1 »} (D₂ / D₁)³ Þ ­ D, ­ ­ ­ P
 

b) Rotação:

Q₂ / Q₁ » N₂ / N_{1 Þ ­}N, ­ Q
H₂ / H₁ » (N₂ / N₁)^{2 Þ} ­ N, ­ ­ H
P₂ / P_{1 »} (N₂ / N₁)³ Þ ­ N, ­ ­ ­ P
 

 c) Forma do rotor :
Bombas para grandes alturas e pequenas vazões: rotores grandes mas aletas estreitas. Bombas para pequenas alturas e grandes vazões: rotores pequenos e aletas longas.
 

Exemplo 01 : Uma bomba com as características dadas na Fig. 21.17 (Foust) é usada para dar uma vazão de 350 gal/min a uma pressão de 80 ft. Qual o diâmetro do rotor que se deve usar? Qual a potência dissipada? (Pág. 521, Foust Fig. 21.17)

 Resolução :

diâmetro do rotor: entre 9 e 10 in.

rotor de 1750 rpm

d = 10" Þ válvula de controle para dissipar o excesso de energia injetado no sistema.

Potência = 11 Hp
 h  = 67%

4. CURVA CARACTERÍSTICA DO SISTEMA.
 

    A curva característica do sistema é obtida da equação da altura manométrica, na qual a parcela relativa às perdas de carga é calculada para diversos valores de vazão.

Hm = Hg + D h
 

Hm = altura manométrica de elevação.
Hg = altura geométrica ou estática de elevação.
D h = soma das perdas de carga verificadas na tubulação.
 

Observações:

1.Altura Geométrica.

      Hg = H_s + H_r

Hs = altura estática de sucção;
Hr = altura estática de recalque.

2.Perda de Carga

D h = D h_s + D h_r

D h_s = perda de carga na sucção;
D h_r = perda de carga no recalque.
 

3. Curva característica do sistema:   - Vazões Q : abcissa;
                                                        - Hm: ordenada.
  

a) Altura Geométrica Nula (Hg = 0):
 

                     Hg = 0 ( H_s = 0, H_r = 0)
 

b) Curva Típica (Hg > 0)
 

c) Sistema por Gravidade (Hg < 0)
 

Obtém-se vazões até o valor Qg. Para maiores vazões, instalar uma bomba para vencer as perdas de carga adicionais.
 

d) Tubulações em Série:

- A vazão é a mesma em todo percurso;
- As curvas são traçadas separadamente;
- A perda de carga total do sistema Þ somatório das perdas de carga para cada tubo de diâmetro Di.
 

e) Tubulações em Paralelo:
 

- Vazão total = S i.Qi
 

Q₃ = Q₁ + Q₂
  

Ponto de Trabalho:
 

        Hm em Q=0, isto é, as bombas trabalham com as suas rotações nominais, mas com registros de recalques fechados ( perda de carga nula ).

        Abrindo gradualmente o registro a água começa a escoar ® acontece a perda de carga ( D h ) na altura manométrica ® logo a altura que se consegue bombear vai diminuindo progressivamente até o ponto de equilíbrio PT.

    Q Þ de 0 até Qt

    H Þ Hg até o valor de regime.
 

5.  NPSH ( NET POSITIVE SUCTION HEAD) - Saldo Positivo de Carga de Sucção.
 

 Cavitação:

        Nas tubulações de sucção para elevar água a alturas manométricas de sucção positivas (Hs> 0) Þ funcionam com P_operação<P_atm.

        Se na entrada da bomba P< P_vapor do líquido circulante, acontecem fenômenos prejudiciais ao funcionamento e à vida útil da máquina. Poderá formar "bolhas de vapor", capaz de interromper a circulação do fluido.

        As bolhas são arrastadas em direção à saída do rotor, ocorrendo violentas implosões que provocam ruídos desagradáveis (golpes ou marteladas), que destroem as paredes da carcaça e as paletas do rotor. Provocando queda acentuada do rendimento da bomba.

       Para evitar cavitação: todos os pontos do fluido P_vapor < P ou P > P_vapor.

        Reduzir ou eliminar cavitação: diminuir a velocidade da bomba.

 Balanço de Energia Mecânica : 
 

Se : u₀ = 0
P₀ = Patm
Z₀ = 0
Z₁ = H_s
DZ = H_s ( altura estática de sucção )
 

Seja :

lwf Þ Dh_s = perda de carga por atrito na sucção;
D h* = perda ligada à geometria e tipo de rotor.
 

No lado da sucção:

m.g.Z₀ .+m. u₀² + m.P_atm=m.g. Z₁ +   m. u₁²+ m.P₁ +D h
              2           r                            2           r 

Dividindo por mg:

 Z₀ .+u₀² + P_atm= Z₁ +   u₁²+   P₁ + D h
         2      r .g            2.g      rg

Se  u₀=0; z₀=0; z₁=H_s;  Dh=+Dh_s

  1. P₁-P_atm + H_s+  1. u₁² + Dh_s+ Dh*= 0
r.g                       2 .g           

 1 .P₁ + 1. u₁² =  P_atm - Hs - Dhs - D h*    (1)
r.g      2.g         r.g
 

Definindo:

NPSH : diferença entre a carga estática na sucção e a carga correspondente à pressão de vapor do líquido na entrada da bomba.

NPSH disponível : (na instalação) é a carga residual disponível na instalação para sucção do fluido.
NPSH requerido : (pela bomba) é a carga exigida pela bomba para aspirar o fluido do poço de sucção Þ dado do fabricante.

NPSH = P₁ +   u₁² - P_v                                 ( 2 )

              r.g     2g     r.g 

 NPSH = P₀ - ( hs + P_v + D hs + D h* )        ( 3 )
                r.g            r.g

 (NPSH)_d = P₀ - (hs + P_v + D hs )             ( 4 )
                    r.g            r.g

(NPSH)_r = P₀ - (hs + P_v + D h* )                ( 5 )
               r.g         r.g

 (NPSH)_d - Dh* = (NPSH)_r - Dh_s

Normalmente : Dh* >Dhs

Então : (NPSH)_d > (NPSH)_r

 Altura máxima de sucção :

 Da equação (1):

 h_s = P _atm -   (P₁ +   u₁²+ lwf )                       ( 6 )
         r.g          r.g    2g

h_s =  P _atm -   (P₁ +  u₁²+ D hs + D h* )         ( 7 )
         r.g          r.g    2g

 Se P₁ = P_v Þ h_s máximo

h_s máximo =  P _atm - (P_v + u₁²+ lwf )            ( 8 )
                       r.g        r.g   2g

Portanto:

h_s máximo = P₀ - P_v - NPSH - Dhs          ( 9 )
                    r.g 

Exemplo 02 :       Calcular a altura máxima de sucção para bombear água. Desprezar as perdas de carga na sucção e a elevação da energia cinética.

Se desprezarmos: - perda de carga lwf = Dhs + D h*;

                                 - elevação de energia cinética.

P_v (30° C) = 0,031x10⁵ N/m²
P _atm = 1.013x10⁵ N/m²
r _{água= 1000 kg/m}3

h_s máx = P₀ - Pv -  1  ( u₁²- u₀² ) - Dhs - Dh*
                  r.g      2g

 h_s máx = 1.013x10⁵ - 0,031x10⁵ = 10,01 m
                        9.81 x 1000

 Na prática h_s máx = 6,00 m no máximo; pois, lwf e u₁são diferentes de 0 (zero).
 
 

Exemplo 03 : Calcular a altura máxima de sucção para uma bomba acima do nível do mar ( P_atm = 700mmHg = 9,5 m ) alimentando uma caldeira e recebendo água a 90° C de um pré-aquecedor. O fabricante indica NPSH = 5,5 m. Admitindo que  Dhs=1,2 m e Q = 9 L/s a pressão de vapor da água nas condições de sucção é 7,15 m.

 hs = P₀ - P_v - NPSH - Dhs
              

hs = 9,5 - 7,15 - 5,5 - 1,2

hs = - 4,35 m Þ AFOGADA

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