1. As Máquinas Hidráulicas de Fluxo
• Máquina de Fluxo é uma máquina de fluido, em que o escoamento
flui continuamente, ocorrendo transferência de quantidade de
movimento de um rotor para o fluido que atravessa.
• As transformações que ocorrem são do tipo:
Emecânica ⇔ Ecinética ⇔ Epressão.
• Rotor: é a parte principal do mecanismo de transferência da energia
mecânica para a água. Esta energia mecânica é fornecida pelo eixo
em forma de rotação.
1. As Máquinas Hidráulicas de Fluxo
• Para cumprir sua função de forma eficiente, o rotor é auxiliado por
outras partes da bomba. Uma bomba hidráulica de fluxo pode ser
considerada como sendo composta de quatro partes funcionais:
1- Sistema Rotativo Hidrodinâmico
2- Sistema Fixo Hidrodinâmico
3- Sistema de Suporte Mecânico
4- Sistema Auxiliar
1. As Máquinas Hidráulicas de Fluxo
Turbinas: elas têm as mesmas partes funcionais que as bombas
funcionando pelo mesmo princípio físico, mas em sentido
contrário:
A água é conduzida através do rotor transferindo energia para ele,
que é o faz girar transmitindo potência através do eixo para uma
máquina externa.
1.1. Partes funcionais da bomba hidráulica de fluxo
1- Sistema Rotativo Hidrodinâmico (SRH)
Este conjunto é composto pelas partes móveis da máquina hidráulica
de fluxo, incluindo:
- rotor
- eixo
SRH é responsável pela transformação:
Emecânica ⇔ Ehidráulica
1- Sistema Rotativo Hidrodinâmico (SRH)
Sistema hidrodinâmico rotativo de uma bomba hidráulica de fluxo.
1- Sistema Rotativo Hidrodinâmico (SRH)
A energia é transmitida pelo eixo, a partir de fonte de energia mecânica
externa, para o rotor. O rotor transfere quantidade de movimento para o
fluido acelerando o escoamento em direção à sua periferia, onde a
energia do escoamento será convertida em energia hidráulica, na forma
de um aumento de pressão.
Em uma turbina o sistema rotativo hidrodinâmico é parecido, a água
entra pela periferia do rotor, interage com as pás e perde pressão
chegando ao centro do rotor onde é descarregada para o ambiente.
2- Sistema Fixo Hidrodinâmico (SFH)
• Este sistema é composto pela caixa externa da máquina que contém as
seções de entrada e de saída do fluido.
• Tem a finalidade de abrigar o rotor e direcionar o escoamento do
rotor (bomba) ou para o rotor (turbina).
SAIDA
SAIDA
ENTRADA
CAIXA
ASPIRAL
Esquema do sistema hidrodinâmico fixo de uma bomba hidráulica
de fluxo.
2- Sistema Fixo Hidrodinâmico (SFH)
A parte do SFH que interage com o rotor, por uma entrada ao longo
da face interna, tem a área da seção transversal aumentando
progressivamente, e adquire a forma de um caracol, recebe o nome
de caracol ou voluta. Nas bombas hidráulicas de fluxo o caracol,
ainda, recupera a elevada energia cinética, que o fluido contém ao
deixar o rotor, convertendo-a em pressão.
SAIDA
SAIDA
ENTRADA
CAIXA
ASPIRAL
3- Sistema de Suporte Mecânico (SSM)
• Este conjunto é constituído pelos elementos mecânicos necessários
para sustentar adequadamente todos os elementos da máquina.
• O Sistema Hidrodinâmico Rotativo é sustentado por
mancais de rolamento, que permitem uma rotação livre de vibrações, e
com rendimento mais alto possível.
Corte parcial de uma Bomba Hidráulica de fluxo, com destaque para o
conjunto de mancais de rolamento, que compõem o SSM.
4- Sistema Auxiliar (AS)
É composto por elementos necessários, mas não ligados, ao
funcionamento da máquina. São os:
- Sistema de vedação: impede a fuga da água pelos interstícios
entre a caixa e o rotor ou o eixo. O vazamento não deve ser
totalmente eliminado, pois a água também age como lubrificante
a sua falta pode levar ao desgaste prematuro do vedante.
- Sistema de lubrificação
Sistema de vedação por gaxeta
1.2. Rotor das Bombas Hidráulicas de Fluxo
• O rotor é de forma circular, dotado de pás, e transfere energia mecânica
de rotação através da interação das pás com o fluido.
• As bombas de fluxo têm três tipos de rotores quanto ao sentido do
escoamento ao passar no interior do rotor: radial, mista e axial.
Rotores radial, misto e axial
1.2. Rotor das Bombas Hidráulicas de Fluxo
Ao transferir energia para o líquido o rotor força o líquido a seguir uma
trajetória pelo seu interior.
De acordo com a forma da trajetória das partículas fluidas as bombas
são classificadas em:
- bombas centrifugas
- bombas de fluxo misto ou helicoidais
- bombas axiais
1- Bomba radial ou centrífuga
• Máquinas de reação; o escoamento ao passar pelo rotor é radial.
• Operam baixas vazões e altas alturas (pressões).
• Podem ter um (01) rotor ou vários rotores; simples sucção ou
dupla sucção (rotor gêmeo); rotor fechado, semi aberto ou aberto,
eixo horizontal ou vertical.
• Os rotores fechado, semi-aberto e aberto são utilizados em função
da viscosidade ou do tipo do líquido.
1- Bomba radial ou centrífuga
Rotores radiais de simples sucção e dupla sucção
1- Bomba radial ou centrífuga
Rotores fechado, semi aberto e aberto
1- Bomba radial ou centrífuga
Na figura abaixo, a bomba é classificada como sendo simples sucção,
rotor radial ou centrífugo, de um (01) estágio e eixo horizontal.
Saída
Entrada
Bomba radial, de simples sucção, um estágio e eixo vertical.
1- Bomba radial ou centrífuga
A figura abaixo apresenta uma bomba de simples sucção, rotores
radiais ou centrífugos, de quatro estágios e eixo horizontal.
Saída
Entrada
Bomba centrífuga de (04) estágios, simples sucção e eixo
horizontal.
2- Bomba de Fluxo Misto ou Diagonal
• Neste tipo de bomba o fluido chega axialmente ao rotor e já atinge
as pás.
• As pás são de dupla curvatura impondo ao fluido uma trajetória
em forma de curva reversa que chega ao bordo de saída da pá.
• Destina-se a serviços onde é necessário altas vazão e pequena
altura.
3- Bomba Axial ou Propulsora
O escoamento neste tipo de bomba é paralelo ao eixo, e o rotor aplica
uma aceleração ao fluido dotando-o, na saída, de um movimento
helicoidal superposto ao movimento axial.
São destinadas a serviços caracterizados por altas vazões e baixos
desníveis.
4- Bombas mistas
São aquelas nas quais a água entra radialmente no rotor e é
liberada axialmente.
Pertencem a este tipo as turbinas Francis, introduzidas em 1849.
Instalação de uma Turbina Francis
4- Bombas mistas
• Operam médias vazões e médias alturas.
• Podem ter um (01) rotor ou vários rotores, simples sucção ou dupla
sucção.
Entrada
Bomba de eixo horizontal, simples sucção, escoamento misto e
simples estágio
4- Bombas mistas
A figura mostra uma bomba de eixo vertical,
simples sucção, três (03) estágios e rotores de
escoamento misto. Neste caso os rotores estão
submersos, mas o motor não. Elas também são
conhecidas como de eixo prolongado, podendo
ter um (01) ou mais rotores e com escoamento
radial, misto ou axial.
Existem outros tipos de bombas com eixo vertical.
Por exemplo, as bombas submersas, onde bomba
e o motor estão dentro do líquido. Essas bombas
são utilizadas em poços profundos.
Bomba de eixo vertical, simples sucção, três (03) estágios e rotores
mistos
1.3. Ventiladores
• Definição: São definidos como geradores de fluxo, que trabalham
com fluidos no estado gasoso, provocando uma diferença de
pressão inferior a 0,2 [kgf/cm2].
Desta forma, são considerados “máquinas hidráulicas”.
• Podem ser de escoamento centrífugo (radial), misto e axial.
Ainda podem ser de simples sucção ou dupla sucção.
1.3. Ventiladores
Centrífugo ou radial
Misto ou diagonal
Rotores de ventiladores
Axial
1.3. Ventiladores
Ventilador radial ou centrífugo
Ventilador axial
Ventiladores centrífugo e axial, ambos de simples sucção.