Quais são as características importantes de um sistema de bomba

 O que significa a classificação da bomba? E qual é o ponto de operação ideal de uma bomba?

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Diferentes tipos de sistemas de bomba centrífuga

Existem muitos tipos de sistemas de bomba centrífuga. Existem muitas variações, incluindo todos os tipos de equipamentos que podem ser conectados a esses sistemas que não são mostrados. Afinal, uma bomba é apenas um único componente de um processo, embora seja importante e vital. A função das bombas é fornecer pressão suficiente para mover o fluido através do sistema na taxa de fluxo desejada.

Pressão, fricção e fluxo são três características importantes de um sistema de bomba.

A pressão é a força motriz responsável pelo movimento do fluido. O atrito é a força que retarda as partículas de fluido. A taxa de fluxo é a quantidade de volume que é deslocado por unidade de tempo. A unidade de fluxo na América do Norte, pelo menos na indústria de bombas, é o galão americano por minuto, USgpm. De agora em diante, usarei apenas galões por minuto ou gpm. No sistema métrico, o fluxo é em litros por segundo (L / s) ou metros cúbicos por hora (m3 / h). 

A pressão da bomba é frequentemente expressa em libras por polegada quadrada (psi) no sistema Imperial e em quiloPascais (kPa) no sistema métrico.

No sistema Imperial de medição, o manômetro de unidade psig ou libras por polegada quadrada é usado, o que significa que a medição da pressão é relativa à pressão atmosférica local, de modo que 5 psig é 5 psi acima da pressão atmosférica local. No sistema métrico, a escala da unidade kPa é uma escala de medição de pressão absoluta e não há kPag, mas muitas pessoas usam o kPa como uma medida relativa à atmosfera local e não se preocupam em especificar isso. Isso não é culpa do sistema métrico, mas da maneira como as pessoas o usam. O termo perda de pressão ou queda de pressão é freqüentemente usado, e se refere à diminuição da pressão no sistema devido ao atrito. Em um cano ou tubo que está no mesmo nível, sua mangueira de jardim, por exemplo, a pressão é alta na torneira e zero na saída da mangueira, essa diminuição da pressão se deve ao atrito e é a perda de pressão.

Como um exemplo do uso de unidades de pressão e fluxo, a pressão disponível para sistemas domésticos de água varia muito dependendo da sua localização em relação à estação de tratamento de água. Pode variar entre 30 e 70 psi ou mais. A tabela a seguir fornece a taxa de fluxo esperada que você obteria para diferentes tamanhos de cano, assumindo que o cano ou tubo seja mantido no mesmo nível que a conexão ao suprimento de pressão de água principal e tenha 100 pés de comprimento.

A pressão da bomba fornece a força motriz para superar as diferenças de fricção e elevação.

É responsável por conduzir o fluido através do sistema, a bomba fornece a pressão. A pressão aumenta quando as partículas de fluido são forçadas a se aproximar. Por exemplo, em um trabalho de extintor de incêndio ou energia foi gasta para pressurizar o produto químico líquido dentro, essa energia pode ser armazenada e usada posteriormente. É possível pressurizar um líquido dentro de um recipiente aberto? Sim. Um bom exemplo é uma seringa, conforme você empurra o êmbolo, a pressão aumenta e mais forte você tem de empurrar. Há fricção suficiente enquanto o fluido se move através da agulha para produzir uma grande pressão no corpo da seringa

O que é atrito em um sistema de bomba?

O atrito está sempre presente, mesmo em fluidos, é a força que resiste ao movimento dos objetos.

Quando você move um sólido em uma superfície dura, há atrito entre o objeto e a superfície. Se você colocar rodas nele, haverá menos atrito. No caso de fluidos em movimento, como água, há ainda menos atrito, mas pode se tornar significativo para tubos longos. O atrito também pode ser alto para tubos curtos que têm uma taxa de fluxo alta e diâmetro pequeno, como no exemplo da seringa.

Em fluidos, o atrito ocorre entre as camadas de fluido que viajam em velocidades diferentes dentro do tubo. Existe uma tendência natural para a velocidade do fluido ser mais alta no centro do tubo do que perto da parede do tubo. O atrito também será alto para fluidos viscosos e fluidos com partículas suspensas.

O atrito depende de:

- velocidade média do fluido dentro do tubo
- viscosidade
- rugosidade da superfície do tubo

Um aumento em qualquer um desses parâmetros aumentará o atrito.

A quantidade de energia necessária para superar a energia de atrito total dentro do sistema deve ser fornecida pela bomba se você quiser atingir a taxa de fluxo necessária. Em sistemas industriais, o atrito normalmente não é uma grande parte da produção de energia de uma bomba. Para sistemas típicos, é cerca de 25% do total. Se ficar muito mais alto, você deve examinar o sistema para ver se os tubos são muito pequenos. No entanto, todos os sistemas de bomba são diferentes, em alguns sistemas a energia de atrito pode representar 100% da energia da bomba. Isso é o que torna os sistemas de bombas interessantes, há um milhão e um de aplicações para eles. Em sistemas domésticos, o atrito pode ser uma proporção maior da produção de energia da bomba, talvez até 50% do total, porque pequenos tubos produzem maior atrito do que tubos maiores para a mesma velocidade média de fluido no tubo (consulte o gráfico de fricção mais adiante neste tutorial).

Outra causa de atrito são todos os acessórios (cotovelos, tês, ys, etc) necessários para levar o fluido do ponto A ao B. Cada um tem um efeito particular nas linhas de fluxo do fluido. Por exemplo, no caso do cotovelo, as partículas de fluido que estão mais próximas do raio interno estreito do cotovelo se elevam da superfície do tubo formando pequenos vórtices que consomem energia. Essa perda de energia é pequena para um cotovelo, mas se você tiver vários cotovelos e outros acessórios, o total pode se tornar significativo. De modo geral, eles raramente representam mais de 30% do atrito total devido ao comprimento total do tubo.

Energia e pressão em sistemas de bomba

Energia e pressão são dois termos freqüentemente usados ​​em sistemas de bombeamento.

Usamos energia para descrever o movimento de líquidos em sistemas de bombeamento porque é mais fácil do que qualquer outro método. Existem quatro formas de energia em sistemas de bomba: pressão, elevação, fricção e velocidade.

A pressão é produzida no fundo do reservatório porque o líquido enche o recipiente completamente e seu peso produz uma força que é distribuída sobre uma superfície que é a pressão. Esse tipo de pressão é chamado de pressão estática. A energia de pressão é a energia que se acumula quando as partículas de líquido ou gás são movidas um pouco mais perto umas das outras e, como resultado, empurram para fora em seu ambiente. Um bom exemplo é um extintor de incêndio, o trabalho foi feito para colocar o líquido no recipiente e depois pressurizá-lo. Assim que o recipiente é fechado, a energia da pressão fica disponível para uso posterior.

Energia de elevação é a energia que está disponível para um líquido quando ele está a uma certa altura. Se você deixá-lo descarregar, ele pode acionar algo útil, como uma turbina produzindo eletricidade.

Energia de fricção é a energia perdida para o meio ambiente devido ao movimento do líquido por meio de tubos e conexões no sistema.

Energia de velocidade é a energia que os objetos em movimento possuem. Quando uma bola de beisebol é lançada por um arremessador, ele fornece energia de velocidade, também chamada de energia cinética. Quando a água sai de uma mangueira de jardim, ela tem energia de velocidade.

 

As três formas de energia: elevação, pressão e velocidade interagem entre si em líquidos.

Para objetos sólidos, não há energia de pressão porque eles não se estendem para fora como líquidos preenchendo todo o espaço disponível e, portanto, não estão sujeitos ao mesmo tipo de mudanças de pressão.

A energia que a bomba deve fornecer é a energia de fricção mais a energia de elevação.

ENERGIA DA BOMBA = ENERGIA DE FRICÇÃO + ENERGIA DE ELEVAÇÃO

Agora, e quanto à cabeça? A cabeça é na verdade uma forma de simplificar o uso de energia. Para usar a energia, precisamos saber o peso do objeto deslocado.

A energia de elevação EE é o peso do objeto W vezes a distância d:

EE = W xd

A energia de atrito FE é a força de atrito F vezes a distância em que o líquido é deslocado ou o comprimento do tubo l:

FE = F xl

Cabeça é definida como a energia dividida pelo peso ou a quantidade de energia usada para deslocar um objeto dividido pelo seu peso. Para a energia de elevação, a altura de elevação EH é:

EH = W xd / W = d

Para energia de atrito, a cabeça de atrito FH é a energia de atrito dividida pelo peso do líquido deslocado:

FH = FE / W = F xl / W (ver Figura 9b)

A força de fricção F está em libras e W o peso também está em libras, de modo que a unidade da cabeça de atrito é os pés. Isso representa a quantidade de energia que a bomba deve fornecer para superar o atrito.

Se eu conectar um tubo ao lado de descarga de uma bomba, o líquido subirá no tubo a uma altura que equilibra exatamente a pressão na descarga da bomba. Parte da altura do líquido no tubo é devido à altura de elevação necessária (altura de elevação) e a outra é a altura de fricção e como você pode ver ambas são expressas em pés e é assim que você pode medi-las.

O que é cabeça estática da bomba

A definição de cabeça do dicionário Webster é: “uma massa de água mantida em reserva a uma altura”.

É expresso em pés no sistema imperial e em metros no sistema métrico. Por causa de sua altura e peso, o fluido produz pressão no ponto baixo. Quanto mais alto for o reservatório, maior será a pressão.

A quantidade de pressão no fundo de um reservatório é independente de sua forma, para o mesmo nível de líquido, a pressão no fundo será a mesma. Isso é importante, pois em sistemas de tubulação complexos sempre será possível saber a pressão na parte inferior se conhecermos a altura.

Quando uma bomba é usada para deslocar um líquido para um nível mais alto, ela geralmente está localizada no ponto baixo ou próximo a ele. A altura manométrica do reservatório, chamada de carga estática, produzirá pressão na bomba que deverá ser superada assim que a bomba for iniciada.

Para distinguir entre a energia de pressão produzida pelo tanque de descarga e o tanque de sucção, a cabeça no lado da descarga é chamada de cabeça estática de descarga e, no lado da sucção, cabeça estática de sucção.

Normalmente, o líquido é deslocado de um tanque de sucção para um tanque de descarga. O fluido do tanque de sucção fornece energia de pressão para a sucção da bomba, o que ajuda a bomba. Queremos saber quanta energia de pressão a própria bomba deve fornecer, portanto, subtraímos a energia de pressão fornecida pela cabeça de sucção. A pressão estática é então a diferença de altura da superfície do fluido do tanque de descarga menos a superfície do fluido do tanque de sucção. A carga estática às vezes é chamada de carga estática total para indicar que a energia de pressão disponível em ambos os lados da bomba foi considerada.

Uma vez que há uma diferença de altura entre os flanges de sucção e descarga ou conexões de uma bomba por convenção, foi acordado que a pressão estática seria medida em relação à elevação do flange de sucção.

Se a extremidade do tubo de descarga estiver aberta para a atmosfera, a pressão estática é medida em relação à extremidade do tubo.

Às vezes, a extremidade do tubo de descarga está submersa, então a altura estática será a diferença na elevação entre a superfície do fluido do tanque de descarga e a superfície do fluido do tanque de sucção. Como o fluido no sistema é um meio contínuo e todas as partículas de fluido são conectadas por meio de pressão, as partículas de fluido localizadas na superfície do tanque de descarga contribuirão para a pressão acumulada na descarga da bomba. Portanto, a elevação da superfície de descarga é a altura que deve ser considerada para carga estática. Evite o erro de usar a extremidade do tubo de descarga como a elevação para calcular a carga estática se a extremidade do tubo estiver submersa.

Observação: se a extremidade do tubo de descarga estiver submersa, então uma válvula de retenção na descarga da bomba é necessária para evitar refluxo quando a bomba for parada.

A cabeça estática pode ser alterada levantando a superfície do tanque de descarga (assumindo que a extremidade do tubo está submersa) ou tanque de sucção ou ambos. Todas essas mudanças influenciarão a taxa de fluxo.

Para determinar corretamente a altura manométrica estática segue as partículas líquidas do início ao fim, o início é quase sempre na superfície do líquido do tanque de sucção, isso é chamado de elevação de entrada. O final ocorrerá quando você encontrar um ambiente com uma pressão fixa, como a atmosfera aberta, este ponto é o final da elevação da descarga ou elevação da saída. A diferença entre as duas elevações é a cabeça estática. A altura manométrica estática pode ser negativa porque a elevação da saída pode ser menor do que a elevação da entrada.

A taxa de fluxo depende da diferença de elevação ou cabeça estática

Para sistemas idênticos, a taxa de fluxo irá variar com a cabeça estática. Se a elevação da extremidade do tubo for alta, a taxa de fluxo será baixa (consulte a Figura 10). Compare isso a um ciclista em uma colina com uma ligeira inclinação para cima, sua velocidade será moderada e corresponderá à quantidade de energia que ele pode fornecer para superar o atrito das rodas na estrada e a mudança na elevação.

Se a superfície do líquido do tanque de sucção estiver na mesma elevação que a extremidade de descarga do tubo, a altura manométrica estática será zero e a vazão será limitada pelo atrito no sistema. Isso é equivalente a um ciclista em uma estrada plana, sua velocidade depende da quantidade de atrito entre as rodas e a estrada e da resistência do ar (ver Figura 11).

Se a extremidade do tubo de descarga for mais baixa do que a superfície do líquido do tanque de sucção, a pressão estática será negativa e a taxa de fluxo alta (consulte a Figura 13). Se a carga estática negativa for grande, então é possível que uma bomba não seja necessária, uma vez que a energia fornecida por esta diferença na elevação pode ser suficiente para mover o fluido através do sistema sem o uso de uma bomba como no caso de um sifão ( consulte o glossário do sistema de bomba). Por analogia, conforme o ciclista desce a colina, ele perde sua energia de elevação armazenada, que se transforma progressivamente em energia de velocidade. Quanto mais baixo ele está na encosta, mais rápido ele vai.

As bombas são geralmente classificadas em termos de carga e fluxo.

A extremidade do tubo de descarga é elevada a uma altura na qual o fluxo para, ou seja, a cabeça da bomba com fluxo zero. Medimos essa diferença de altura em pés. A altura manométrica varia dependendo da vazão, mas neste caso, como não há vazão e, portanto, não há atrito, a altura manométrica da bomba é A ALTURA MÁXIMA QUE O FLUIDO PODE SER ELEVADO COM RESPEITO À SUPERFÍCIE DO TANQUE DE SUCÇÃO. Como não há fluxo, a altura manométrica (também chamada de carga total) que a bomba produz é igual à carga estática.

Nessa situação, a bomba fornecerá sua pressão máxima. Se a extremidade do tubo for abaixada como na Figura 10, o fluxo da bomba aumentará e a altura manométrica (também conhecida como pressão total) diminuirá para um valor que corresponde ao fluxo. Por quê? Vamos começar do ponto de fluxo zero com a extremidade do tubo em sua elevação máxima, a extremidade do tubo é abaixada para que o fluxo comece. Se houver fluxo, deve haver atrito, a energia de atrito é subtraída (porque é perdida) da carga máxima total e a carga total é reduzida. Ao mesmo tempo, a carga estática é reduzida, o que reduz ainda mais a carga total.

Ao comprar uma bomba, você não especifica a pressão máxima total que a bomba pode fornecer, pois isso ocorre com fluxo zero. Em vez disso, você especifica a pressão total que ocorre em sua taxa de fluxo necessária. Esta altura dependerá da altura máxima que você precisa alcançar em relação à superfície do fluido do tanque de sucção e a perda de fricção em seu sistema.

Por exemplo, se sua bomba está fornecendo uma banheira no 2º andar, você vai precisar de altura suficiente para atingir esse nível, que será sua carga estática, mais uma quantidade adicional para superar a perda de fricção através dos tubos e conexões. Supondo que você queira encher a banheira o mais rápido possível, as torneiras da banheira estarão totalmente abertas e oferecerão muito pouca resistência ou perda de fricção. Se você deseja fornecer um chuveiro para esta banheira, você precisará de uma bomba com mais cabeçote para a mesma vazão, pois o chuveiro é mais alto e oferece mais resistência do que as torneiras de banheira.

Felizmente, existem muitos tamanhos e modelos de bombas centrífugas e você não pode esperar comprar uma bomba que corresponda exatamente à pressão que você precisa no fluxo desejado. Você provavelmente terá que comprar uma bomba que forneça um pouco mais de carga e fluxo do que o necessário e ajustará o fluxo com o uso de válvulas apropriadas.

Observação: você pode obter mais altura manométrica de uma bomba aumentando sua velocidade ou o diâmetro do rotor ou ambos. Na prática, os proprietários não podem fazer essas alterações e, para obter uma carga total mais alta, uma nova bomba deve ser adquirida.

A taxa de fluxo depende do atrito

Para sistemas idênticos, a taxa de fluxo irá variar com o tamanho e o diâmetro do tubo de descarga. Um sistema com um tubo de descarga de tamanho generoso terá uma alta vazão. É o que acontece quando você coloca um cano grande em um tanque para ser esvaziado, ele escoa muito rápido.

Quanto menor o tubo, menor é o fluxo. Como a bomba se ajusta ao diâmetro do tubo, afinal, ela não sabe que tamanho de tubo será instalado? A bomba que você instala é projetada para produzir um determinado fluxo médio para sistemas que têm seus tubos dimensionados de acordo. O tamanho do impulsor e sua velocidade predispõem a bomba a fornecer o líquido a uma determinada taxa de fluxo. Se você tentar empurrar o mesmo fluxo através de um pequeno tubo, a pressão de descarga aumentará e o fluxo diminuirá. Da mesma forma, se você tentar esvaziar um tanque com um tubo pequeno, demorará muito para drenar.

Como uma bomba centrífuga produz pressão?

Partículas de fluido entram na bomba pelo flange de sucção ou conexão. Eles então giram 90 graus para dentro do impulsor e preenchem o volume entre cada palheta do impulsor. Esta animação mostra o que acontece com as partículas de fluido daquele ponto em diante.

Uma bomba centrífuga é um dispositivo cujo objetivo principal é produzir pressão, acelerando as partículas de fluido a uma alta velocidade, fornecendo-lhes energia de velocidade. O que é energia de velocidade? É uma forma de expressar como a velocidade dos objetos pode afetar outros objetos, você por exemplo. Você já foi abordado em uma partida de futebol? A velocidade com que o outro jogador chega até você determina o quão forte você é atingido. A massa do jogador também é um fator importante. A combinação de massa e velocidade produz energia de velocidade (cinética). Outro exemplo é pegar um arremesso de beisebol difícil, ouch, pode haver muita velocidade em uma pequena bola de beisebol em movimento rápido. Partículas de fluido que se movem em alta velocidade têm energia de velocidade, basta colocar a mão na extremidade aberta de uma mangueira de jardim.

As partículas de fluido na bomba são expelidas das pontas das palhetas do impulsor em alta velocidade e, em seguida, diminuem a velocidade à medida que se aproximam da conexão de descarga, perdendo parte de sua energia de velocidade. Esta diminuição na energia da velocidade aumenta a energia da pressão. Ao contrário do atrito que desperdiça energia, a diminuição da energia da velocidade serve para aumentar a energia da pressão, este é o princípio da conservação de energia em ação. O mesmo acontece com o ciclista que começa no topo de uma colina, sua velocidade aumenta gradativamente à medida que vai perdendo altitude. A energia de elevação do ciclista foi transformada em energia de velocidade, no caso da bomba a energia de velocidade é transformada em energia de pressão.

Como a taxa de fluxo muda quando a elevação da extremidade do tubo de descarga é alterada ou quando há um aumento ou diminuição no atrito do tubo? Essas mudanças fazem com que a pressão na saída da bomba aumente quando o fluxo diminui, soa ao contrário, não é? Bem, não é e você verá por quê. Como a bomba se ajusta a essa mudança de pressão? Ou em outras palavras, se a pressão muda devido a fatores externos, como a bomba responde a essa mudança.

A pressão é produzida pela velocidade de rotação das palhetas do impulsor. A velocidade é constante. A bomba produzirá uma certa pressão de descarga correspondente às condições particulares do sistema (por exemplo, viscosidade do fluido, tamanho do tubo, diferença de elevação, etc.). Se alterar algo no sistema fizer com que o fluxo diminua (por exemplo, fechando uma válvula de descarga), haverá um aumento na pressão na descarga da bomba porque não há redução correspondente na velocidade do impulsor. A bomba produz energia de velocidade em excesso porque opera a uma velocidade constante, a energia de velocidade em excesso é transformada em energia de pressão e a pressão sobe.

Todas as bombas centrífugas têm uma curva de desempenho ou característica semelhante à mostrada na Figura 21 (assumindo que o nível no tanque de sucção permaneça constante), isso mostra como a pressão de descarga varia com a vazão através da bomba.

De forma que a 200 gpm, esta bomba produz uma pressão de descarga de 20 psig e, à medida que o fluxo cai, a pressão atingirá um máximo de 40 psig.

Nota: Isso se aplica a bombas centrífugas, muitos proprietários têm bombas de deslocamento positivo, geralmente bombas de pistão. Essas bombas produzem fluxo constante, independentemente das alterações feitas no sistema.

O que é cabeça total

A pressão e o fluxo totais são os principais critérios usados ​​para comparar uma bomba com outra ou para selecionar uma bomba centrífuga para uma aplicação. A carga total está relacionada à pressão de descarga da bomba. Por que não podemos simplesmente usar a pressão de descarga? A pressão é um conceito familiar, estamos familiarizados com ela em nosso dia a dia. Por exemplo, extintores de incêndio são pressurizados a 60 psig (413 kPa), colocamos 35 psig (241 kPa) de pressão de ar em nossos pneus de bicicleta e carro. Por boas razões, os fabricantes de bombas não usam a pressão de descarga como critério para a seleção da bomba. Um dos motivos é que eles não sabem como você vai usar a bomba. Eles não sabem qual taxa de fluxo você precisa e a taxa de fluxo de uma bomba centrífuga não é fixa. A pressão de descarga depende da pressão disponível no lado de sucção da bomba. Se a fonte de água da bomba estiver abaixo ou acima da sucção da bomba, para a mesma vazão você obterá uma pressão de descarga diferente. Portanto, para eliminar este problema, é preferível usar a diferença de pressão entre a entrada e a saída da bomba.

Os fabricantes deram um passo além, a quantidade de pressão que uma bomba pode produzir dependerá da densidade do fluido, para uma solução de água salgada mais densa que a água pura, a pressão será maior para a mesma vazão. Mais uma vez, o fabricante não sabe que tipo de fluido está em seu sistema, de modo que um critério que independe da densidade é muito útil. Esse critério existe e é denominado CABEÇA TOTAL, e é definido como a diferença de carga entre a entrada e a saída da bomba.

YVocê pode medir a altura de descarga conectando um tubo ao lado de descarga da bomba e medindo a altura do líquido no tubo em relação à sucção da bomba. O tubo terá que ser bastante alto para uma bomba doméstica típica. Se a pressão de descarga for de 40 psi, o tubo deverá ter 92 pés de altura. Este não é um método prático, mas ajuda a explicar como a cabeça se relaciona com a cabeça total e como a cabeça se relaciona com a pressão. Você faz o mesmo para medir a cabeça de sucção. A diferença entre os dois é a altura manométrica total da bomba.

O fluido no tubo de medição do lado de descarga ou sucção da bomba aumentará para a mesma altura para todos os fluidos, independentemente da densidade. Esta é uma afirmação bastante surpreendente, aqui está o porquê. A bomba não sabe nada sobre cabeça, cabeça é um conceito que usamos para tornar nossa vida mais fácil. A bomba produz pressão e a diferença de pressão na bomba é a quantidade de energia de pressão disponível para o sistema. Se o fluido for denso, como uma solução salina, por exemplo, mais pressão será produzida na descarga da bomba do que se o fluido fosse água pura. Compare dois tanques com o mesmo formato cilíndrico, mesmo volume e nível de líquido, o tanque com o fluido mais denso terá uma pressão maior no fundo. Mas a carga estática da superfície do fluido em relação ao fundo é a mesma. A pressão total se comporta da mesma maneira que a pressão estática, mesmo se o fluido for mais denso, a pressão total em comparação com um fluido menos denso, como água pura, será o mesmo.

Por essas razões, os fabricantes de bombas escolheram a altura manométrica total como o principal parâmetro que descreve a energia disponível da bomba.

Qual é a relação entre cabeça e cabeça total?

A altura manométrica total é a altura para a qual o líquido é elevado no lado da descarga da bomba menos a altura para a qual é elevado no lado da sucção. Por que menos altura do lado da sucção? Porque queremos apenas a contribuição de energia da bomba e não a energia que é fornecida a ela.

Qual é a unidade de cabeça? Primeiro, vamos lidar com a unidade de energia. A energia pode ser expressa em pés-libras, que é a quantidade de força necessária para levantar um objeto multiplicada pela distância vertical. Um bom exemplo é o levantamento de peso. Se você levantar 100 libras (445 Newtons) até 6 pés (1.83 m), a energia necessária é 6 x 100 = 600 pés-lbf (814 Nm).

Cabeça é definida como a energia dividida pelo peso do objeto deslocado. Para o halterofilista, a energia dividida pelo peso deslocado é 6 x 100/100 = 6 pés (1.83 m), então a quantidade de energia por libra de haltere que o halterofilista precisa fornecer é de 6 pés. Não é muito útil saber para um levantador de peso, mas veremos como é muito útil para deslocar fluidos.

Se usarmos energia para descrever quanto trabalho a bomba precisa fazer para deslocar um volume de líquido, precisamos saber o peso. Se usarmos a cabeça, precisamos apenas saber a distância vertical do movimento. Isso é muito útil para fluidos porque o bombeamento é um processo contínuo, geralmente, quando você bombeia e deixa a bomba ligada, você não liga e para a bomba para cada quilo de fluido deslocado. Estamos principalmente interessados ​​em estabelecer uma taxa de fluxo contínua.

O outro aspecto muito útil de usar o cabeçote é que a diferença de elevação ou o cabeçote estático pode ser usado como uma parte do valor do cabeçote total, a outra parte sendo o cabeçote de fricção mostrado na próxima figura.

Quanta pressão estática é necessária para bombear água do térreo para o segundo andar, ou 15 pés de altura? Lembre-se de que você também deve levar em consideração o nível de água no tanque de sucção. Se o nível da água estiver 10 pés abaixo da conexão de sucção da bomba, a altura manométrica estática será 10 + 15 = 25 pés. Portanto, a carga total terá de ser de pelo menos 25 pés mais a perda de carga de fricção do fluido que se move através dos tubos.

Como determinar a cabeça de fricção

A cabeça de fricção é a quantidade de energia perdida devido ao atrito do fluido que se move através de tubos e conexões. É necessária uma força para mover o fluido contra a fricção, da mesma forma que é necessária uma força para levantar um peso. A força é exercida na mesma direção do líquido em movimento e a energia é gasta. Da mesma forma que a cabeça foi calculada para levantar um certo peso, a cabeça de atrito é calculada com a força necessária para superar o atrito vezes o deslocamento (comprimento do tubo) dividido pelo peso do fluido deslocado. Esses cálculos foram feitos para nós e você pode encontrar os valores de perda de carga de fricção na Tabela 1 para diferentes tamanhos de tubos e taxas de fluxo.

O desempenho ou curva característica da bomba

A curva característica da bomba tem uma aparência semelhante à curva anterior, mostrada que também chamei de curva característica que mostrava a relação entre a pressão de descarga e o fluxo (consulte a Figura 21). Como mencionei, esta não é uma maneira prática de descrever o desempenho, porque você teria que saber a pressão de sucção usada para gerar a curva. A Figura 30 mostra uma curva típica de carga total vs. taxa de fluxo. Este é o tipo de curva que todos os fabricantes de bombas publicam para cada modelo de bomba para uma determinada velocidade de operação.

Nem todos os fabricantes fornecem a curva característica da bomba. No entanto, a curva existe e, se você insistir, provavelmente poderá obtê-la. De modo geral, quanto mais você paga, mais informações técnicas você obtém.

Perda de fricção no lado de descarga da bomba

De acordo com o cálculo ou a utilização de tabelas não apresentadas aqui, a perda de fricção para um tubo de 3/4 ″ é uma perda de fricção de 0.23 pés por pé de tubo. Nesse caso, as distâncias são de 10 pés de corrida no distribuidor principal e mais 20 pés do distribuidor principal até o banho, em um comprimento total de 30 pés. A perda de fricção em pés é então 30 x 0.23 = 6.9 pés. Há alguma perda de fricção nas conexões, vamos supor que uma estimativa conservadora seja 30% da perda de carga de fricção do tubo, a perda de carga de fricção nas conexões é = 0.3 x 6.9 = 2.1 pés. A perda total por atrito para o lado da descarga é então 6.9 + 2.1 = 9 pés.

A perda total de fricção para a tubulação no sistema é então 9 + 3.1 = 12.1 pés.

A cabeça estática conforme Figura 41 é de 35 pés. Portanto, a cabeça total é 35 + 12.1 = 47 pés. Agora podemos ir à loja e comprar uma bomba com pelo menos 47 pés de altura manométrica total a 10 gpm. Às vezes, a cabeça total é chamada de Cabeça dinâmica total (TDH), e tem o mesmo significado. A classificação da bomba deve ser o mais próximo possível a esses dois números, sem rachaduras. Como orientação, permita uma variação de mais ou menos 15% na cabeça total. No fluxo, você também pode permitir uma variação, mas pode acabar pagando mais do que precisa.

Qual é a classificação da bomba? O fabricante irá classificar a bomba em sua carga e fluxo totais ideais, este ponto também é conhecido como o ponto de melhor eficiência ou BEP. Com essa taxa de fluxo, a bomba está em sua forma mais eficiente e haverá uma quantidade mínima de vibração e ruído. Obviamente, a bomba pode operar com outras taxas de fluxo, maiores ou menores do que a classificação, mas a vida útil da bomba será afetada se você operar muito longe de sua classificação normal. Portanto, como diretriz, almeje uma variação máxima de mais ou menos 15% na cabeça total.

Calcule a pressão de descarga da bomba a partir da cabeça total da bomba

Para calcular a pressão no fundo de uma piscina, você precisa saber a altura da água acima de você. Não importa se é uma piscina ou um lago, a altura é o que determina quanto peso de fluido está acima e, portanto, a pressão.

A pressão é igual a uma força dividida por uma superfície. Geralmente é expresso em libras por polegada quadrada ou psi. A força é o peso da água. A densidade da água é de 62.3 libras por pé cúbico.

Podemos calcular a pressão de descarga da bomba com base na altura manométrica total obtida a partir da curva característica da bomba. Este cálculo é útil se você deseja solucionar problemas de sua bomba ou verificar se ela está produzindo a quantidade de energia de pressão que o fabricante afirma que produzirá em sua taxa de fluxo operacional.

A bomba terá que gerar elevação para levar a água até sua conexão de sucção. Isso significa que a pressão será negativa (em relação à atmosfera) na sucção da bomba.

Por que essa pressão é menor que pressão atmosférica ou baixo? Se você pegar um canudo, encha-o com água, cubra uma ponta com a ponta do dedo e vire de cabeça para baixo você vai notar que o líquido não sai do canudo, experimente !. O líquido é puxado para baixo pela gravidade e cria uma baixa pressão sob a ponta do dedo. O líquido é mantido em equilíbrio porque a baixa pressão e o peso do líquido são exatamente equilibrados pela força da pressão atmosférica que é direcionada para cima.

O mesmo fenômeno ocorre na sucção da bomba, que puxa o líquido de uma fonte baixa. Assim como no canudo, a pressão próxima à conexão de sucção da bomba deve ser baixa para que o líquido seja sustentado.

Para calcular a carga de descarga, determinamos a carga total da curva característica e subtraímos esse valor da carga de pressão na sucção, o que dá a carga de pressão na descarga, que então convertemos em pressão.

Sabemos que a bomba deve gerar 15 pés de elevação na sucção da bomba, a elevação é altura negativa estática. Na verdade, ele deve ter um pouco mais de 15 metros, porque um levantamento de sucção mais alto será necessário devido ao atrito. Mas vamos supor que o tubo tenha um tamanho generoso e que a perda de fricção seja pequena.

CABEÇA TOTAL = 100 = HD - HS
or
HD = 100 + HS

A carga total é igual à diferença entre a carga de pressão na descarga HD e a carga de pressão na sucção HS. HS é igual a -15 pés porque é um elevador, portanto:

HD = 100 + (-15) = 85 pés