Para a especificação de bombas dosadoras alternativas são necessários os seguintes dados:
- Tipo de bomba: Simplex, Duplex, Triplex, etc.
- Características do fluído a ser bombeado, tais como: peso específico, viscosidade, etc.
- Temperatura do fluído.
- Capacidade prevista para a bomba.
- Pressão diferencial de operação.
- Pressão diferencial mínima.
- Pressão máxima de descarga.
- NSPH disponível.
Os primeiros cinco itens não requerem explicações. Quanto aos outros três queremos tecer as nossas considerações.
Item 6 – Pressão Diferencial Mínima
Para que uma bomba alternativa funcione satisfatoriamente, especialmente quando aplicada em dosagem, a pressão de descarga deve ser maior que a pressão de sucção. Isto pode ser constatado se considerarmos o caso extremo, quando a pressão de sucção é maior que a pressão de recalque. Neste caso o líquido não se limitará a entrar no cilindro da bomba durante a fase de aspiração, mas continuará a fluir pela boca de descarga, independentemente da ação do pistão. Assim sendo, o fluxo não é limitado ao curso do pistão como deve ser nas operações de dosagem. Nestes casos, para se criar uma contra-pressão na linha de recalque torna-se necessário a colocação de uma válvula assim chamada de “contra-pressão”.
A válvula de contra-pressão contudo, é recomendada somente em casos onde não há alternativa pois a válvula, sendo solicitada a abrir e fechar de modo contínuo, torna-se uma área sujeita a problemas.
A especificação da pressão mínima diferencial permite ao fornecedor selecionar a válvula de contra-pressão adequada a bomba e às condições de serviços.
A pressão diferencial mínima é obtida subtraindo-se a pressão máxima à aspiração da pressão mínima de descarga da bomba. Para se conseguir uma boa performance em uma bomba dosadora alternativa, a pressão diferencial mínima não deveria ser inferior a 1 kg/cm2.
Item 7 – Pressão Máxima de Descarga
A pressão máxima de descarga é utilizada pelo fabricante para determinar o tipo de carcaça. Um erro é ignorar a diferença entre bomba alternativa e bomba centrífuga.
No caso das bombas centrífugas, a pressão diferencial de projeto é somada à pressão máxima de aspiração. Sendo este valor considerado como a pressão máxima de descarga.
Naturalmente isto é errado quando adotado na seleção de uma bomba alternativa porque esta última gerará sempre uma pressão correspondente às condições de descarga.
A pressão máxima de aspiração para as bombas alternativas não influi na pressão máxima de descarga. Infelizmente, devido à natureza pulsante do fluxo, não é possível uma determinação precisa da pressão máxima de descarga até que a bomba não tenha sido escolhida.
Entretanto, sugerimos o seguinte procedimento:
1. Calcular a pressão operacional de descarga, somando:
- a – Pressão existente no tanque de descarga
- b – Pressão correspondente à altura estática no tanque de descarga.
- c – Perda de carga na linha
Obs.: As perdas de carga por atrito na tubulação são calculadas pela vazão máxima ou pelo pico do fluxo, o qual é 3,2 vezes o fluxo médio para uma bomba “Simplex”, 1,6 vezes para bomba “Duplex” e cerca de 1,1 vezes para a bomba “Triplex”.
2. Aumentar a pressão operacional de descarga de 1 kg/cm2 ou de 10%, o que for maior. Adotar este valor como pressão máxima de descarga.
3. Especificar uma válvula de segurança instalada entre a linha de descarga e a de aspiração, cuja pressão de calibragem seja a pressão máxima de recalque determinada pelo item (2). Verificar também, que o mecanismo da bomba seja projetado para operar nesta pressão de descarga.
4. Verificar que a pressão máxima de descarga acima especificada não seja ultrapassada pela pressão correspondente à altura devida à aceleração.
Para bomba do tipo “Simplex” e “Duplex”, a pressão máxima de descarga corresponde à soma de:
- a – Pressão existente no tanque de descarga.
- b – Pressão correspondente à altura estática c – Pressão correspondente à altura devida à aceleração
Obs.: É interessante notar que as perdas de carga pelo atrito não foram incluídas porque a altura de aceleração é máxima no começo do curso de descarga do pistão, ocasião em que o fluxo e consequentemente o atrito, são nulos.
A altura devida à aceleração (pressão decorrente da inércia do fluxo na tubulação) pode ser computada utilizando-se a seguinte expressão que, todavia, poderá ser aplicada tanto para as linhas de aspiração como para as de recalque da bomba.
Para as bombas do tipo “Triplex”, a pressão máxima de descarga é computada somando-se:
- a – Pressão existente no tanque de descarga
- b – Pressão correspondente à altura estática
- c – Pressão correspondente à altura de aceleração
- d – Pressão devida à perda de carga por atrito.
Obs.: A altura de aceleração para a bomba “Triplex” é igual aos valores encontrados pela expressão (A) divididos por 2,7.
5. Se a pressão máxima de descarga originalmente especificada para a bomba recomendada for superada pela pressão correspondente à altura de aceleração, aplicar uma das seguintes alterações:
- a – Reespecificar a pressão máxima de recalque e a pressão de calibragem da válvula de segurança.
- b – Escolher uma bomba com menor número de pulsações/minuto.
- c – Aumentar o diâmetro da linha de recalque.
- d – Instalar um amortecedor de pulsações na linha de recalque.
Item 8 – Altura Positiva na Aspiração (NPSH)
A escolha do melhor valor a ser utilizado para o termo da tensão de vapor nos cálculos do NPSH disponível é o mesmo das bombas centrífugas.
A formação dos gases dissolvidos reduz a eficiência volumétrica da bomba alternativa mas não ocasionam excessivas perturbações, talvez porque se redissolvem mais lentamente do que se formam. Entretanto, a formação de vapor que podem causar “golpes de aríete” deverão ser evitadas.
Em vista disso, para a tensão de vapor deverão ser utilizados valores conservadores.
Por outro lado, as perdas devidas à aceleração na linha de sucção não podem ser determinadas a menos que a bomba tenha sido escolhida. Isto dificulta a determinação do NPSH disponível na aspiração.
Uma maneira de se evitar este problema é especificando o NPSH disponível à entrada da linha de sucção e exigindo do fabricante da bomba a inclusão da perda de carga devida à altura de aceleração na linha de sucção quando determinar o NPSH requerido da bomba. Alguns fabricantes já o fazem como praxe, outros não. Este é um ponto importante a ser lembrado quando da comparação entre dois fornecedores. O fabricante que especifica o NPSH requerido à aspiração da própria bomba parece ter um produto superior àquele que inclui a altura de aceleração da linha de sucção e especifica o NPSH requerido à entrada da linha de aspiração.
No caso que o fabricante não inclua a altura de aceleração da linha de sucção proceder da seguinte forma:
1. Especificar o NPSHd como no caso das bombas centrífugas, assumindo as perdas por atrito na linha de sucção como fator preponderante (isso geralmente não é verdade. Isso é certo somente para as bombas de velocidade muito baixa). A altura positiva disponível à aspiração é igual a:
NPSHd = Ps + hs – hf – Pv
Sendo:
Obs.: A perda de carga devida ao atrito é computada pela vazão máxima instantânea, a qual é:
- a – para as bombas do tipo “Simplex” = 3,2 vezes a vazão média.
- b – para as do tipo “Duplex” = 1,6 vezes a vazão média
- c – para as do tipo “Triplex” = 1,1 vezes a vazão média
2. Quando o fabricante recomendar uma determinada bomba, verificar que o NPSHr à aspiração seja menor que o NPSHd quando é considerada a perda devido a altura de aceleração da linha de sucção.
- a – Para as bombas do tipo “Simplex” e “Duplex”, quando a altura de aceleração é o fator predominante, o NPSH disponível é determinado como segue:
NPSHd = Ps + hs – ha – PV
Sendo:
- b – Para a bomba tipo “Triplex”, quando a altura de aceleração é o fator predominante, o NPSH disponível é determinado como segue:
NPSHd = Ps + hs – hf – ha – PV
Sendo:
Obs.: As perdas devidas ao atrito devem ser computadas para 90% da vazão máxima instantânea. A altura de aceleração obtida pela expressão (A) deve ser dividida por 2,7.
3. Se o NPSH disponível assim calculado for menor que o NPSH requerido, procede-se da seguinte forma:
- a – Escolher uma bomba com um número menor de pulsações/minuto ou uma com maior número de cilindros.
- b – Aumentar a altura estática
- c – Aumentar a pressão no tanque de alimentação
- d – Acrescentar uma bomba “booster” no sistema
- e – Aumentar o diâmetro da linha de sucção.
- d – Instalar um amortecedor de pulsações na linha de sucção para que o NPHSD se torne maior que o NSPHR.
Obs.: No caso de instalar o amortecedor de pulsações, seja na sucção ou no recalque da bomba, para efeito de cálculo da altura de aceleração considerar o comprimento da tubulação correspondente de 5 a 15 vezes o diâmetro do tubo.
É boa pratica prever o NPSHD maior de 3 a 5 PSIG que o NPSHR.
Autor:
Sr. Renzo Testa
1980
Eng. Renzo Testa (1928 – 2009)
Originário da cidade de Parma (Itália), foi Diretor Técnico Consultivo da OMEL de 1964 até o final dos anos 90, quando retornou à Itália para administrar a empresa de engenharia de seu primo em Cremona. Profundo conhecedor de aplicações e processos industriais, soube sempre conquistar os clientes através da sua simpatia, humildade e conhecimento. Sempre disponível para todos, seu lema era “o cliente em primeiro lugar”. A OMEL até hoje segue a orientação do Professor Renzo Testa, colocando seus clientes em primeiro lugar.
Diretoria
OMEL Bombas e Compressores Ltda.
