Considerações importantes no projeto de bombas de água

May 18, 2023

Projetar uma nova bomba do zero não é fácil e não há nada no mercado que forneça todas as ferramentas necessárias para projetar uma bomba exatamente como foi solicitada. Algumas dessas fontes podem fornecer informações sobre o projeto do impulsor, enquanto outras podem ajudar no layout das passagens hidráulicas (carcaça/recipiente, voluta, difusor, cruzamento, etc.).

Contudo, é a combinação dos dois componentes hidráulicos trabalhando em conjunto que determinará as características de desempenho da bomba. Por exemplo, se o projeto do olho do impulsor estiver restringindo a capacidade de desvio da bomba, aumentar as áreas de fluxo dentro da voluta poderá não ter efeito no desempenho de desvio. Com a falta de padronização no projeto hidráulico de bombas, e sem duas empresas ou engenheiros usando exatamente os mesmos métodos, fontes ou técnicas, este artigo se concentrará nas considerações aceitas pela indústria ao projetar bombas para aplicações de água potável.

A maioria das bombas utilizadas em aplicações de água potável são do tipo rotodinâmico, mais especificamente, de projeto radial (ou centrífugo). Isso não quer dizer que bombas de fluxo misto ou axial não possam ser usadas em aplicações de água potável, apenas que bombas de sucção final horizontais suspensas, bombas verticais suspensas em linha, caixas divididas horizontais e bombas verticais de turbina (descarga através da coluna) são tradicionalmente usadas no transferência de água potável. As bombas centrífugas de água potável são projetadas especificamente para circular ou mover água potável limpa e fresca de um local para outro.

Estas bombas são utilizadas numa variedade de ambientes, tais como sistemas de água municipais, estações de tratamento de água e sistemas de irrigação agrícola, e o seu design deve cumprir todos os regulamentos, normas e códigos locais relevantes. No processo de projeto, há considerações importantes a serem abordadas, que vão desde os materiais de construção até o tipo de vedação mecânica e o plano de tubulação apropriado. Este artigo concentra-se nas considerações importantes para bombas do tipo voluta, mas dependendo da aplicação ou do ambiente, pode haver fatores adicionais que afetam o projeto da bomba.

Projeto da bomba

O projeto hidráulico de impulsores, volutas e carcaças não é padronizado na indústria de bombas e não será abordado. No entanto, existem vários factores que são universalmente aceites e que auxiliam no projecto hidráulico de bombas de água potável, e o seu valor deve ser conhecido por todos, desde engenheiros de projecto até utilizadores finais.

Ao projetar uma bomba de água potável, a eficiência é um parâmetro essencial que precisa ser considerado. É afetado por vários fatores, como tipo de bomba, tamanho, orientação e velocidade de operação. Um fator importante que afeta a eficiência da bomba é a velocidade específica da bomba. A velocidade específica (Ns) é um parâmetro usado para descrever o desempenho de uma bomba rotodinâmica. É definido como um índice de desempenho da bomba no ponto de melhor eficiência (BEP), taxa de vazão e altura manométrica, com o diâmetro máximo do impulsor e em uma determinada velocidade de rotação (Equação 1).

O índice informa ao engenheiro projetista o tipo de bomba necessária para a aplicação. Juntamente com o tipo de bomba, a velocidade específica estabelecerá a eficiência máxima alcançável para o projeto específico. A eficiência atingível de uma bomba é a eficiência máxima que pode ser alcançada para um determinado projeto de bomba com base no tipo de bomba, vazão do projeto (BEP) e velocidade específica (Imagem 1).

Existem fatores adicionais que podem afetar a eficiência alcançável, como o acabamento superficial das passagens de fluxo e as folgas de funcionamento (anel de desgaste) dos componentes internos da bomba; no entanto, o seu efeito na eficiência máxima alcançável depende da velocidade específica da bomba (Imagens 2 e 3). As bombas de maior capacidade de produção no BEP normalmente têm uma maior eficiência alcançável do que as bombas de menor capacidade quando projetadas para velocidades específicas semelhantes, e compreender essa relação é crucial no processo de projeto.

As transições da área de fluxo criadas durante o estágio de projeto de sucção (entrada) e desenvolvimento da voluta também podem afetar a eficiência da bomba. Essas transições precisam ser projetadas para minimizar perdas, e isso pode ser feito minimizando mudanças repentinas nas áreas transversais e suavizando a transição do bocal de sucção para a seção do olho do impulsor, bem como do corte da voluta (ou língua) para o bocal de descarga. Isso normalmente é feito avaliando as passagens de sucção e descarga separadamente e ajustando a progressão da área na direção do fluxo. A imagem 4 mostra a expansão gradual típica das áreas transversais no desenvolvimento da voluta desde o talha-mar (ou língua) até o bocal de descarga para uma bomba de caixa bipartida horizontal (BB1).