Qual o projeto de uma bomba submersível de fluxo axial vertical?

As bombas submersíveis de fluxo axial vertical são máquinas hidráulicas especializadas concebidas para movimentar eficientemente grandes volumes de água ou outros líquidos em diversas aplicações. Estas bombas são amplamente utilizadas em sistemas de irrigação, controlo de cheias, estações de tratamento de águas residuais e processos industriais onde são necessários caudais elevados e condições de pressão baixa a média. O design único de fluxo axial vertical destas bombas permite que sejam totalmente submersas no líquido que bombeiam, oferecendo diversas vantagens em relação às configurações das bombas tradicionais.

O projeto de fluxo axial vertical é caracterizado pela sua capacidade de mover o fluido paralelamente ao eixo da bomba, utilizando impulsores de formato especial para criar impulso axial. Este design permite que a bomba lide com grandes volumes de água com um consumo mínimo de energia, tornando-a a escolha ideal para aplicações que exigem um funcionamento contínuo e uma elevada eficiência. A natureza submersível destas bombas também contribui para a sua dimensão compacta e níveis de ruído reduzidos, uma vez que toda a unidade funciona abaixo da superfície do líquido.

Princípio de funcionamento

O princípio de funcionamento das bombas submersíveis de fluxo axial vertical baseia-se na conversão da energia mecânica rotacional em energia cinética e potencial do fluido bombeado. Como o nome sugere, estas bombas operam com o veio orientado verticalmente e toda a unidade submersa no líquido. O processo inicia-se quando o motor elétrico, localizado na parte superior do conjunto da bomba, começa a rodar o veio.

O veio rotativo está ligado a um impulsor, que é o principal componente responsável pela movimentação do fluido. À medida que o impulsor gira, cria uma área de baixa pressão na entrada da bomba, puxando água para o interior da bomba. O design único do impulsor de fluxo axial, com as suas pás em forma de hélice, acelera a água axialmente – ou seja, paralelamente ao eixo. Esta aceleração transmite energia cinética à água, aumentando a sua velocidade à medida que esta se desloca pela bomba.

À medida que a água flui através do impulsor, é guiada por palhetas estacionárias conhecidas como difusor. O difusor desempenha um papel crucial na conversão da energia cinética da água em movimento rápido em energia de pressão. Aumenta gradualmente a área de escoamento, o que reduz a velocidade da água e ao mesmo tempo aumenta a sua pressão. Este aumento de pressão é o que permite à bomba ultrapassar a resistência da altura manométrica e deslocar a água para altitudes mais elevadas ou através de um sistema de tubagem.

A água pressurizada sai da bomba através do bocal de descarga, que normalmente se encontra acima da superfície da água. A operação contínua deste processo permite que a bomba submersível de fluxo axial vertical mova grandes volumes de água de forma eficiente, tornando-a ideal para aplicações que exigem caudais elevados com aumentos de pressão relativamente baixos.

Considerações de projeto

O projeto de bombas submersíveis de fluxo axial vertical implica uma consideração cuidadosa de vários fatores para garantir um desempenho, eficiência e durabilidade ideais. Os engenheiros devem ter em conta os requisitos específicos da aplicação, tais como o caudal desejado, a pressão manométrica e as características do fluido que está a ser bombeado. Aqui estão algumas considerações importantes de design:

Tamanho e forma do impulsor: O impulsor é o coração da bomba e o seu design influencia significativamente o desempenho da bomba. Nas bombas de fluxo axial, o impulsor assemelha-se normalmente a uma hélice com pás cuidadosamente contornadas. O tamanho do impulsor afeta diretamente o caudal, sendo os impulsores maiores geralmente capazes de movimentar mais água. O formato das pás é otimizado para proporcionar a transferência de energia mais eficiente para o fluido, minimizando a turbulência e a cavitação. Os engenheiros utilizam simulações avançadas de dinâmica de fluidos computacional (CFD) para ajustar o design do impulsor de forma a obter a máxima eficiência.

Formato do difusor: O difusor, localizado imediatamente após o impulsor, desempenha um papel crucial na conversão da energia cinética da água em energia de pressão. O seu design deve complementar o impulsor para garantir uma transição suave do fluxo e uma conversão eficiente da energia. A forma e o número de palhetas no difusor são cuidadosamente calculados para minimizar as perdas e otimizar a recuperação da pressão. Um difusor bem concebido pode melhorar significativamente a eficiência global da bomba.

Material da carcaça: A carcaça da bomba, também conhecida como carcaça, deve ser construída com materiais que possam suportar a natureza corrosiva e erosiva dos fluidos bombeados, bem como as pressões envolvidas. Os materiais comuns incluem ferro fundido, aço inoxidável e, em alguns casos, ligas ou compósitos especializados. A escolha do material depende de fatores como a composição química do fluido, as temperaturas de funcionamento e a presença de partículas abrasivas. O design da caixa deve também facilitar a manutenção e a reparação, garantindo ao mesmo tempo uma vedação estanque para proteger os componentes internos.

Potência do motor: O motor elétrico que aciona a bomba deve ser dimensionado adequadamente para satisfazer as condições de caudal e altura manométrica exigidas. Os motores subdimensionados podem levar a um mau desempenho e a avarias prematuras, enquanto os motores sobredimensionados resultam num consumo desnecessário de energia e em custos mais elevados. Os engenheiros calculam a potência necessária do motor com base na potência hidráulica necessária para movimentar o fluido, tendo em conta a eficiência da bomba e do motor. Além disso, o motor deve ser concebido para operar de forma fiável em ambiente submerso, com mecanismos de vedação e arrefecimento adequados.

Outras considerações importantes de design incluem:

Conceção do veio: O veio da bomba deve ser suficientemente forte para transmitir a potência do motor ao impulsor, ao mesmo tempo que resiste à deflexão e à vibração.

Rolamentos e vedantes: Estes componentes devem ser selecionados para suportar condições de funcionamento submersas e proporcionar fiabilidade a longo prazo.

Projeto da entrada: A entrada da bomba deve ser moldada para garantir uma entrada suave de água e minimizar o risco de formação de vórtices, o que pode reduzir a eficiência e causar danos.

Sistema de refrigeração: O arrefecimento adequado do motor e dos rolamentos é essencial para o funcionamento a longo prazo, muitas vezes conseguido através do próprio fluxo do fluido bombeado.

Compatibilidade dos materiais: Todos os componentes devem ser compatíveis com o fluido bombeado para evitar a corrosão ou degradação ao longo do tempo.

Ao considerar cuidadosamente estes fatores de design, os engenheiros podem criar bombas submersíveis de fluxo axial vertical que oferecem uma elevada eficiência, fiabilidade e uma longa vida útil em aplicações exigentes.

Fornecedor de bomba de caudal axial vertical submersível

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Antes de qualquer bomba sair da fábrica, é submetida a testes abrangentes para verificar as suas características de desempenho, incluindo caudal, pressão e eficiência. Este processo de teste ajuda a garantir que cada bomba funcionará como esperado quando instalada no terreno.

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Referências:

1. Karassik, I. J., Messina, J. P., Cooper, P., & Heald, C. C. (2008). Pump Handbook (4th ed.). McGrawHill Education.

2. Gülich, J. F. (2014). Centrifugal Pumps (3rd ed.). Springer.

3. Tuzson, J. (2000). Centrifugal Pump Design. John Wiley & Sons.

4. Lobanoff, V. S., & Ross, R. R. (2013). Centrifugal Pumps: Design and Application (2nd ed.). Elsevier.

5. Nelik, L. (1999). Centrifugal and Rotary Pumps: Fundamentals with Applications. CRC Press.