Bomba hidráulica

A primeira razão para o ser humano necessitar de uma bomba foi a agricultura. Embora a agricultura esteja em prática há mais de 10 000 anos, os primeiros registros que temos de irrigação são devidos aos egípcios. Inicialmente transportavam a água em potes, mas cerca de 1 500 a.C. apareceu a primeira máquina de elevação de água, a picota. Posteriormente apareceram o sarilho, usado para elevar um balde, a nora e a roda persa. Todas estas máquinas eram movidas por trabalho humano ou animal. O sarilho é empregado ainda hoje no abastecimento de água. Um dos tipos mais antigos de bomba foi o Parafuso de Arquimedes, empregado por Senaqueribe, Rei da Assíria, para a irrigação dos Jardins Suspensos da Babilônia e Nínive, no século VII a.C. e posteriormente descritas em maior detalhe por Arquimedes no século III a.C. As bombas alternativas a pistão ou êmbolo já eram do conhecimento dos gregos e dos romanos. Ctesibius, por volta de 250 a.C., inventou uma bomba alternativa movida por uma roda d’água, construída por seu discípulo Hero de Alexandria. No Museu Arqueológico Nacional de Espanha, em Madri, há uma bomba alternativa duplex, de acionamento manual, fabricada entre os séculos I e II d.C. Esta bomba foi encontrada na mina de Sotiel-Coronada en Calañas, Andaluzia, Espanha. No século XIII d.C., al-Jazari descreveu e ilustrou diversos tipos de bombas, entre outras, a bomba alternativa, o burrinho a vapor, a bomba de sucção e a bomba de pistão.

Classificamos as bombas em dois principais grupos: bombas de deslocamento positivo e bombas cinéticas. Seus nomes descrevem o método para mover o fluido.

Bombas sempre foram usadas em muitos pontos na sociedade para uma grande variedade de propósitos. Há muito tempo, as aplicações incluíam o uso de cata-ventos ou rodas d'água no bombeio de água para o consumo humano, para a irrigação ou para o consumo animal. No presente, usamos bombas para irrigação, para abastecimento de água corrente, abastecimento de gasolina e outros combustíveis, sistemas de condicionamento de ar, refrigeração, movimentação de produtos químicos, movimentação de águas servidas, combate a enchentes, serviços em embarcações, etc. Por causa da grande variedade de aplicações, as bombas apresentam uma variedade extrema de formas e tamanho: de muito grandes a muito pequenas, do manuseio de líquidos e de misturas de líquido e sólidos, de pressões altas e baixas, de vazão ou caudal pequenos e grandes. As bombas de líquidos e de misturas de líquido e sólidos podem perder escorva e pode ser necessária a escorva da bomba, que é encher a carcaça e as tubulações de sucção antes de iniciar o bombeio. A perda de escorva é geralmente devida à entrada de ar no interior da bomba ou da tubulação de sucção. As folgas de operação e os princípios de funcionamento das bombas usadas para líquidos faz com que, quando bombeiam vapores ou gases, não possam deslocar o ar, vapor ou gás devido à densidade muitas vezes menor destes fluidos. Também existem bombas específicas para encher pneus de bicicleta.

As bombas são usualmente selecionadas pela potência expressa em kW ou HP, vazão ou caudal, pressão de descarga e pressão de sucção. Nas bombas cinéticas, é usual expressar a pressão em altura de coluna do líquido bombeado, dada a forma como a conversão de energia se processa. A altura de coluna pode ser fisicamente materializada por uma coluna vertical de líquido em equilíbrio com a atmosfera.

No passado distante, era comum a extração de água por meio de bombas manuais instaladas sobre um poço, onde as pessoas poderiam extrair água para seu consumo. Isto era mais comum antes das residências disporem de água canalizada. Destas bombas ficou a expressão inglesa "parish pump" para o tipo de assunto que, no passado, as pessoas conversavam ao ir apanhar água; também significa "assunto de interesse puramente local". Como a água destas bombas é mais sujeita à contaminação, já que é extraída diretamente do solo e não sofre qualquer filtração, torna-se mais provável a ocorrência de doenças gastrointestinais. Hoje em dia, as bombas manuais de extração de água ainda são a opção de abastecimento de água de baixo custo mais sustentável em locais pobres, mais frequentes em áreas rurais nos países em desenvolvimento. Uma bomba manual permite o acesso a água de subsolo que frequentemente é menos poluída e reduz as possibilidades de contaminação se comparada à extração tradicional através de baldes. Bombas como a Afridev são concebidas para serem de construção e de instalação de baixo custo e fáceis de manter com peças simples. No entanto, a escassez de peças para este tipo de bombas em algumas regiões a torna menos útil nestas áreas.

As bombas foram acionadas, na antiguidade, por rodas d'água, cata-ventos e pela força muscular, fosse de homens ou de animais. Embora ainda haja muitas bombas acionadas manualmente, a grande maioria das bombas modernas é acionada por motores elétricos. Em menor quantidade, são acionadas também por motores de combustão interna e por turbinas a vapor ou a gás e motores hidráulicos. Na atualidade, a grande maioria das bombas é acionada por motores elétricos de corrente alternada. Seguem-se as bombas acionadas a motores de combustão interna, as bombas acionadas diretamente por ar comprimido e as acionadas a cata-ventos. A energia solar pode ser empregada para alimentar um motor elétrico em localidades remotas.

A associação de bombas pode ser necessária por diversos motivos, entre eles: inexistência de modelos no mercado capazes de atender a vazão demandada pelo projeto, inexistência de modelos no mercado que atendam a altura manométrica requerida, ou até mesmo possíveis aumentos de demanda no projeto com o decorrer do tempo. A altura manométrica requerida é a energia que o líquido adquire em sua passagem pela bomba. Para dois pontos distintos do escoamento do fluido, tem-se a equação de Bernoulli aplicada entre esses dois pontos: A altura manométrica relaciona duas parcelas de energia do sistema: sucção e descarga. Altura manométrica de sucção: é a energia existente na linha de sucção. Para determinar seu valor, aplica-se o teorema de Bernoulli entre a superfície do reservatório do fluido e a entrada da bomba: Nesta equação, v1 e v2 são as velocidades do fluido nos dois pontos de análise (m/s); g é a gravidade (m/s²); z1 e z2 são as alturas dos pontos em relação ao plano horizontal de referência (m); P1 é a pressão na superfície do fluido (N/m²); P2 é a pressão de sucção da bomba (N/m²); γ é o peso específico do fluido, em (N/m³). Algumas simplificações são feitas na equação 1: v1 e v2 são iguais, pois a vazão e a área de escoamento do fluido não mudam; z1 é igual a zero, pois é considerado o plano horizontal de referência (PHR); P1 é igual a zero, pois é igual a pressão atmosférica. Portanto, a altura manométrica de sucção é igual a: h s = P 2 γ + z 2 {\displaystyle h_{s}={\frac {P2}{\gamma }}+z2} . Fazendo P 2 = P s {\displaystyle P2=Ps} e z 2 = z s {\displaystyle z2=z_{s}} :

Os inversores de frequência controlam a velocidade e o torque de motores. Eles também podem ser utilizados em sistemas de bombeamento, onde sua frequência de operação pode ir sendo alterada manipulando o painel do equipamento. Eles têm sido cada vez mais utilizados em sistemas de bombeamento, pois apresentam diversas vantagens: o equipamento controla a potência do motor, evitando desperdícios de energia para quando não é necessário o uso do motor na potência máxima; o inversor exige menos esforço do motor, por conseguir garantir a utilização mais suave, aumentando a durabilidade do motor; O inversor de frequência permite programar e manter a pressão do fluido de forma constante e sem oscilações, garantindo uma maior eficiência na operação. Em experimentos realizados em escala de bancada, provou-se que maiores frequências utilizadas nos inversores de frequência em uma mesma vazão geram maiores deltas de pressão em um sistema de bombeamento, consequentemente maiores alturas manométricas de operação.

Bombas centrífugas, um tipo de motobomba, empregam a força centrífuga para deslocar volumes significativos de fluidos, como água, óleo, substâncias químicas e diversos líquidos, em uma ampla gama de contextos industriais, comerciais e residenciais. Bombas centrífugas são extensivamente empregadas em sistemas de fornecimento de água, sistemas de termorregulação, procedimentos fabris, agricultura, escoamento e uma variedade de outras utilizações. Sua seleção é baseada em sua eficácia, design simplificado e aptidão para lidar com grandes quantidades de líquidos. Para a utilização correta da bomba é preciso determinar o ponto de operação da bomba, para isso é necessário conhecer duas curvas: 1 – A curva característica da bomba: disponibilizada pelo fabricante. 2 – A curva do sistema: calculada aplicando balanço da energia mecânica em pontos estratégicos do sistema. Fornece a energia necessária para cada vazão.

Para a elaboração da curva do sistema (H x Q) utiliza-se a equação de Bernoulli (equação 6). H = Δ P γ + Δ Z + Δ v 2 2 g + l w {\displaystyle H={\frac {\Delta P}{\gamma }}+\Delta Z+{\frac {\Delta v^{2}}{2g}}+l_{w}} (6) Nesta equação, Δ P γ {\displaystyle {\frac {\Delta P}{\gamma }}} é a altura de pressão (m), Δ Z {\displaystyle \Delta Z} é a diferença de altura (Z recalque – Z sucção) (m), γ {\displaystyle \gamma } é o peso específico do fluido (N/m³), H {\displaystyle H} é a altura manométrica (m), v {\displaystyle v} é a velocidade de escoamento (m/s), g {\displaystyle g} é a gravidade (m/s²) e l w {\displaystyle l_{w}} é a perda de carga por atrito (m). Aplicando a equação 6 no ponto de sucção e no ponto de descarga do sistema, obtém-se a altura manométrica (H) para cada vazão (Q), consecutivamente plota-se o gráfico (HxQ), que representa a curva do sistema.