A viscosidade de um fluido desempenha um papel crucial no desempenho de um rotor de bomba de palhetas rotativas. Como fornecedor de rotores de bombas de palhetas rotativas, testemunhei em primeira mão como essa propriedade aparentemente simples pode ter efeitos de longo alcance na operação da bomba. Neste blog, nos aprofundaremos na intrincada relação entre a viscosidade do fluido e o desempenho de um rotor de bomba de palhetas rotativas.
Compreendendo a viscosidade do fluido
A viscosidade do fluido é uma medida da resistência de um fluido ao fluxo. É essencialmente uma medida do atrito interno dentro do fluido. Fluidos de alta viscosidade, como mel ou óleo de motor, fluem lentamente porque as moléculas são fortemente atraídas umas pelas outras, criando uma resistência significativa ao movimento. Por outro lado, fluidos de baixa viscosidade, como a água, fluem facilmente porque as forças intermoleculares são relativamente fracas.
A unidade SI de viscosidade é o pascal - segundo (Pa·s), mas o centipoise (cP) também é comumente usado, onde 1 Pa·s = 1000 cP. A viscosidade de um fluido pode variar muito dependendo de fatores como temperatura e pressão. Geralmente, à medida que a temperatura de um fluido aumenta, a sua viscosidade diminui porque o aumento da energia térmica permite que as moléculas se movam mais livremente, reduzindo o atrito interno.
Como a viscosidade afeta o desempenho de um rotor de bomba de palhetas rotativas
1. Vedação e Vazamento
Uma das principais funções do fluido em uma bomba de palhetas rotativas é fornecer uma vedação entre as palhetas e o alojamento da bomba. Um fluido com viscosidade apropriada forma uma película fina entre as partes móveis, evitando o vazamento do fluido bombeado do lado de alta pressão para o lado de baixa pressão da bomba.
Quando a viscosidade do fluido é muito baixa, a película de vedação pode ser muito fina e propensa a quebrar. Isto pode levar ao aumento de vazamentos internos, reduzindo a eficiência volumétrica da bomba. A eficiência volumétrica é a razão entre o volume real de fluido bombeado e o volume teórico que a bomba deveria ser capaz de bombear. À medida que o vazamento aumenta, o volume real de fluido fornecido diminui e a bomba tem que trabalhar mais para atingir a vazão desejada.
Por outro lado, se a viscosidade do fluido for demasiado elevada, as palhetas poderão ter dificuldade em mover-se suavemente dentro do alojamento da bomba. O fluido de alta viscosidade pode criar arrasto excessivo nas palhetas, aumentando o consumo de energia da bomba. Além disso, o fluido espesso pode não ser capaz de preencher eficazmente as pequenas folgas entre as palhetas e o alojamento, o que também pode levar a fugas e à redução da eficiência.
2. Fricção e Desgaste
A viscosidade também tem um impacto significativo no atrito e no desgaste do rotor da bomba de palhetas rotativas. Em um sistema bem lubrificado, o fluido forma uma película lubrificante que separa as partes móveis, reduzindo o contato direto metal com metal.
Para fluidos de baixa viscosidade, a película lubrificante pode não ser espessa o suficiente para evitar o contato entre as palhetas e o corpo da bomba. Isto pode resultar num aumento do atrito, o que não só requer mais potência para accionar a bomba, mas também leva ao desgaste acelerado das palhetas e do alojamento. Com o tempo, o desgaste excessivo pode fazer com que a bomba perca seu desempenho e eventualmente falhe.
Fluidos de alta viscosidade, embora forneçam uma película lubrificante mais espessa, também podem aumentar as forças de atrito devido ao aumento da resistência ao fluxo. As palhetas precisam empurrar o fluido espesso, o que pode causar tensão adicional no rotor e em outros componentes. Isto pode levar à fadiga prematura e à falha das peças da bomba.
3. Geração de Fluxo e Pressão
A capacidade de uma bomba de palhetas rotativas de gerar fluxo e pressão também é afetada pela viscosidade do fluido. A bomba funciona criando uma mudança no volume à medida que as palhetas giram dentro da carcaça. O fluido é aspirado para a câmara da bomba durante o curso de admissão e depois comprimido e descarregado durante o curso de compressão.
Quando a viscosidade do fluido é baixa, a bomba geralmente consegue atingir uma vazão mais alta porque o fluido pode fluir mais facilmente através da bomba. No entanto, a bomba pode ter dificuldade em gerar altas pressões porque o fluido de baixa viscosidade tem maior probabilidade de vazar pelas vedações.
Em contraste, fluidos de alta viscosidade são mais difíceis de movimentar pela bomba. A bomba pode ter uma vazão mais baixa, mas pode potencialmente gerar pressões mais altas porque o fluido espesso tem menos probabilidade de vazar. No entanto, o aumento da resistência ao fluxo requer mais potência do motor para acionar a bomba e há um limite para a quantidade de pressão que a bomba pode gerar antes que o motor fique sobrecarregado.
Selecionando a viscosidade correta do fluido para uma bomba de palhetas rotativas
Selecionar a viscosidade apropriada do fluido para uma bomba de palhetas rotativas é uma decisão crítica que pode impactar significativamente o desempenho e a vida útil da bomba. A viscosidade ideal depende de vários fatores, incluindo o projeto da bomba, as condições operacionais e o tipo de fluido bombeado.
1. Projeto da bomba
Diferentes projetos de bombas têm diferentes requisitos de viscosidade do fluido. Bombas com folgas mais estreitas entre as palhetas e a carcaça geralmente requerem fluidos com viscosidades mais baixas para garantir um funcionamento suave. Por outro lado, bombas com folgas maiores podem tolerar melhor fluidos de maior viscosidade porque o fluido espesso ainda pode formar uma vedação eficaz.
2. Condições Operacionais
A temperatura e a pressão nas quais a bomba opera são considerações importantes. Conforme mencionado anteriormente, a viscosidade depende da temperatura. Se a bomba operar em altas temperaturas, um fluido com um índice de viscosidade mais alto (uma medida de quanto a viscosidade muda com a temperatura) deverá ser selecionado para garantir que a viscosidade permaneça dentro de uma faixa aceitável. Da mesma forma, se a bomba estiver operando em altas pressões, será necessário um fluido com viscosidade suficiente para manter a vedação e evitar vazamentos.
3. Tipo de fluido sendo bombeado
A natureza do fluido bombeado também afeta a escolha da viscosidade. Por exemplo, se o fluido for corrosivo ou abrasivo, deve ser selecionado um fluido com boas propriedades lubrificantes e antidesgaste. Em alguns casos, aditivos podem ser adicionados ao fluido para melhorar seu desempenho, como aditivos antioxidação, agentes antiespuma e modificadores de viscosidade.
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Referências
- Daugherty, RL, Franzini, JB e Finnemore, EJ (1985). Mecânica dos Fluidos com Aplicações de Engenharia. McGraw-Hill.
- Vergonha, IH (1992). Mecânica dos Fluidos. McGraw-Hill.
- Stieglitz, R. (2007). Tecnologia de Fluidos Hidráulicos. Imprensa CRC.
