É hora de preparar novamente, parte 1

Em minha coluna de junho de 2022 sobre aplicações de bombas de alta temperatura, afirmei/sugeri diversas vezes que o calor é uma propriedade do material. Um leitor atento e experiente lembrou a este velho engenheiro que o calor não é tecnicamente uma propriedade e é simplesmente energia em transição. O calor é uma função de processo/caminho. Meus anos de experiência com turbinas a vapor e mesas de vapor deveriam ter me lembrado, então peço desculpas ao Sr. Richard Mollier. Para aquelas almas curiosas que buscam entender melhor, procurem a definição de calor, entalpia e entropia.

Sou frequentemente solicitado por usuários de bombas para resolver problemas de campo. Numa elevada percentagem de casos, a causa raiz está localizada no lado de sucção da bomba. Escrevi inúmeras colunas relacionadas ao sistema de bomba (lado de sucção) sobre altura de sucção positiva líquida (NPSH), submersão crítica e outros problemas comuns de campo, incluindo bombas autoescorvantes. Estimulado por questões recentes, decidi dedicar mais tempo ao exame mais aprofundado de questões autoescorvantes.

Preparado

O que significa quando alguém afirma que a bomba está preparada? A definição simples é que tanto a bomba quanto a linha de sucção associada estão completamente cheias de líquido. Além disso, não há quantidades significativas de ar, vapor ou outros gases no sistema de sucção, uma vez que estes vapores e gases não condensáveis ​​foram removidos pelo processo de escorva. Tecnicamente, uma bomba autoescorvante pode ser considerada “escorvada”, mas não totalmente escorvada se a câmara de escorvação estiver cheia, mas o corpo e a linha de sucção não estiverem.

Uma bomba centrífuga pode ser preparada por muitos meios diferentes, e existem métodos internos e externos para realizar a evolução. Esta coluna se concentrará em bombas autoescorvantes, que são um método interno.

Todas as bombas não são criadas iguais

Abordarei apenas as bombas centrífugas na categoria autoescorvante, mas primeiro farei alguns comentários genéricos sobre bombas de deslocamento positivo (PD). Essencialmente, todas as bombas de deslocamento positivo são, em princípio, autoescorvantes por design. Conseqüentemente, os problemas de escorva não são tão prevalentes nesse mundo, exceto quando a bomba funciona a seco. Embora possa haver problemas de escorva nas bombas PD, a magnitude é insignificante em comparação com os problemas das bombas centrífugas.

Como um exemplo simplificado, para um sistema de bomba PD, o diferencial de pressão entre a fonte de sucção e a bomba é forte o suficiente para mover combinações de fluidos multifásicos de ar, vapor, gases e líquidos na linha de sucção e através da bomba. A bomba PD tem a capacidade de lidar com fluidos bifásicos, enquanto a maioria das bombas centrífugas não. Minha declaração pressupõe que o sistema foi projetado corretamente, a linha de sucção não apresenta vazamentos e a bomba está em boas condições.

No caso de unidades centrífugas, a bomba por si só não consegue superar a quantidade de energia necessária para mover todo o ar, vapor e gases ao longo do tubo de sucção e através da bomba.

Como afirmei nas colunas anteriores, as bombas centrífugas não são compressores. Uma forma simplista de ver este problema é que a água é aproximadamente 800 vezes mais densa que o ar. Conseqüentemente, a bomba teria que trabalhar 800 vezes mais e/ou mais tempo para mover o ar em vez do líquido. (Ao nível do mar, a água a 68 F é 784 vezes mais densa que o ar.)

As bombas centrífugas não sugam o líquido para dentro da bomba

Uma altura de sucção significa simplesmente que o nível máximo do líquido a ser bombeado está fisicamente abaixo da linha central do impulsor da bomba. A maioria das bombas centrífugas pode operar com elevação de sucção se forem escorvadas primeiro.

Ao contrário dos mitos urbanos e das expressões coloquiais, as bombas centrífugas não são capazes de “sugar” líquido desde uma cota inferior até ao nível da bomba. Admito que uma bomba em funcionamento cria uma pequena pressão diferencial (talvez um leve vácuo?) nas proximidades do olho do impulsor. Em menor grau, devemos também compreender que os líquidos não possuem resistência à tração significativa (em comparação com os sólidos); portanto, o impulsor não pode agarrar nem puxar o líquido. Alguma fonte externa de energia deve trabalhar em conjunto com a bomba para realmente empurrar (não levantar ou sugar) o líquido para dentro da bomba. Num sistema aberto, a energia externa necessária é normalmente fornecida pela pressão atmosférica circundante. Como dependemos da pressão atmosférica, é importante compreender que a quantidade de energia disponível não é excessivamente abundante nem constante. A pressão atmosférica mudará com a pressão barométrica (clima) e, mais importante, mudará com a elevação acima do nível do mar. Existem raros casos em que a pressão atmosférica será superior a 14,7 libras por polegada quadrada absoluta (psia) porque o local está abaixo do nível do mar (dois exemplos famosos são o Vale da Morte, na Califórnia, e o Mar Morto, na fronteira entre Israel e Jordânia).