Esteja você em um campo de engenharia relacionado à hidráulica ou em algum outro campo profissional, é provável que você trabalhe com bombas hidráulicas. Neste artigo, discutiremos como a fórmula de cálculo da bomba hidráulica pode ajudá-lo a entender como calcular a vazão e a pressão da sua bomba hidráulica.
Os principais parâmetros técnicos da bomba hidráulica
(1) deslocamento da bomba (mL/r) bomba por semana de rotação, o volume de líquido que pode ser descarregado.
(2) capacidade de retenção da bomba (L/min) no número nominal de rotações, a vazão máxima da bomba pode ser descarregada por unidade de tempo obtida por cálculo.
(3) vazão nominal da bomba (L/min) em condições normais de operação; para garantir que a bomba pode operar por um longo tempo a saída de vazão máxima.
(4) pressão nominal da bomba (MPa) em condições normais de operação; para garantir que a bomba pode operar por um longo tempo a pressão mais alta.
(5) pressão máxima da bomba (MPa) permite que a bomba exceda a pressão nominal por um curto período de tempo ao operar na pressão mais alta.
(6) rotações nominais da bomba (r/min) na pressão nominal, pode garantir que o maior número de revoluções por um longo tempo de operação normal.
(7) revoluções máximas da bomba (r/min) à pressão nominal, permitindo que a bomba exceda o número máximo de rotações por um curto período de tempo quando operando na velocidade nominal.
(8) eficiência do volume da bomba (%) a relação entre o fluxo de saída real da bomba e o fluxo teórico.
(9) eficiência total da bomba (%) a razão entre a potência hidráulica da bomba e a potência mecânica.
(10) potência de acionamento da bomba (kW) em condições normais de operação pode conduzir a potência mecânica da bomba hidráulica.
Fórmula de Cálculo da Bomba Hidráulica
FLUXO DE SAÍDA DA BOMBA:
FLUXO = RPM x DESLOCAMENTO DA BOMBA (Cu. In./Rev.)/231
Q = nd/231
POTÊNCIA DE ENTRADA DA BOMBA
ENTRADA DE POTÊNCIA = SAÍDA DE TAXA DE FLUXO (GPM) x PRESSÃO (PSIG)/1714 x EFICIÊNCIA (geral)
HP = QP/1714 Ef
EFICIÊNCIA DA BOMBA(TOTAL EM PERCENTAGEM)
EFICIÊNCIA GERAL (%) = POTÊNCIA DE SAÍDA / POTÊNCIA DE ENTRADA x 100
EffOV = HPOUT/HPINx 100
EFICIÊNCIA DA BOMBA(VOLUMÉTRICO EM PERCENTAGEM)
EFICIÊNCIA VOLUMÉTRICA (%) = SAÍDA DA TAXA DE FLUXO REAL(GPM)/SAÍDA DA TAXA DE FLUXO TEÓRICA(GPM)x 100
EffVOL =QACT./QTHEO.x 100
EFICIÊNCIA DA BOMBA(MECÂNICA EM PERCENTAGEM)
EFICIÊNCIA MECÂNICA (%) = TORQUE TEÓRICO PARA ACIONAR/TORQUE REAL PARA ACIONARx 100
EffMECH = TTHEO./TACT.x 100
DESLOCAMENTO DA BOMBA(EM POLEGADAS CÚBICAS/REVOLUÇÃO)
DESLOCAMENTO = (TAXA DE FLUXO(GPM) x 231)/RPM DA BOMBA
CIPR = (GPM/RPM) x 231
TORQUE DA BOMBA(EM POLEGADAS)
BINÁRIO =(POTÊNCIA x 63025)/RPM
T=63025 CV/RPM
BINÁRIO DA BOMBA (POLEGADA DE LIBRAS)
TORQUE = (PRESSÃO(PSIG) x DESLOCAMENTO DA BOMBA(CIPR)/(2 x 3.14)
T=PSIG d/(2 x 3.14)
T=Pd/(2 x 3.14)
VIDA DA BOMBA(B10 VIDA DO ROLAMENTO)
B10 HORAS DE VIDA ÚTIL DO ROLAMENTO = HORAS DE VIDA NOMINAL x VELOCIDADE AVALIADA(RPM)/NOVA VELOCIDADE(RPM)x(PRESSÃO NOMINAL(PSIG))3/(NOVA PRESSÃO(PSIG))3
B10 = HRS NOMINAL. xRPMr/RPMnx(P r)3/(P n)3
Eficiências da Bomba Hidráulica
Existem três categorias de eficiência usadas para descrever bombas hidráulicas (e motores): eficiência volumétrica, eficiência mecânica/hidráulica e eficiência geral.
A eficiência volumétrica é determinada dividindo o fluxo real fornecido por uma bomba a uma determinada pressão pelo seu fluxo teórico. teórico fluxo é calculado multiplicando o deslocamento da bomba por rotação pela sua velocidade de acionamento. Portanto, se a bomba tem um deslocamento de 100 cc/rev e está sendo acionada a 1000 RPM, sua vazão teórica é de 100 litros/minuto.
Real fluxo deve ser medido com um medidor de vazão. Se quando testada, a bomba acima tinha um fluxo real de 90 litros/minuto a 207 bar (3000 PSI), podemos dizer que a bomba tem uma eficiência volumétrica de 90% a 207 bar (90 / 100 x 100 = 90%).
Sua eficiência volumétrica é mais utilizada em campo para determinar a condição de uma bomba hidráulica – com base em seu aumento de vazamento interno por desgaste ou dano. Mas sem referência ao fluxo teórico, o fluxo real medido pelo medidor de vazão não teria sentido.
A eficiência mecânica/hidráulica de uma bomba é determinada pela divisão do torque teórico obrigado a conduzi-lo pelo real torque necessário para acioná-lo. Uma eficiência mecânica/hidráulica de 100 por cento significaria que se a bomba estivesse fornecendo vazão a pressão zero, nenhuma força ou torque seria necessário para acioná-la. Intuitivamente, sabemos que isso não é possível, devido ao atrito mecânico e fluido.
Assim como o fluxo teórico, o torque de acionamento teórico pode ser calculado. Para a bomba acima, em unidades SI: 100 cc/rev x 207 bar / 20 xp = 329 Newton metros. Mas, como o fluxo real, o torque real do acionamento deve ser medido e isso requer o uso de um dinamômetro. Não é algo que podemos – ou precisamos – fazer em campo. Para os propósitos deste exemplo, porém, suponha que o real torque de acionamento foi de 360 Nm. A eficiência mecânica seria de 91% (329 / 360 x 100 = 91%).
A eficiência geral é simplesmente o produto da eficiência volumétrica e mecânica/hidráulica. Continuando com o exemplo acima, a eficiência geral da bomba é 0.9 x 0.91 x 100 = 82%. Eficiências gerais típicas para diferentes tipos de bombas hidráulicas
Os projetistas de sistemas usam o valor de eficiência volumétrica dos fabricantes de bombas para calcular a real vazão que uma bomba de um determinado deslocamento, operando a uma determinada pressão, fornecerá.
Como já mencionado, a eficiência volumétrica é utilizada em campo para avaliar a condição de uma bomba, com base no aumento do vazamento interno por desgaste ou dano.
Ao calcular a eficiência volumétrica com base no teste de vazão real, é importante estar ciente de que os vários caminhos de vazamento dentro da bomba geralmente são constantes. Isso significa que, se o fluxo da bomba for testado com menos do que o deslocamento total (ou RPM máximo), isso distorcerá a eficiência calculada - a menos que o vazamento seja tratado como constante e um ajuste necessário seja feito.
Por exemplo, considere uma bomba de deslocamento variável com vazão máxima de 100 litros/minuto. Se a vazão fosse testada em deslocamento total e a vazão medida fosse de 90 litros/minuto, a eficiência volumétrica calculada seria de 90 por cento (90/100 x 100). Mas se a mesma bomba fosse testada com a mesma pressão e temperatura do óleo, mas com metade do deslocamento (50 L/min), as perdas de vazamento ainda seriam de 10 litros/minuto e, portanto, a eficiência volumétrica calculada seria de 80% (40/min). 50 x 100).
O segundo cálculo não está realmente errado, mas requer qualificação: esta bomba é 80% eficiente em meio deslocamento. Como as perdas por vazamento de 10 litros/minuto são quase constantes, a mesma bomba testada sob as mesmas condições terá 90% de eficiência com 100% de deslocamento (100 L/min) – e 0% de eficiência com 10% de deslocamento (10 L/min ).
Para ajudar a entender por que o vazamento da bomba em uma determinada pressão e temperatura é praticamente constante, pense nos vários caminhos de vazamento como orifícios fixos. A taxa de fluxo através de um orifício depende do diâmetro (e forma) do orifício, da queda de pressão através dele e da viscosidade do fluido. Isso significa que, se essas variáveis permanecerem constantes, a taxa de vazamento interno permanecerá constante, independente do deslocamento da bomba ou da velocidade do eixo.
A eficiência geral é usada para calcular a potência de acionamento exigida por uma bomba em um determinado fluxo e pressão. Por exemplo, usando as eficiências gerais da tabela acima, vamos calcular a potência de acionamento necessária para uma bomba de engrenagem externa e uma bomba de pistão de eixo dobrado com um fluxo de 90 litros/minuto a 207 bar:
Bomba de engrenagem externa: 90 x 207 / 600 x 0.85 = 36.5 kW
Bomba de pistão de eixo dobrado: 90 x 207 / 600 x 0.92 = 33.75 kW
Como seria de esperar, a bomba mais eficiente requer menos potência de acionamento para o mesmo fluxo e pressão de saída. Com um pouco mais de matemática, podemos calcular rapidamente a carga térmica de cada bomba:
A potência de acionamento para uma bomba 100% eficiente (inexistente) seria: 90 x 207 / 600 x 1 = 31.05 kW
Portanto, neste fluxo e pressão, a carga de calor ou potência perdida para o calor de cada bomba é:
Bomba de engrenagem externa: 36.5 – 31.05 = 5.5 kW
Bomba de pistão de eixo dobrado: 33.75 – 31.05 = 2.7 kW
Não é surpresa que um sistema com bombas de engrenagem e motores exija um trocador de calor maior do que um sistema equivalente (todas as outras coisas iguais) compreendendo bombas de pistão e motores.
As bombas hidráulicas são amplamente utilizadas na indústria