Fontes de ruído em bombas mecânicas e discussões sobre elas

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Este tópico foi editado pela última vez por yinkuilin6868 em 21/12/2015, às 10:22. Fontes de ruído mecânico: O ruído mecânico provém de componentes ou superfícies que vibram, gerando ondas de pressão sonora no meio ao seu redor. Por exemplo, pistões, vibrações desequilibradas de rotação e as paredes dos tubos que vibram. 　　Nas bombas de deslocamento, o ruído está geralmente relacionado à velocidade da bomba e ao número de pistões que ela possui. As flutuações do fluido são o principal tipo de ruído induzido mecanicamente; por sua vez, essas flutuações também podem causar vibrações mecânicas nos componentes dos sistemas de bombas e tubulações. Os pesos de equilíbrio do virabrequim incorretos também podem causar vibrações de acordo com a velocidade de rotação, o que pode afrouxar os parafusos de fixação e gerar barulhos na base ou nos trilhos de guia. Os outros ruídos estão relacionados ao som causado pelo desgaste das bielas, bem como ao barulho dos pinos de pistão ou ao impacto do pistão. 　　Nas bombas centrífugas, um acoplamento instalado de maneira incorreta costuma gerar ruído duas vezes maior que a velocidade da bomba (devido ao desalinhamento). Se a velocidade de rotação da bomba se aproximar ou ultrapassar a velocidade crítica horizontal, então as altas vibrações causadas pelo desequilíbrio, ou o desgaste dos rolamentos, vedações ou hélice, podem gerar ruído. Se houver desgaste, uma característica possível é o surgimento de um som agudo e estridente. Os ventiladores dos motores elétricos, as chaves de eixo e os parafusos dos acoplamentos podem gerar ruídos devido a folgas. 　　Fonte de ruído líquido: Quando as ondas de pressão são geradas diretamente pelo movimento do líquido, a fonte de ruído é a força hidrodinâmica correspondente. As possíveis fontes de força hidrodinâmica incluem turbulência, separação do fluxo líquido (estado de vórtices), cavitação, efeito martelo d’água, evaporação e a interação entre a pás da turbina e o ângulo de distribuição da água na bomba. A pressão e as flutuações de fluxo geradas podem ser, em termos de frequência, ou periódicas ou de banda larga, e geralmente podem provocar vibrações mecânicas na própria tubulação ou na bomba. Em seguida, as vibrações mecânicas podem propagar ruído para o ambiente. 　　Geralmente, existem quatro tipos de fontes de pulsação dentro das bombas de líquidos: (1) componentes de frequência discreta gerados pelas pás da bomba ou pelos pistões; (2) energia turbulenta de banda larga causada por altas velocidades de fluxo; (3) ruído intermitente de banda larga causado por efeitos como cavitação, evaporação e efeito aríete; (4) pulsações induzidas pelo fluxo de líquido ao passar por obstáculos e ramificações laterais do sistema de tubulações, o que pode causar variações no espetro de fluxo e, consequentemente, flutuações de pressão nas bombas centrífugas. 　　Isso é especialmente verdadeiro quando o sistema opera em condições de fluxo diferentes das previstas no projeto. Os números indicados nas linhas de fluxo representam a localização dos seguintes princípios relacionados aos processos de fluxo: (1) Ejeção do fluxo; (2) Recirculação (fluxo secundário); (3) Ciclagem; (4) Vazamentos; (5) Flutuações no fluxo instável; (6) Efeito de cauda (vórtices); (7) Turbulência; (8) Erosão por cavitação. Devido à interação entre as camadas de fronteira entre as áreas de alta e baixa velocidade no campo de fluxo, a maioria desses tipos de fluxo instável gera vórtices. Isso pode acontecer devido ao fluxo de líquido ao redor de obstáculos, ou em áreas onde o fluxo é estagnado, ou ainda devido a fluxos bidirecionais. Quando esses vórtices atingem as paredes laterais, eles se transformam em ondas de pressão, o que pode causar oscilações locais nos componentes da tubulação ou da bomba. A resposta sonora do sistema de tubulações pode afetar significativamente a frequência e o amplitude da difusão das correntes de vórtice. Estudos já demonstraram que, quando a ressonância sonora do sistema coincide com a frequência natural ou predominante da fonte de ruído, as correntes de vórtice são as mais intensas. 　　Quando a bomba centrífuga opera com um caudal menor ou maior do que o valor em que sua eficiência é máxima, geralmente é possível ouvir ruídos ao redor da carcaça da bomba. O nível e a frequência desse ruído variam de uma bomba para outra, dependendo do nível de pressão gerado pela bomba naquele momento, da relação entre o NPSH necessário e o NPSH disponível, bem como do grau de desvio do fluxo de líquido da bomba em relação ao fluxo ideal. O ruído ocorre frequentemente quando o ângulo das pás de direcionamento da entrada, o rotor e a carcaça (ou difusor) não são adequados para o fluxo real. Além disso, a principal fonte desse tipo de ruído também é considerada o reciclagem. 　　Antes de o líquido passar pela bomba centrífuga e ser pressurizado, ele deve primeiro atravessar uma região onde a pressão não é maior do que a pressão já existente no tubo de entrada. Isso se deve, em parte, à aceleração do líquido ao entrar na entrada da roda dinâmica, e também à separação do fluxo de ar das pás localizadas na entrada da roda dinâmica. Se o fluxo de V exceder o fluxo projetado, e o ângulo das pás não estiver correto, serão formadas vórtices de alta velocidade e baixa pressão. Se a pressão do líquido cair até a pressão de vaporização, o líquido evapora. Mais tarde, a pressão dentro desse canal aumentará. A subsequente implosão gera um ruído que é normalmente chamado de cavitação. Geralmente, as bolhas de ar se formam no lado não sob pressão das pás do rotor. Além de causar ruído, isso também pode acarretar danos graves (corrosão das pás). 　　O nível de ruído medido na carcaça de uma bomba de 8000 hp (5970 kW), perto da tubulação de entrada, durante o fenômeno da cavitação. 　　A cavitação gera impactos de banda larga em diversas frequências; no entanto, nesse caso, a frequência comum das pás (número de pás do rotor multiplicado pelo número de rotações por segundo) e seus múltiplos são os fatores dominantes. Esse tipo de ruído causado por cavitação geralmente gera ruídos de frequência muito alta; seria melhor chamá-lo de “ruído de explosão”. 　　O ruído causado pela cavitação também pode ser ouvido quando o fluxo é menor do que o valor projetado, ou mesmo quando o NPSH da entrada disponível é maior do que o NPSH necessário para a bomba. É um problema bastante complicado de entender. A explicação proposta por Fraser sugere que esse ruído de frequência extremamente baixa, mas de alta intensidade, se deve ao refluxo na entrada ou na saída da turbina, ou em ambos os locais. Cada bomba centrífuga apresenta esse tipo de recirculação quando a vazão diminui. O funcionamento em regime de reciclagem danifica o lado sujeito a pressão nas entradas e saídas das pás da turbina (assim como nas pás de orientação do invólucro). O aumento do ruído de impacto e do ruído irregular, bem como o aumento das flutuações de pressão na entrada e na saída quando o fluxo diminui, podem ser considerados indícios de recirculação. 　　Reguladores de pressão automáticos ou válvulas de controle de vazão podem gerar ruídos relacionados tanto à turbulência quanto à separação dos fluxos de ar. Quando essas válvulas operam sob uma queda de pressão severa, apresentam altas velocidades de fluxo que geram turbulência significativa. Embora o espectro de ruído gerado seja de banda muito larga, em termos de características, ele se concentra em frequências correspondentes a um número de Strouhal de aproximadamente 0,2. 　　Erosão por cavitação e evaporação: Em muitos sistemas de bombeamento de líquidos, geralmente existe uma certa taxa de evaporação, além da erosão por cavitação relacionada às válvulas de controle de pressão presentes no bomba ou no sistema de transporte. Devido às grandes perdas de vazão causadas pela restrição do fluxo, taxas de vazão elevadas provocam cavitação mais grave. 　　Na linha de sucção da bomba de volume, o pistão pode gerar flutuações de alta amplitude, que são amplificadas pelas propriedades acústicas do sistema. Isso faz com que a pressão dinâmica atinja periodicamente a pressão de vaporização do líquido, mesmo que a pressão estática na entrada seja maior do que essa pressão. Quando a pressão de circulação aumenta, as bolhas se rompem, gerando ruído e impacto no sistema. Isso pode causar corrosão, além de produzir um barulho desagradável. 　　Quando a água quente e sob pressão passa por um dispositivo de regulação de vazão (como uma válvula de controle de fluxo), sua pressão diminui, o que faz com que ocorra vaporização, especialmente em sistemas de água quente (sistemas de bombas de água). Essa redução da pressão faz com que o líquido evapore abruptamente, ou seja, ocorre uma ebulição instantânea, gerando um ruído semelhante ao causado pela cavitação. Para evitar o fenômeno de flash após a restrição do fluxo, deve-se fornecer uma pressão de retenção suficiente. Por outro lado, deve-se realizar uma restrição de fluxo na extremidade da tubulação, a fim de que a energia de vaporização seja distribuída em um espaço maior.