Apostila de bombas

(1)

M M o o n n i i t t o o r r a a m m e e n n t t o o e e c c o o n n t t r r o o l l e e d d e e p p r r o o c c e e s s s s o o s s

Bombas

ão máquinas acionadas que recebem energi

ão máquinas acionadas que recebem energia mecânica de uma fonte mo-a mecânica de uma fonte mo-tora (máquina acionadora) e a

tora (máquina acionadora) e a transformam em energia cinética (movimen-transformam em energia cinética (movimen-to), ou energia de pressão (força), ou ambas, e

to), ou energia de pressão (força), ou ambas, e as transmitem ao líquido.as transmitem ao líquido. O uso de bombas hidráulicas ocorre sempre que

O uso de bombas hidráulicas ocorre sempre que se necessita aumen-se necessita aumen-tar a pressão de

tar a pressão de trabalho de um líquido, para transportá-lo pela tubula-trabalho de um líquido, para transportá-lo pela tubula-ção, de um ponto a outro da

ção, de um ponto a outro da planta, obedecendplanta, obedecendo às condições de vazão eo às condições de vazão e pressão requeridas pelo processo. Existem diversos tipos diferentes de pressão requeridas pelo processo. Existem diversos tipos diferentes de bombas, cada um adequado a uma

bombas, cada um adequado a uma determinada necessiddeterminada necessidade ou exigên-ade ou exigên-cia do processo. Veja no lembrete abaixo.

cia do processo. Veja no lembrete abaixo.

Unidade

2

V

Vamos apresentar os diferentes tiposamos apresentar os diferentes tipos, com suas características básic, com suas características básicas,as, vantagens e desvantagens, com maior atenção para as bombas dinâmicas vantagens e desvantagens, com maior atenção para as bombas dinâmicas centrífugas, que são as mais utilizadas em refinarias.

centrífugas, que são as mais utilizadas em refinarias.

LEMBRE-SE DISSO

Vazão do líquido Vazão do líquido

Diferencial de pressão necessária (carga) Diferencial de pressão necessária (carga) Características do líquido (viscosidade, Características do líquido (viscosidade, densidade, contaminantes etc.)

densidade, contaminantes etc.) Condições de temperatura e pressão Condições de temperatura e pressão Regime de funcionamento

Regime de funcionamento

Flexibilidade operacional desejada Flexibilidade operacional desejada

✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔ ✔

S

(2)

(3)

Quanto aos tipos

BOMBAS

Dinâmicas

ou turbobombas

CENTRÍFUGAS

ALTERNATIVAS

Engrenagens

DE FLUXO AXIAL

Pistão

Lóbulos

DE FLUXO MISTO

Êmbolo

Parafusos

PERIFÉRICAS

Diafragma

Volumétricas

ou de deslocamento positivo

CLASSIFICAÇÃO DAS

BOMBA

S

Palhetas

deslizantes

ROTATIVAS

(4)

2

M M o o n n i i t t o o r r a a m m e e n n t t o o e e c c o o n n t t r r o o l l e e d d e e p p r r o o c c e e s s s s o o s s

Bombas volumétricas

ou de deslocamento positivo

Nestas, a movimentaçã

Nestas, a movimentação de uma peça da o de uma peça da bomba força o líquido a execu-bomba força o líquido a execu-tar o mesmo movimento. O líquido sucessivamente preenche e é expulso tar o mesmo movimento. O líquido sucessivamente preenche e é expulso de um volume no

de um volume no interior da bomba. Logo, existe uma proporcionalidadeinterior da bomba. Logo, existe uma proporcionalidade entre a vazão de líquido e a velocidade da bomba.

entre a vazão de líquido e a velocidade da bomba. Bombas alternativas

Bombas alternativas A peça que

A peça que impelirá o fluido possui movimento alternativo. Utilizadas paraimpelirá o fluido possui movimento alternativo. Utilizadas para baixas vazões e elevado diferencial de pressão. Observe a Figura 16 e leia baixas vazões e elevado diferencial de pressão. Observe a Figura 16 e leia a seguir as

a seguir as característicacaracterísticas das principais partes desse tipo s das principais partes desse tipo de bomba.de bomba.

P

ISTÃOISTÃO

O impelidor é um pistão O impelidor é um pistão que se desloca dentro de que se desloca dentro de um cilindro. No um cilindro. No movimen-to de aspiração diminui a to de aspiração diminui a pressão na câmara, pressão na câmara, abre-se a válvula direcional de se a válvula direcional de entrada e o líquido é entrada e o líquido é admi-tido. Em seguida, pelo tido. Em seguida, pelo mo-vimento de recalque do vimento de recalque do pistão, a pressão aumenta, pistão, a pressão aumenta, abre-se a válvula abre-se a válvula direcio-nal de saída e o líquido é nal de saída e o líquido é expulso do cilindro.

expulso do cilindro.

Ê

MBOLO MBOLO

Ele tem o mesmo princípio Ele tem o mesmo princípio de funcionamento da de funcionamento da

bom-ba de pistão, sendo que nesta o

ba de pistão, sendo que nesta o impelidor é um êmbolo que admite e ex-impelidor é um êmbolo que admite e ex-pulsa o líquido, ocupando e desocupando um determinado volume pulsa o líquido, ocupando e desocupando um determinado volume den-tro da câmara. Indicada para pressões mais altas.

tro da câmara. Indicada para pressões mais altas.

D

IAFRAGMAIAFRAGMA

O líquido é impelido por uma membrana, que por sua vez é acionada por O líquido é impelido por uma membrana, que por sua vez é acionada por uma haste com movimento alternativo. Quando puxada, a membrana uma haste com movimento alternativo. Quando puxada, a membrana

di-FIGURA 16

FIGURA 16

BOMBA ALTERNATIVA

TAMPA TAMPA ANEL ANEL INTERMEDIÁRIO INTERMEDIÁRIO PRESSIONADOR PRESSIONADOR CAIXA CAIXA ROTOR ROTOR COROA DENTADA

COROA DENTADA CABEÇA DA BIELACABEÇA DA BIELA CAIXA CAIXA PISTÃO PISTÃO BIELA ARTICULADA BIELA ARTICULADA COROA DENTADA COROA DENTADA ÁRVORE ÁRVORE DE ARRASTE DE ARRASTE

(5)

minui a pressão na câmara, abre-se a válvula direcional de entrada e o líquido é admitido. Quando empurrada, a pressão aumenta, abre-se a válvula direcional de saída e o líquido é expulso da câmara. Muito encon-tradas com duplo diafragma e acionamento por ar comprimido. Utilizadas como bombas dosadoras.

Bombas rotativas

As peças que impelirão o fluido possuem movimento rotativo. São utili-zadas para elevado diferencial de pressão com vazões mais altas que as alternativas. Observe a Figura 17 e leia a seguir as características das prin-cipais partes desse tipo de bomba.

E

NGRENAGENS

Consiste em duas engrenagens montadas em uma carcaça com pouquís-sima folga. Com engrenagens lado a lado, no bocal de admissão, o fluido é forçado a percorrer as laterais da carcaça pela rotação das engrenagens, nos espaços entre os seus dentes. Na descarga o fe-chamento dos dentes for-ça a saída do líquido. As-sim, sucessivamente, os dentes se abrem, admi-tindo o líquido, o carre-gam e o expulsam ao se fecharem. Com velocida-de fixa, a vazão é fixa. Com engrenagem inter-na e coroa exterinter-na excên-tricas, o funcionamento é parecido com os de pa-lhetas deslizantes.

L

ÓBULOS

É o mesmo princípio das bombas anteriores, só que ao invés de engrena-gens são montadas as peças denominadas lóbulos.

Observe na página ao lado a Figura 18.

FIGURA 17

BOMBA DE ENGRENAGENS

ENGRENAGEM MOVIDA CAIXA DA BOMBA ÁRVORE DE ARRASTE

(6)

2

M o n i t o r a m e n t o e c o n t r o l e d e p r o c e s s o s

P

ARAFUSOS

Consistem em dois para-fusos de acionamento, montados dentro de uma carcaça com pouquíssi-ma folga e sem contato entre os filetes, sincroni-zados por engrenagens. O líquido é admitido e os filetes o expulsam pelo bocal de saída. Indicadas para fluidos de viscosida-de elevada.

P

ALHETAS DESLIZANTES

Consistem em um cilindro montado excêntrico na câmara da carcaça, pos-suindo cavidades radiais no seu entorno, onde são montadas palhetas re-tráteis. O líquido é admitido no lado de maior folga da excentricidade, sendo levado pelas palhetas e expulso à medida que a folga diminui.

FIGURA 18

BOMBA DE PALHETAS DESLIZANTES

FIGURA 19

BOMBA DE PARAFUSOS

CAIXA DA BOMBA PARAFUSO ÁRVORE DE ARRASTE PALHETA ROTOR CAIXA DE BOMBA

(7)

PEÇAS DAS TURBOBOMBAS

Bombas dinâmicas ou turbobombas

A energia é transferida para o líquido pela rotação de um eixo onde é mon-tado um disco, com um certo número de palhetas ou pás, chamadas de rotor ou impelidor. O que caracteriza os diferentes tipos de turbobombas é a geometria do impelidor e suas palhetas, o que vai influenciar a forma como a energia é transferida para o fluido e sua direção na saída do im-pelidor. A vazão bombeada depende da construção da bomba e das ca-racterísticas do sistema em que está operando. Observe a Figura 20 abai-xo e a Figura 21 na página ao lado. Leia a seguir as características dos prin-cipais tipos de turbobombas.

Bombas centrífugas

O líquido entra na bomba e é acelerado radialmente pelo impelidor, sen-do a direção de saída sen-do líquisen-do perpendicular ao eixo. Usadas para dife-renciais de pressão elevados com cargas relativamente baixas.

Bombas de fluxo axial

O líquido entra na bomba e é acelerado por arrasto pelo impelidor, sendo a direção de saída do líquido paralela ao eixo.

Bombas de fluxo misto

Seu impelidor é uma composição dos dois tipos anteriores, sendo a dire-ção de saída do líquido inclinada ao eixo.

Bombas periféricas

O impelidor com palhetas na periferia arrasta o fluido.

(8)

2 FUNCIONAMENTO DAS BOMBAS CENTRÍFUGAS

PARTES FUNDAMENTAIS

PRINCÍPIOS

FIGURA 21

PARTES DA BOMBA CENTRÍFUGA

As bombas centrífugas têm como princípio de funcionamento a criação de duas zonas de pressão: uma de baixa pressão na sucção e outra de alta pressão na descarga (recalque). Na partida é necessário que a carcaça da bomba e a tubulação de sucção estejam totalmente preenchidas com o fluido a ser bombeado (escorva). O movimento rotativo do impelidor faz com que as partículas de líquido sejam impulsionadas para fora. Esse movimento de centrifugação cria um “vazio” na entrada (baixa pressão) e um “acúmulo” na saída (alta pressão) pela redução da velocidade com o aumento de volume na carcaça (no difusor ou nas pás difusoras). A baixa pressão succiona novas partículas vindas da tubulação, estabelecendo um fluxo contínuo de líquido. A alta pressão permite que o fluxo de líquido vença as perdas impostas pela tubulação e seus acessórios na descarga.

ANÉIS DE DESGASTE SUBSTITUÍVEIS FIXAÇÃO DO ROTOR TAMPA DA CARCAÇA EIXO RÍGIDO MANCAL AXIAL E RADIAL DE ALTA PERFORMANCE VEDAÇÃO DOS MANCAIS REFRIGERAÇÃO DOS MANCAIS PALHETA ROTOR FURO DE DRENO FURO DE CARCAÇA CÂMARA DE VEDAÇÃO SELO MECÂNICO TIPO CARTUCHO DOIS ANÉIS PESCADORES IMPELIDOR OU ROTOR – Impulsiona o líquido

CARCAÇA – Contém o líquido, envolvendo o impelidor, e dispõe dos bocais de entrada (sucção) e saída (descarga). Podem ser do tipo carcaça em voluta com região difusora ou do tipo carcaça com pás difusoras, entre outras

(9)

Teoricamente, carga de uma bomba é definida como a energia por uni-dade de massa que a bomba tem condições de fornecer ao líquido, para uma determinada vazão.

No campo prático, é definida como a energia por unidade de peso (for-ça) que a bomba tem condições de fornecer ao líquido, para uma determi-nada vazão. Assim, as curvas “cargas x vazão” fornecidas pelos fabrican-tes normalmente apresentam a carga com uma das seguinfabrican-tes unidades:

Diz-se então que é a altura de coluna de líquido (m ouft) equivalente ao diferencial de pressão que a bomba fornece, para aquela vazão. Ou a altura manométrica que a bomba consegue vencer naquela vazão.

Como a energia fornecida pelo eixo é constante, quanto maior a vazão, maior a distribuição de energia pela massa de fluido e menor a carga, ou diferencial de pressão, conseguida. Porém, a carga fornecida ao líquido não varia de maneira linear com a vazão (curva teórica), pois existem di-versas perdas hidráulicas no processo(Ph), devido ao comportamento do líquido em relação ao impelidor e carcaça não ser ideal (escorregamento, atrito interno, choques e turbulência), fazendo com que a variação da “car-ga x vazão” tenha diferentes curvas (curvas reais). Com base no que você acabou de ler, procure analisar a Figura 22.

CURVAS DE CARGA (H) X VAZÃO (Q)

kgf . m/kgf = m

ou

lbf . ft/lbf = ft

FIGURA 22

CURVAS DE CARGA (H) X VAZÃO (Q)

Q

H

ESCORREGAMENTO E NÃO-UNIFORMIDADE CHOQUES E TURBULÊNCIA ATRITO INTERNO CURVA REAL

(10)

2

A potência realmente absorvida pelo líquido, potência útil(Pot_u), pode ser definida também em função da massa ou do peso.

As curvas reais dependem dos detalhes construtivos das bombas e podem ser estáveis – para cada carga apenas uma vazão – ou instáveis:

Planas (flat)

Inclinadas

Ascendentes/descendentes (instáveis) Descendentes

FIGURA 23

CURVAS REAIS

CURVAS DE POTÊNCIA ABSORVIDA

Pot

_u

=



. Q . H

(Pot_abs) X VAZÃO (Q)



= massa específica



= peso específico

Pot

_u

=



. Q . H

Massa

H

Em energia

Peso

H

Em energia

Q

H

Q

H

Q

H

Q

H

(11)

A potência absorvida pelo conjunto da bomba (Pot_abs)é igual à potên-cia útil somada a todas as perdas de energia no conjunto da bomba. Além das perdas hidráulicas(Ph), devemos considerar ainda:

P

ERDAS VOLUMÉTRICAS (Pv)

Uma parte da energia cedida ao líquido é perdida com a recirculação do líquido entre as partes da bomba

P

ERDAS MECÂNICAS (Pm)

Uma parte da energia se perde no atrito entre as partes em movimento, nos mancais e sistema de vedação. Logo:

Pot

_abs

= Pot

_u

+ Ph + Pv + Pm

Mostram o rendimento total da bomba em função da vazão, contabiliza-dos os rendimentos hidráulico, volumétrico e mecânico:

Na prática é calculada pela relação entre a potência útil e a potência absorvida:

CURVAS DE RENDIMENTO TOTAL



=



h .



v .



m

h =

(



)

X Vazão (Q)

ATENÇÃO

Não se faz o cálculo exato das diferentes perdas; a curva de Pot_abs é medida em bancadas de prova e

fornecida pelo fabricante do equipamento

Pot

_abs

Pot

_u

(12)

2

São alterações na geometria da bomba, no acionamento ou no fluido que alteram seu desempenho e conseqüentemente suas curvas características, passando de uma condição atual (1) para uma nova condição depois das mudanças (2).

Variação do diâmetro do impelidor (D)

Refere-se à troca de impelidores ou à sua usinagem para a redução do diâmetro, sendo limitados pelo tamanho da carcaça e pela baixa eficiên-cia para rotores pequenos (folga muito grande entre rotor e carcaça; logo, muita recirculação):

Outras mudanças geométricas no impelidor têm influência mais com-plexa nas curvas e devem ser estudadas com o fabricante. O desgaste de-vido ao tempo de vida da bomba reduz sua eficiência.

Variação da rotação do impelidor (N)

Refere-se a variações no acionamento. Às vezes são utilizados variadores de velocidade nos motores para controlar o desempenho da bomba no sistema:

Variações nas propriedades dos líquidos

A variação da massa específica não altera a carga da bomba, ou seja, a ener-gia cedida por unidade de massa de fluido continuará a mesma. Porém, a potência absorvida pela bomba é diretamente proporcional:

Q1

Q2

D1

D2

=

H1

H2

D1

D2

=

(

2

Pot1

Pot2

D1

D2

=

(

3

Q1

Q2

N1

N2

=

H1

H2

N1

N2

=

(

2

Pot1

Pot2

=



N1

N2



3

Pot

_u

=



.Q . H

(13)

Com fluidos muito viscosos as bombas centrífugas aumentam bastan-te a potência absorvida, reduzem a carga e diminuem um pouco a vazão bombeada. Existem cartas de correção das curvas para uso das bombas centrífugas com fluidos muito viscosos.

As curvas de carga (H) x vazão (Q), potência absorvida (Pot_abs) x vazão

(Q) e rendimento total() x vazão(Q) são normalmente fornecidas pelo

fabricante da bomba em um único gráfico, em relação a um único eixo de vazão, com valores para

di-versos tamanhos de rotor e ainda com a curva de NPSH

(Net Positive Suction Head)

requerido, que será visto adiante. Em alguns casos a potência e o rendimento são apresentados em um conjun-to de linhas que marcam as faixas de valores (linhas de isopotência e isorrendimen-to). Observe a Figura 24.

Temos de determinar a ener-gia por unidade de peso, que o sistema solicitará de uma bomba em função da vazão de bombeamento. É denominada carga do siste-ma (H) ou altura manométri-ca do sistema ( AMT).

Ela varia em função da diferença de elevação entre os reservatórios de sucção e descarga; da diferença de

pressões entre os reservatórios de sucção e descarga; e das perdas de car-ga existentes na tubulação, devido às perdas por atrito e restrições.

CURVAS DAS BOMBAS CENTRÍFUGAS

FIGURA 24 H (m) Q min 150 100 50 0 Ø648 Ø630 Ø570 Ø500 60 70 75 85 87 87 85 80 75 80 88 NPSH (m) 14 10 6 2 Ø500 Ø648 P (kW) 1500 Ø648 1000 500 0 1000 1500 2000 2500 3000 3500 1000 500 0 Ø630 Ø570 Ø500 Q (m3_/h)

APRESENTAÇÃO DAS CURVAS CARACTERÍSTICAS DAS BOMBAS CENTRÍFUGAS

(14)

2

São estas diferenças e perdas que a bomba deve compensar. Várias mudanças no sistema podem mudar sua curva característica:

Mudanças nas propriedades dos fluidos: diminuição da densidade re-duz o peso das colunas de líquido e altera os valores da perda de carga. Aumento na viscosidade também aumenta a perda de carga etc.

Variações de níveis nos vasos de sucção e descarga Variações de pressão nos vasos de sucção e descarga

Alterações nas linhas: aumento ou redução de restrição à passagem do líquido, principalmente por válvulas de controle, aumenta ou reduz a perda de carga

(Net Positive Suction Headou Pressão Líquida Positiva na Sucção)

Em linhas gerais, o processo da cavitação pode ser definido da seguin-te maneira:

Todos os fluidos processados na indústria, por mais “puros” que sejam, sempre possuem uma pequena quantidade de impurezas e gases dissolvi-dos. Essas impurezas e gases (núcleos) quebram a resistência do líquido à formação de bolhas maiores, notadamente abaixo de um determinado va-lor de pressão, chamada de pressão crítica. Esta pressão crítica normalmente fica em torno da pressão de vapor do líquido à temperatura de operação.

Quando há uma redução da pressão do líquido até a pressão crítica, é facilitada a formação de macrobolhas a partir das microbolhas de gases existentes. Então, na veia líquida começam a aparecer mais e mais ma-crobolhas à medida que a pressão cai.

Se a pressão é levada novamente a valores acima da pressão crítica, as bolhas geradas entram em colapso, implodem. O líquido ao redor ocupa o espaço deixado instantaneamente pelo gás, gerando ondas de choque e microjatos de fluido. Quando este fenômeno ocorre na proximidade de paredes metálicas, gera vibração, ruído e erosão nas peças envolvidas. Quanto maior a intensidade da cavitação, maiores a vibração e o ruído, e mais severa será a erosão.

(15)

Nas bombas centrífugas, se a pressão na sucção chegar a níveis abai-xo da pressão crítica do líquido, serão formadas as bolhas e, ao entrarem no impelidor, serão subitamente pressurizadas, implodindo. Diz-se então que a bomba está “cavitando”, com ruído, vibração, erosão severa e per-da de eficiência.

A cavitação é um fenômeno indesejável e deve ser equacionado. Para isto devemos garantir que a pressão do líquido na entrada do impelidor

(Pi) esteja acima da pressão crítica.

Tomamos a pressão de vapor do fluido na temperatura de operação(Pv)

como referência para a pressão crítica, pois esta não é determinada para as condições práticas. Logo,Pideve estar acima daPv , considerando ainda uma folga. Os fabricantes testam e calculam as perdas de carga da entra-da entra-da bomba até o impelidor, informando aos consumidores o NPSH re-querido, ou seja, o mínimo de carga que deve haver acima da Pv no bo-cal de sucção para que não se inicie a cavitação. Este valor depende uni-camente da geometria da entrada da bomba e da vazão, sendo indicado no gráfico da bomba como uma curva NPSHrx Q.

Quem seleciona a bomba deve calcular o NPSH disponível, ou seja, o valor de carga acima da Pv existente no bocal de sucção. Este valor de-pende unicamente do sistema: pressão e elevação do vaso de sucção, tem-peratura do fluido, perdas de carga na linha de sucção etc. Como também varia com a vazão, pode ser indicado em um gráfico NPSHd x Q.

Podemos representar no mesmo gráfico as curvas características da bomba e do sistema. O ponto de trabalho será determinado na interseção entre a cur-va de carga da bomba e a curva de carga do sistema. Observe a Fi-gura 25.

CURVAS DA BOMBA E DO SISTEMA

FIGURA 25 H x Q sistema x Q Pot x Q H x Q t Ht Pot Qt Q

(16)

2

Este ponto indica a AMT fornecida pela bomba e a vazão de opera-ção. Traçando uma reta vertical, identificamos o rendimento e a potên-cia absorvida.

A reta vertical também cruza as curvas de NPSH requerido e disponí-vel e verificamos a folga (f) entre os valores:

Quando há problemas em selecionar bombas com boa folga, pode-se aumentar o NPSHd, modificando o projeto do sistema na sucção, ou redu-zir oNPSH requerido, optando pelo uso de indutores (peças semelhantes a rotores axiais ou mistos, instaladas à frente do rotor da bomba), ou reduzin-do-se a rotação (só em casos especiais como bombas de condensado).

No projeto, determina-se a curva do sistema que atende às exigências do processo e procura-se escolher nos catálogos dos fabricantes, do tipo de bomba adequado ao serviço, o modelo cujas curvas atendam às neces-sidades, na região de alta eficiência e com boa folga (f).

Para aplicações fora das soluções usuais oferecidas no mercado, “de prateleira”, deve-se estudar cuidadosamente as alternativas. Como comen-tado anteriormente, existem várias maneiras de modificar as curvas da bomba e do sistema, visando adequá-las às exigências do processo.

As bombas podem ser associadas em série ou em paralelo.

Associação em série: opção quando a altura manométrica é muito ele-vada para a vazão requerida, acima dos limites alcançados por uma úni-ca bomba disponível no merúni-cado. A curva H x Q do conjunto correspon-de ao somatório do head das bombas para as mesmas vazões

Associação em paralelo: opção quando a vazão é muito elevada para a altura manométrica requerida, ou varia de forma definida, acima dos limites

f = NPSHd - NPSHr

f > 0,6 m (2ft) é aceitável

(17)

alcançados por uma única bomba disponível no mercado, oferecendo ainda flexibilidade e segurança operacional. A curvaHxQdo conjunto corresponde ao somatório da vazão das duas bombas para os mesmosheads.

Características gerais das turbobombas

Este grupo de bombas responde pela maioria das aplicações, notadamen-te as bombas centrífugas. Nesta Unidade será dada ênfase às bombas cen-trífugas por serem maioria na instalação de refinarias. Ver a Figura 26.

Vantagens

São acionadas por motores elétricos sem modificadores de velocidade Trabalham em regime permanente

Apresentam flexibilidade operacional devido às modificações que po-dem ser feitas para que se adaptem às novas condições: restrição de vál-vula na descarga, mudança do impelidor, variação de velocidade

Requerem menor manutenção do que as bombas alternativas Cobrem ampla faixa de vazões

Apresentam relação de custo favorável

ANÉIS DE DESGASTE

FIGURA 26 ANÉIS DE DESGASTE ANÉIS DE DESGASTE ANÉIS DE DESGASTE ANÉIS DE DESGASTE ANÉIS DE DESGASTE

(18)

2

M o n i t o r a m e n t o e c o n t r o l e d e p r o c e s s o s Desvantagens

Baixa eficiência para vazões muito baixas e diferenciais de pressão muito altos

Baixa eficiência para altas viscosidades

Redução da sua capacidade pelos gases dissolvidos no líquido Erosão acelerada causada pelos sólidos em suspensão

Inadequada quando se deseja vazão constante, independente de alte-rações no sistema

Quanto à posição, podem ser: Horizontais

Verticais

Quanto ao número de impelidores, as bombas podem ser de: Simples estágio

Múltiplos estágios

DETALHE DE UMA TURBOBOMBA

FIGURA 27

(19)

Impelidor

Já foi vista sua classifica-ção em centrífugos, axi-ais ou mistos. Os impeli-dores podem ser:

Abertos Semi-abertos Fechados E ainda: Sucção simples Dupla sucção Carcaça

Os tipos construtivos são os seguintes:

E

M VOLUTA

São as mais utilizadas pela eficiência, baixo custo e simplicidade mecâ-nica, predominantemente para bombas de simples estágio. Devido aos esforços radiais gerados por vazões diferentes da vazão de projeto, a va-zão mínima para bombas com voluta é limitada em torno de 25% a 50% da vazão de projeto.

C

OM PÁ S DIFUSORAS

Possui pás difusoras fixas à carcaça, formando canais difusores para o lí-quido que sai do rotor. Mais utilizadas em bombas de múltiplos estágios, onde ainda possui uma parte chamada diafragma, para separar os estági-os e redirecionar o líquido.

C

ONCÊNTRICAS

São baratas porém menos eficientes que as de voluta e com maiores es-forços radiais.

E

M DUPLA VOLUTA

Possui uma chicana intermediária, formando duas volutas defasadas de 180°.

IMPELIDOR DE DUPLA SUCÇÃO

(20)

2 M

ISTA

É uma combinação de vo-luta com pás difusoras. Podem ser ainda:

Partidas axialmente Partidas radialmente

Eixo

O eixo transmite o movi-mento do acionador para o(s) impelidor(es), supor-tando todas as partes

ro-tativas da bomba. O eixo se conecta ao acionador por meio de um acopla-mento e é suportado por mancais. Como atravessa a carcaça para conec-tar-se ao(s) impelidor(es), necessita de um sistema de vedação que evite o vazamento do fluido da carcaça. Ver Figura 29.

Luvas de eixo

Têm o objetivo de proteger o eixo de corrosão, erosão ou desgaste, prin-cipalmente em caixas de gaxetas onde há atrito com as gaxetas na pre-sença do fluido bombeado ou de selagem. As luvas podem ter outros ob- jetivos, como por exemplo atuar como espaçadores na montagem de

vá-rios impelidores em bombas de múltiplos estágios. Anéis de desgaste

São “peças de sacrifício” colocadas nas extremidades que sofrem muito des-gaste por erosão nas carcaças e nos impelidores. O aumento da folga entre carcaça e impelidor permite maior recirculação, reduzindo o rendimento da bomba. A colocação dos anéis torna mais simples e barata a manutenção.

Vedação por gaxetas

Sua função é evitar o vazamento do líquido bombeado (ou no caso de operação com pressão, sucção inferior à pressão atmosférica, evitar a ad-missão de ar). Composta por:

CARCAÇA

FIGURA 29

(21)

CAIXA DE GAXETAS

C

AIXA DE GAXETAS

Acomoda os anéis de gaxetas na parte posterior da carcaça

A

NÉIS DE GAXETAS

Elementos de vedação de se-ção quadrada, que envolvem o eixo ou luva de eixo dentro da caixa de gaxetas

S

OBREPOSTA

Atravessada pelo eixo e mon-tada ao final da caixa de

gaxe-tas, comprime as gaxetas para dar o ajuste necessário. O aperto de ajuste na sobreposta é feito de tal forma que permita um vazamento de 30 a 60 gotas de líquido por minuto, fazendo a lubrificação e refrigeração no con-tato gaxeta/eixo

E em determinados casos ainda pode possuir:

B

UCHA DE GARGANTA OU DE FUNDO

Montada no fundo da caixa de gaxetas, próxima ao impelidor, restringe a passagem do líquido bombeado

C

ONEXÃO PARA LÍQUIDO DE SELAGEM

Usa-se líquido de selagem quando a pressão interna na carcaça é negati-va, quando o fluido é abrasivo ou contém sólidos em suspensão, ou quan-do o vazamento quan-do fluiquan-do bombeaquan-do é indesejável (líquiquan-dos inflamáveis, tóxicos, corrosivos etc.). Pode ser o próprio fluido bombeado, no caso de água fria ou produto limpo (com conexões na própria bomba), ou um flui-do disponível adequaflui-do para este fim (água ou óleo de selagem).

A

NEL DE LANTERNA

O anel bipartido perfurado, que distribui o líquido de selagem de manei-ra uniforme no entorno do eixo, pode ser montado entre as gaxetas, pró-ximo ao rotor (evitando a passagem de sólidos e impurezas), ou própró-ximo à sobreposta para reduzir a diluição do fluido bombeado.

FIGURA 30

GAXETAS SOBREPOSTA

(22)

2 C

ÂMARA PARA REFRIGERAÇÃO

São caixas de gaxetas com câmaras para passagem de fluido de refrige-ração, usadas quando se deseja uma refrigeração mais eficiente do conjunto de vedação.

São indicadas para:

Produtos limpos ou que não oferecem restrições ao vazamento (não perigosos)

Condições de operação suaves ou moderadas Velocidades superficiais inferiores a 900 ft/min Líquido com boas propriedades lubrificantes Alta deflexão do eixo na caixa de gaxetas Alta vibração

Serviço intermitente com produtos que se solidificam ou formam de-pósitos

As gaxetas podem ser fabricadas de diversos materiais, tais como juta, li-nho, algodão, borracha natural, neoprene, silicone, teflon, amianto, cobre, alumínio, ente outros. Sua escolha depende da compatibilidade com o fluido bombeado e seus contaminantes, além das condições de bombeamento. Vedação por selo mecânico

É aplicada em condições de bom-beamento em que as deficiências das caixas de gaxetas são excessi-vas. Em linhas gerais, os selos me-cânicos consistem em duas super-fícies adjacentes (sedes), polidas, montadas em posição perpendicu-lar ao eixo, uma na parte estacioná-ria da bomba e outra no eixo, giran-do com ele. O contato contínuo en-tre as partes é garantido por molas, sendo mantido um selo fluido entre elas, com atrito e vazamento míni-mos. Veja a Figura 31.

VEDAÇÃO

FIGURA 31

(23)

Compostos basicamente por:

C

AIXA DE SELAGEM

Acomoda o selo mecânico.

S

EDE ESTACIONÁRIA

Peça montada na sobreposta que possui a face polida estacionária.

S

EDE ROTATIVA

Peça montada no eixo que possui a face polida rotativa.

M

OL A

Mantém as sedes em contato. Pode ser montada mais de uma mola.

S

OBREPOSTA

Atravessada pelo eixo e montada ao final da caixa de selagem, recebe a sede estacionária.

Nos selos mecânicos existem três áreas que necessitam de selagem (ver Figuras 32 e 33, na página ao lado).

E

NTRE A SEDE ESTACIONÁRIA E A CARCAÇA

(

SELO SECUNDÁRIO ESTÁTICO

)

Usam-se juntas convencionais ou anéis tipo o-ring.

E

NTRE A SEDE ROTATIVA E O EIXO

(

SELO SECUNDÁRIO DINÂMICO

)

Usam-se anéis tipo o-ring, cunha, anéis em “V” ou fole de borracha ou

elastômero.

E

NTRE AS DUAS SUPERFÍCIES DE SELAGEM EM MOVIMENTO

É garantido por um filme lubrificante líquido formado entre as superfí-cies polidas.

Tipos básicos de montagem:

I

NTERNA

A sede rotativa é montada dentro da caixa de selagem, ficando em conta-to com o fluido, com melhor refrigeração e menor vazamenconta-to.

(24)

2 E

XTERNA

A sede rotativa é montada fora da caixa de selagem, não tendo conta-to com o fluido, de fácil instalação e inspeção.

Tipo de selagem externa:

S

IMPLES

Um único selo mecânico montado.

D

UPLO

A montagem é feita com dois selos mecânicos para fluidos que não po-dem passar para a atmosfera.

Po-dem ser montados face a face, costa a costa ou em série (tanPo-dem), pos-suindo fluido de barreira entre eles, injetado para evitar o vazamento do fluido bombeado.

N

ÃO BALANCEADOS

Quando toda a pressão interna atua no sentido de juntar as faces. Para fluidos de boas propriedades lubrificantes e baixas pressões.

B

ALANCEADOS

Quando a força de fechamento é di-minuída pela redução da área efeti-va exposta à pressão interna que atua no sentido de juntar as faces. Pode possuir ainda:

C

ONEXÕES PARA LÍQUIDO DE SELAGEM

,

REFRIGERAÇÃO

,

LAVAGEM

,

DRENO E RESPIRO

Usam-se para fazer lubrificação, limpeza e refrigeração das faces de selagem com fluidos externos.

SELOS DE AÇÃO SIMPLES

FIGURA 32

SELOS DE AÇÃO DUPLA

(25)

C

ÂMARAS PARA REFRIGERAÇÃO

Caixas de selagem, sobreposta ou sede estacionária, com câmaras para passagem de fluido de refrigeração. São usadas quando se deseja uma refrigeração mais eficiente do conjunto de vedação.

São indicados para: Produtos perigosos Produtos caros

Líquidos com baixas propriedades lubrificantes

Gaxetas que gerariam alto atrito, consumindo potência Altas temperaturas que inibem o uso de gaxetas

Condições de operação cíclicas

Mancais

Apóiam o eixo e suportam os esforços radiais e axiais que atuam sobre conjunto rotativo. Garantem também as folgas entre as partes móveis e esta-cionárias. Podem ser mancais radiais (de apoio), axiais (de escora) ou mis-tos (combinação apoio e escora).

Os mancais de rolamentos são os mais usados para bombas centrífu-gas comuns, quando a combinação de carregamentos elevados e veloci-dade não é muito severa. São muito empregados rolamentos de esferas e cilindros, de pistas simples e duplas e também os autocompensadores.

Os mancais de deslizamento são utilizados nas condições em que os de rolamentos não são aconselhados e também em casos em que se empre-ga o fluido bombeado para lubrificação.

Operação de bombas centrífugas

A operação de uma bomba centrífuga depende do tipo de bomba e do serviço para o qual ela foi selecionada, bem como do sistema no qual ela está instalada. Deve-se observar cuidadosamente os dados e procedimen-tos definidos no manual de instalação, operação e manutenção fornecido pelo fabricante, assim como nos manuais de operação da unidade. Serão apresentados aqui passos básicos para uma visão global da operação de bombas centrífugas.

(26)

2

A operação compõe-se das fases de partida, acompanhamento e para-da. Deve-se efetuar uma inspeção preliminar da bomba, observando:

Limpeza Segurança

Sentido de rotação do acionador Sistema de lubrificação

Sistemas auxiliares (água de refrigeração, líquido de selagem, vapor de aquecimento etc.)

Linhas de sucção e descarga e seus alinhamentos Escorva da sucção

A partida pode ser manual ou automática. Para partida manual é ne-cessário observar os principais passos:

Fechar drenos

Fechar válvula de descarga – lembrar que bombas axiais partem com a válvula de descarga aberta

Abrir válvula de recirculação se necessário Abrir válvula de sucção

Partir o acionador

Abrir válvula de descarga vagarosamente após a bomba alcançar ro-tação normal

Fechar válvula de recirculação se necessário

Observar operação inicial do conjunto: vazamentos, temperatura, ruí-do, vibração, aquecimento ou qualquer comportamento anormal etc.

No caso de partida automática tem-se apenas o passo partir, de forma remota. Porém, é necessário colocar a bomba em condição de partida au-tomática e realizar os passos não-automatizados, pois é importante obser-var que na opção automático as válvulas sempre ficarão abertas, a menos que se tenham acionadores com comando remoto.

O acompanhamento visa detectar anormalidades e evitar que uma condição operacional inadequada se torne uma falha mecânica, ou uma falha mecânica se agrave a ponto de danificar severamente o equipamento e/ou causar acidentes. Dá-se pela observação e intervenção do operador, com uso de instrumentos portáteis de monitoramento (como medidores de

(27)

vibração, medidores de temperatura, avaliadores de ruído e detectores de vazamentos) e de instrumentos residentes de monitoramento e proteção (sensores instalados no equipamento e cabos transmitindo os sinais até a estação de controle). As determinações de uso destes métodos são em função da importância do equipamento e da política de operação e auto-mação da empresa.

Os principais problemas que constituem falhas mecânicas são:

V

AZAMENTOS

Produto, lubrificante e água de refrigeração

V

IBRAÇÃO

Cavitação, carga excessiva, carga muito baixa, desbalanceamento, desa-linhamento, folgas inadequadas etc.

E

ROSÃO

Cavitação, sólidos em suspensão

R

UÍDO

Danificação dos mancais, atrito entre as partes móveis, cavitação

A

QUECIMENTO EXCESSIVO

Falha na lubrificação, excesso de lubrificante nos mancais, falha na refri-geração, recirculação excessiva, bloqueio da descarga etc.

P

ERDA DE EFICIÊNCIA

Recirculação interna devido a desgaste dos anéis de desgaste, vazamen-to excessivo etc.

A parada também pode ser manual ou automática. Na parada manual é necessário observar os passos da partida na seqüência inversa. Na pa-rada automática é preciso apenas parar pelo sistema de comando remoto.

(28)

2 BOMBAS

DEFINIÇÃO

São máquinas acionadas que recebem energia mecânica de uma fonte motora (máquina acionadora) e a transformam em energia cinética (movimento), ou energia de pressão (força), ou ambas, e as transmitem ao líquido, para transportá-lo pela tubulação, de um ponto a outro da planta, obedecendo às condições de vazão e pressão requeridas pelo processo.

BOMBAS VOLUMÉTRICAS OU DE DESLOCAMENTO POSITIVO

BOMBAS ALTERNATIVAS

A peça que impelirá o fluido possui movimento alternativo.

Pistão – O impelidor é um pistão que se desloca dentro de um cilindro

Êmbolo – O impelidor é um êmbolo que admite e expulsa o líquido, ocupando e desocupando um determinado volume Diafragma – O líquido é impelido por uma membrana, acionada por uma haste com movimento alternativo

BOMBAS ROTATIVAS

As peças que impelirão o fluido possuem movimento rotativo.

Engrenagens – Consiste em duas engrenagens montadas em uma carcaça com pouquíssima folga. O fluido é forçado a percorrer as laterais da carcaça pela rotação das engrenagens, nos espaços entre os seus dentes

Lóbulos – Mesmo princípio das bombas anteriores, só que ao invés de engrenagens são montadas as peças denominadas lóbulos Parafusos – Consiste em dois parafusos de acionamento montados em uma carcaça com pouquíssima folga, sincronizados. O líquido é admitido e os filetes o expulsam

Palhetas deslizantes – Consiste em um cilindro montado excêntrico na carcaça, com cavidades radiais, onde são montadas palhetas retráteis. O líquido é admitido no lado de maior folga, sendo levado pelas palhetas e expulso à medida que a folga diminui

1

BOMBAS DINÂMICAS OU

TURBOBOMBAS

A energia é transferida para o líquido pela rotação de um eixo, onde é montado um impelidor.

Centrífugas – O líquido é acelerado

radialmente pelo impelidor, sendo a direção de saída perpendicular ao eixo

De fluxo axial – O líquido é acelerado por arrasto pelo impelidor, sendo a direção de saída paralela ao eixo

De fluxo misto – Seu impelidor é uma composição dos dois tipos anteriores, sendo a direção de saída inclinada ao eixo Periféricas – O impelidor com palhetas na periferia arrasta o fluido

2

CLASSIFICAÇÃO DAS BOMBAS QUANTO AOS TIPOS

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DAS BOMBAS CENTRÍFUGAS

Impelidor – Impulsiona o líquido

Carcaça – Contém o líquido, envolvendo o impelidor, e dispõe dos bocais de entrada (sucção) e saída (descarga)

Eixo – Atravessa a carcaça e se conecta ao impelidor, provendo movimento rotativo Criação de duas zonas de pressão pelo

movimento de centrifugação do impelidor: a de baixa pressão na entrada succiona novas partículas vindas da tubulação, e a de alta pressão na descarga permite que o fluxo de líquido vença as perdas na descarga.

3

1

(29)

CURVA CARACTERÍSTICA DO SISTEMA

CARGA (HOU AMT) x VAZÃO (Q)

É função da diferença de elevação e diferença de pressões entre os reservatórios de sucção e descarga e das perdas de carga na tubulação.

6

CURVAS CARACTERÍSTICAS DA BOMBA

Carga(H)x vazão(Q)

Potência absorvida(Pot_abs)x vazão(Q)

Rendimento total()x vazão(Q)

4 BOMBAS

FATORES QUE ALTERAM AS CURVAS CARACTERÍSTICAS DAS BOMBAS

DIÂMETRO DO IMPELIDOR

VARIAÇÃO DA ROTAÇÃO (N)

VARIAÇÃO DA MASSA ESPECÍFICA

Potência absorvida diretamente proporcional

FLUIDOS MUITO VISCOSOS

Aumentam muito a potência absorvida, reduzem a carga e a vazão bombeada

São normalmente fornecidas pelo fabricante em um único gráfico, em relação a um único eixo de vazão e ainda com a curva deNPSHrequerido.

5

CAVITAÇÃO

A redução da pressão do líquido até a pressão crítica (próxima à pressão de vapor –Pv ) facilita a formação contínua de macrobolhas a partir das microbolhas de gases existentes. Se a pressão é levada novamente a valores acima da pressão crítica, as bolhas geradas entram em colapso, gerando ondas de choque e microjatos de fluido. Gera vibração, ruído e erosão na região do impelidor.

7

2

RESUMO NPSH REQUERIDO

É o mínimo de carga que deve haver acima da

Pv no bocal de sucção para que não se inicie a cavitação (gráficoNPSHrxQ)

DISPONÍVEL

No sistema, é o valor de carga acima daPv

existente no bocal de sucção (gráficoNPSHdxQ)

8

DETERMINAÇÃO DO DETERMINAÇÃO DODETERMINAÇÃO DO DETERMINAÇÃO DO DETERMINAÇÃO DO PONTO DE TRABALHO E PONTO DE TRABALHO EPONTO DE TRABALHO E PONTO DE TRABALHO E PONTO DE TRABALHO E SELEÇÃO DA

SELEÇÃO DASELEÇÃO DA SELEÇÃO DA

SELEÇÃO DA BOMBABOMBABOMBABOMBABOMBA

Interseção entre as curvas de carga da bomba e do sistema. Uma reta vertical identifica o rendimento, a potência absorvida,NPSH

requerido e disponível (folga > 0,6m = 2ft é aceitável). Escolher nos catálogos dos

fabricantes o modelo cujas curvas atendam às necessidades, na região de alta eficiência e com boa folga(f).

9

ASSOCIAÇÃO DE BOMBAS CENTRÍFUGAS Em série Em paralelo 10 CARACTERÍSTICAS

GERAIS DAS TURBOBOMBAS

Responde pela maioria das aplicações, notadamente as bombas centrífugas

VANTAGENS

São acionadas por motores elétricos sem modificadores de velocidade

Trabalham em regime permanente

Apresentam flexibilidade operacional devido às modificações que podem ser feitas para que se adaptem às novas condições: restrição de válvula na descarga, mudança do impelidor, variação de velocidade Requerem menor manutenção do que as bombas alternativas

Cobrem ampla faixa de vazões

Apresentam relação de custo favorável

(30)

2 BOMBAS

CARACTERÍSTICAS

GERAIS DAS TURBOBOMBAS

DESVANTAGENS

Baixa eficiência para vazões muito baixas e diferenciais de pressão muito altos

Baixa eficiência para altas viscosidades Redução da sua capacidade pelos gases dissolvidos no líquido

Erosão acelerada causada pelos sólidos em suspensão

Inadequada quando se deseja vazão constante, independente de alterações no sistema

3

R E S U M O 12 DETALHES CONSTRUTIVOS DAS TURBOBOMBAS

Impelidor – Abertos; semi-abertos e

fechados. De sucção simples e dupla sucção Carcaça – Em voluta, com pás difusoras, concêntricas, em dupla voluta ou mista. Partidas axialmente ou radialmente Eixo e luvas de eixo

Anéis de desgaste

Quanto à posição – Horizontais e verticais Quanto ao número de impelidores – Simples estágio e múltiplos estágios

13 VEDAÇÃO POR SELO MECÂNICO Caixa de selagem Sede estacionária Sede rotativa Mola Sobreposta

Conexões para líquido de selagem, refrigeração, lavagem, dreno e respiro Câmaras para refrigeração

Selo secundário estático Selo secundário dinâmico Filme lubrificante 14 VEDAÇÃO POR GAXETAS Caixa de gaxetas Anéis de gaxetas Sobreposta

Bucha de garganta ou de fundo Conexão para líquido de selagem Anel de lanterna

Câmara para refrigeração São indicadas para:

Produtos limpos ou que não oferecem restrições ao vazamento (não perigosos) Condições de operação suaves ou moderadas Velocidades superficiais inferiores

a 900 ft/min

Líquido com boas propriedades lubrificantes Alta deflexão do eixo na caixa de gaxetas Alta vibração

Serviço intermitente com produtos que se solidificam ou formam depósitos

15 TIPOS BÁSICOS DE MONTAGEM Interna ou externa Simples ou duplo Não-balanceados Balanceados São indicadas para:

Produtos perigosos Produtos caros

Líquidos com baixas propriedades lubrificantes

Gaxetas que gerariam alto atrito, consumindo potência

Altas temperaturas que inibem o uso de gaxetas

Condições de operação cíclicas