Nocoes de Bombas

Autores: Achilles Silva Júnior

Geovannio Allan da Cruz Santos

Co-Autor: Marco Antônio Simões

NOÇÕES

NOÇÕES

Este material foi classificado como INFORMAÇÃO RESERVADA e deve possuir o tratamento especial descrito na norma corporativa PB-PO-0V4-00005“TRATAMENTO DE INFORMAÇÕES RESERVADAS".

Autores: Achilles Silva Júnior

Geovannio Allan da Cruz Santos

Co-Autor: Marco Antônio Simões

Ao final desse estudo, o treinando poderá:

• Reconhecer os princípios de funcionamento das bombas; • Diferenciar bomba centrífuga e bomba volumétrica; • Reconhecer os principais componentes e funções desses equipamentos.

NOÇÕES

Este material é o resultado do trabalho conjunto de muitos técnicos da área de Exploração & Produção da Petrobras. Ele se estende para além dessas páginas, uma vez que traduz, de forma estruturada, a experiência de anos de dedicação e aprendizado no exercício das atividades profissionais na Companhia.

É com tal experiência, refletida nas competências do seu corpo de empregados, que a Petrobras conta para enfrentar os crescentes desafios com os quais ela se depara no Brasil e no mundo.

Nesse contexto, o E&P criou o Programa Alta Competência, visando prover os meios para adequar quantitativa e qualitativamente a força de trabalho às estratégias do negócio E&P.

Realizado em diferentes fases, o Alta Competência tem como premissa a participação ativa dos técnicos na estruturação e detalhamento das competências necessárias para explorar e produzir energia.

O objetivo deste material é contribuir para a disseminação das competências, de modo a facilitar a formação de novos empregados e a reciclagem de antigos.

Trabalhar com o bem mais precioso que temos – as pessoas – é algo que exige sabedoria e dedicação. Este material é um suporte para esse rico processo, que se concretiza no envolvimento de todos os que têm contribuído para tornar a Petrobras a empresa mundial de sucesso que ela é.

Programa Alta Competência

Esta seção tem o objetivo de apresentar como esta apostila está organizada e assim facilitar seu uso.

No início deste material é apresentado o objetivo geral, o qual representa as metas de aprendizagem a serem atingidas.

Autor

Ao fi nal desse estudo, o treinando poderá: • Identifi car procedimentos adequados ao aterramento e à manutenção da segurança nas instalações elétricas; • Reconhecer os riscos de acidentes relacionados ao aterramento de segurança;

• Relacionar os principais tipos de sistemas de aterramento de segurança e sua aplicabilidade nas instalações elétricas.

ATERRAMENTO DE SEGURANÇA

Como utilizar esta apostila

O material está dividido em capítulos.

No início de cada capítulo são apresentados os objetivos

específi cos de aprendizagem, que devem ser utilizados como

orientadores ao longo do estudo.

No fi nal de cada capítulo encontram-se os exercícios, que visam avaliar o alcance dos objetivos de aprendizagem. Os gabaritos dos exercícios estão nas últimas páginas do capítulo em questão.

Capítulo 1

Riscos elétricos e o aterramento de segurança

Ao fi nal desse capítulo, o treinando poderá:

• Estabelecer a relação entre aterramento de segurança e riscos elétricos;

• Reconhecer os tipos de riscos elétricos decorrentes do uso de equipamentos e sistemas elétricos;

• Relacionar os principais tipos de sistemas de aterramento de segurança e sua aplicabilidade nas instalações elétricas.

Alta Competência Capítulo 1. Riscos elétricos e o aterramento de segurança

A gravidade dos efeitos fi siológicos no organismo está relacionada a quatro fatores fundamentais:

Tensão; •

Resistência elétrica do corpo; •

Área de contato; •

Duração do choque. •

Os riscos elétricos, independente do tipo de •

instalação ou sistema, estão presentes durante toda a vida útil de um equipamento e na maioria das

1.4. Exercícios

1) Que relação podemos estabelecer entre riscos elétricos e aterramento de segurança?

_______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 2) Apresentamos, a seguir, trechos de Normas Técnicas que abordam os cuidados e critérios relacionados a riscos elétricos. Correlacione-os aos tipos de riscos, marcando A ou B, conforme, o caso:

A) Risco de incêndio e explosão B) Risco de contato ( ) “Todas as partes das instalações elétricas devem ser

Alta Competência Capítulo 1. Riscos elétricos e o aterramento de segurança

CARDOSO ALVES, Paulo Alberto e VIANA, Ronaldo Sá. Aterramento de sistemas elétricos - inspeção e medição da resistência de aterramento. UN-BC/ST/EMI – Elétrica, 2007.

COELHO FILHO, Roberto Ferreira. Riscos em instalações e serviços com eletricidade. Curso técnico de segurança do trabalho, 2005.

Norma Petrobras N-2222. Projeto de aterramento de segurança em unidades marítimas. Comissão de Normas Técnicas - CONTEC, 2005. Norma Brasileira ABNT NBR-5410. Instalações elétricas de baixa tensão. Associação

Brasileira de Normas Técnicas, 2005.

Norma Brasileira ABNT NBR-5419. Proteção de estruturas contra descargas atmosféricas. Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005.

1) Que relação podemos estabelecer entre riscos elétricos e aterramento de segurança? O aterramento de segurança é uma das formas de minimizar os riscos decorrentes do uso de equipamentos e sistemas elétricos.

2) Apresentamos, a seguir, trechos de Normas Técnicas que abordam os cuidados e critérios relacionados a riscos elétricos. Correlacione-os aos tipos de riscos, marcando A ou B, conforme, o caso:

A) Risco de incêndio e explosão B) Risco de contato ( B ) “Todas as partes das instalações elétricas devem ser projetadas e

executadas de modo que seja possível prevenir, por meios seguros, os perigos de choque elétrico e todos os outros tipos de acidentes.” ( A ) “Nas instalações elétricas de áreas classifi cadas (...) devem ser

adotados dispositivos de proteção, como alarme e seccionamento automático para prevenir sobretensões, sobrecorrentes, falhas 1.7. Gabarito

1.6. Bibliografi a

Para a clara compreensão dos termos técnicos, as suas defi nições estão disponíveis no glossário. Ao longo dos textos do capítulo, esses termos podem ser facilmente identifi cados, pois estão em destaque.

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cuidados com aterramento de segurança

T

odas as Unidades de Exploração e Produção possuem um plano de manutenção preventiva de equipamentos elétricos (motores, geradores, painéis elétricos, transformadores e outros). A cada intervenção nestes equipamentos e dispositivos, os mantenedores avaliam a necessidade ou não da realização de inspeção nos sistemas de aterramento envolvidos nestes equipamentos. Para que o aterramento de segurança possa cumprir corretamente o seu papel, precisa ser bem projetado e construído. Além disso, deve ser mantido em perfeitas condições de funcionamento.

Nesse processo, o operador tem importante papel, pois, ao interagir diariamente com os equipamentos elétricos, pode detectar imediatamente alguns tipos de anormalidades, antecipando problemas e, principalmente, diminuindo os riscos de choque elétrico por contato indireto e de incêndio e explosão.

3.1. Problemas operacionais

Os principais problemas operacionais verifi cados em qualquer tipo de aterramento são:

• Falta de continuidade; e

• Elevada resistência elétrica de contato.

É importante lembrar que Norma Petrobras N-2222 defi ne o valor de 1Ohm, medido com multímetro DC (ohmímetro), como o máximo admissível para resistência de contato.

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Alta Competência Capítulo 3. Problemas operacionais, riscos e cuidados com aterramento de segurança

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Choque elétrico – conjunto de perturbações de natureza e efeitos diversos, que se

manifesta no organismo humano ou animal, quando este é percorrido por uma corrente elétrica.

Ohm – unidade de medida padronizada pelo SI para medir a resistência elétrica. Ohmímetro – instrumento que mede a resistência elétrica em Ohm.

CARDOSO ALVES, Paulo Alberto e VIANA, Ronaldo Sá. Aterramento de sistemas

elétricos - inspeção e medição da resistência de aterramento. UN-BC/ST/EMI –

Elétrica, 2007.

COELHO FILHO, Roberto Ferreira. Riscos em instalações e serviços com eletricidade – Curso técnico de segurança do trabalho, 2005.

NFPA 780. Standard for the Installation of Lightining Protection Systems. National Fire Protection Association, 2004.

Norma Petrobras N-2222. Projeto de aterramento de segurança em unidades

marítimas. Comissão de Normas Técnicas - CONTEC, 2005.

Norma Brasileira ABNT NBR-5410. Instalações elétricas de baixa tensão. Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005.

Norma Brasileira ABNT NBR-5419. Proteção de estruturas contra descargas

atmosféricas. Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005.

Norma Regulamentadora NR-10. Segurança em instalações e serviços em

eletricidade. Ministério do Trabalho e Emprego, 2004. Disponível em: <http://

www.mte.gov.br/legislacao/normas_regulamentadoras/nr_10.pdf> - Acesso em: 14 mar. 2008.

3.5. Bibliografi a 3.4. Glossário

O material está dividido em capítulos.

No início de cada capítulo são apresentados os objetivos

específi cos de aprendizagem, que devem ser utilizados como

orientadores ao longo do estudo.

No fi nal de cada capítulo encontram-se os exercícios, que visam avaliar o alcance dos objetivos de aprendizagem. Os gabaritos dos exercícios estão nas últimas páginas do capítulo em questão.

Capítulo 1

Riscos elétricos e o aterramento de segurança

Ao fi nal desse capítulo, o treinando poderá:

• Estabelecer a relação entre aterramento de segurança e riscos elétricos;

• Reconhecer os tipos de riscos elétricos decorrentes do uso de equipamentos e sistemas elétricos;

• Relacionar os principais tipos de sistemas de aterramento de segurança e sua aplicabilidade nas instalações elétricas.

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Alta Competência

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Capítulo 1. Riscos elétricos e o aterramento de segurança

A gravidade dos efeitos fi siológicos no organismo está relacionada a quatro fatores fundamentais:

Tensão; •

Resistência elétrica do corpo; •

Área de contato; •

Duração do choque. •

Os riscos elétricos, independente do tipo de •

instalação ou sistema, estão presentes durante toda a vida útil de um equipamento e na maioria das instalações. Por isso é fundamental mantê-los sob controle para evitar prejuízos pessoais, materiais ou de continuidade operacional.

Os

• choques elétricos representam a maior fonte de lesões e fatalidades, sendo necessária, além das medidas de engenharia para seu controle, a obediência

1.4. Exercícios

1) Que relação podemos estabelecer entre riscos elétricos e aterramento de segurança?

_______________________________________________________________ _______________________________________________________________ 2) Apresentamos, a seguir, trechos de Normas Técnicas que abordam os cuidados e critérios relacionados a riscos elétricos. Correlacione-os aos tipos de riscos, marcando A ou B, conforme, o caso:

A) Risco de incêndio e explosão B) Risco de contato ( ) “Todas as partes das instalações elétricas devem ser

projetadas e executadas de modo que seja possível prevenir, por meios seguros, os perigos de choque elétrico e todos os outros tipos de acidentes.” ( ) “Nas instalações elétricas de áreas classificadas

(...) devem ser adotados dispositivos de proteção, como alarme e seccionamento automático para

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Alta Competência

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Capítulo 1. Riscos elétricos e o aterramento de segurança

CARDOSO ALVES, Paulo Alberto e VIANA, Ronaldo Sá. Aterramento de sistemas elétricos - inspeção e medição da resistência de aterramento. UN-BC/ST/EMI – Elétrica, 2007.

COELHO FILHO, Roberto Ferreira. Riscos em instalações e serviços com eletricidade. Curso técnico de segurança do trabalho, 2005.

Norma Petrobras N-2222. Projeto de aterramento de segurança em unidades marítimas. Comissão de Normas Técnicas - CONTEC, 2005. Norma Brasileira ABNT NBR-5410. Instalações elétricas de baixa tensão. Associação

Brasileira de Normas Técnicas, 2005.

Norma Brasileira ABNT NBR-5419. Proteção de estruturas contra descargas atmosféricas. Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005. Norma Regulamentadora NR-10. Segurança em instalações e serviços em

eletricidade. Ministério do Trabalho e Emprego, 2004. Disponível em: <http:// www.mte.gov.br/legislacao/normas_regulamentadoras/nr_10.pdf> - Acesso em: 14 mar. 2008.

NFPA 780. Standard for the Installation of Lightining Protection Systems. National Fire Protection Association, 2004.

Manuais de Cardiologia. Disponível em: <http://www.manuaisdecardiologia.med.

1) Que relação podemos estabelecer entre riscos elétricos e aterramento de segurança? O aterramento de segurança é uma das formas de minimizar os riscos decorrentes do uso de equipamentos e sistemas elétricos.

2) Apresentamos, a seguir, trechos de Normas Técnicas que abordam os cuidados e critérios relacionados a riscos elétricos. Correlacione-os aos tipos de riscos, marcando A ou B, conforme, o caso:

A) Risco de incêndio e explosão B) Risco de contato ( B ) “Todas as partes das instalações elétricas devem ser projetadas e

executadas de modo que seja possível prevenir, por meios seguros, os perigos de choque elétrico e todos os outros tipos de acidentes.” ( A ) “Nas instalações elétricas de áreas classifi cadas (...) devem ser

adotados dispositivos de proteção, como alarme e seccionamento automático para prevenir sobretensões, sobrecorrentes, falhas de isolamento, aquecimentos ou outras condições anormais de operação.”

( B ) “Nas partes das instalações elétricas sob tensão, (...) durante os trabalhos de reparação, ou sempre que for julgado necessário à segurança, devem ser colocadas placas de aviso, inscrições de advertência, bandeirolas e demais meios de sinalização que chamem a atenção quanto ao risco.”

( A ) “Os materiais, peças, dispositivos, equipamentos e sistemas destinados à aplicação em instalações elétricas (...) devem ser avaliados quanto à 1.7. Gabarito

1.6. Bibliografi a

Para a clara compreensão dos termos técnicos, as suas defi nições estão disponíveis no glossário. Ao longo dos textos do capítulo, esses termos podem ser facilmente identifi cados, pois estão em destaque.

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Alta Competência Capítulo 3. Problemas operacionais, riscos e cuidados com aterramento de segurança

49 3. Problemas operacionais, riscos e

cuidados com aterramento de segurança

T

odas as Unidades de Exploração e Produção possuem um plano de manutenção preventiva de equipamentos elétricos (motores, geradores, painéis elétricos, transformadores e outros). A cada intervenção nestes equipamentos e dispositivos, os mantenedores avaliam a necessidade ou não da realização de inspeção nos sistemas de aterramento envolvidos nestes equipamentos. Para que o aterramento de segurança possa cumprir corretamente o seu papel, precisa ser bem projetado e construído. Além disso, deve ser mantido em perfeitas condições de funcionamento.

Nesse processo, o operador tem importante papel, pois, ao interagir diariamente com os equipamentos elétricos, pode detectar imediatamente alguns tipos de anormalidades, antecipando problemas e, principalmente, diminuindo os riscos de choque elétrico por contato indireto e de incêndio e explosão.

3.1. Problemas operacionais

Os principais problemas operacionais verifi cados em qualquer tipo de aterramento são:

• Falta de continuidade; e

• Elevada resistência elétrica de contato.

É importante lembrar que Norma Petrobras N-2222 defi ne o valor de 1Ohm, medido com multímetro DC (ohmímetro), como o máximo admissível para resistência de contato.

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Alta Competência Capítulo 3. Problemas operacionais, riscos e cuidados com aterramento de segurança

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Choque elétrico – conjunto de perturbações de natureza e efeitos diversos, que se

manifesta no organismo humano ou animal, quando este é percorrido por uma corrente elétrica.

Ohm – unidade de medida padronizada pelo SI para medir a resistência elétrica. Ohmímetro – instrumento que mede a resistência elétrica em Ohm.

CARDOSO ALVES, Paulo Alberto e VIANA, Ronaldo Sá. Aterramento de sistemas

elétricos - inspeção e medição da resistência de aterramento. UN-BC/ST/EMI –

Elétrica, 2007.

COELHO FILHO, Roberto Ferreira. Riscos em instalações e serviços com eletricidade – Curso técnico de segurança do trabalho, 2005.

NFPA 780. Standard for the Installation of Lightining Protection Systems. National Fire Protection Association, 2004.

Norma Petrobras N-2222. Projeto de aterramento de segurança em unidades

marítimas. Comissão de Normas Técnicas - CONTEC, 2005.

Norma Brasileira ABNT NBR-5410. Instalações elétricas de baixa tensão. Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005.

Norma Brasileira ABNT NBR-5419. Proteção de estruturas contra descargas

atmosféricas. Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005.

Norma Regulamentadora NR-10. Segurança em instalações e serviços em

eletricidade. Ministério do Trabalho e Emprego, 2004. Disponível em: <http://

www.mte.gov.br/legislacao/normas_regulamentadoras/nr_10.pdf> - Acesso em: 14 mar. 2008.

3.5. Bibliografi a 3.4. Glossário

Caso sinta necessidade de saber de onde foram retirados os insumos para o desenvolvimento do conteúdo desta apostila, ou tenha interesse em se aprofundar em determinados temas, basta consultar a Bibliografi a ao fi nal de cada capítulo.

Ao longo de todo o material, caixas de destaque estão presentes. Cada uma delas tem objetivos distintos.

A caixa “Você Sabia” traz curiosidades a respeito do conteúdo abordado de um determinado item do capítulo.

“Importante” é um lembrete das questões essenciais do

conteúdo tratado no capítulo.

24 Alta Competência

25 Capítulo 1. Riscos elétricos e o aterramento de segurança

CARDOSO ALVES, Paulo Alberto e VIANA, Ronaldo Sá. Aterramento de sistemas

elétricos - inspeção e medição da resistência de aterramento. UN-BC/ST/EMI –

Elétrica, 2007.

COELHO FILHO, Roberto Ferreira. Riscos em instalações e serviços com eletricidade. Curso técnico de segurança do trabalho, 2005.

Norma Petrobras N-2222. Projeto de aterramento de segurança em unidades

marítimas. Comissão de Normas Técnicas - CONTEC, 2005.

Norma Brasileira ABNT NBR-5410. Instalações elétricas de baixa tensão. Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005.

Norma Brasileira ABNT NBR-5419. Proteção de estruturas contra descargas

atmosféricas. Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005.

Norma Regulamentadora NR-10. Segurança em instalações e serviços em

eletricidade. Ministério do Trabalho e Emprego, 2004. Disponível em: <http://

www.mte.gov.br/legislacao/normas_regulamentadoras/nr_10.pdf> - Acesso em: 14 mar. 2008.

NFPA 780. Standard for the Installation of Lightining Protection Systems. National Fire Protection Association, 2004.

Manuais de Cardiologia. Disponível em: <http://www.manuaisdecardiologia.med. br/Arritmia/Fibrilacaoatrial.htm> - Acesso em: 20 mai. 2008. Mundo Educação. Disponível em: <http://mundoeducacao.uol.com.br/doencas/

parada-cardiorespiratoria.htm> - Acesso em: 20 mai. 2008. Mundo Ciência. Disponível em: <http://www.mundociencia.com.br/fi sica/eletricidade/

choque.htm> - Acesso em: 20 mai. 2008.

1) Que relação podemos estabelecer entre riscos elétricos e aterramento de segurança?

O aterramento de segurança é uma das formas de minimizar os riscos decorrentes do uso de equipamentos e sistemas elétricos.

2) Apresentamos, a seguir, trechos de Normas Técnicas que abordam os cuidados e critérios relacionados a riscos elétricos. Correlacione-os aos tipos de riscos, marcando A ou B, conforme, o caso:

A) Risco de incêndio e explosão B) Risco de contato

( B ) “Todas as partes das instalações elétricas devem ser projetadas e executadas de modo que seja possível prevenir, por meios seguros, os perigos de choque elétrico e todos os outros tipos de acidentes.”

( A ) “Nas instalações elétricas de áreas classifi cadas (...) devem ser adotados dispositivos de proteção, como alarme e seccionamento automático para prevenir sobretensões, sobrecorrentes, falhas de isolamento, aquecimentos ou outras condições anormais de operação.”

( B ) “Nas partes das instalações elétricas sob tensão, (...) durante os trabalhos de reparação, ou sempre que for julgado necessário à segurança, devem ser colocadas placas de aviso, inscrições de advertência, bandeirolas e demais meios de sinalização que chamem a atenção quanto ao risco.”

( A ) “Os materiais, peças, dispositivos, equipamentos e sistemas destinados à aplicação em instalações elétricas (...) devem ser avaliados quanto à sua conformidade, no âmbito do Sistema Brasileiro de Certifi cação.” 3) Marque V para verdadeiro e F para falso nas alternativas a seguir:

( V ) O contato direto ocorre quando a pessoa toca as partes normalmente energizadas da instalação elétrica.

( F ) Apenas as partes energizadas de um equipamento podem oferecer riscos de choques elétricos.

( V ) Se uma pessoa tocar a parte metálica, não energizada, de um equipamento não aterrado, poderá receber uma descarga elétrica, se houver falha no isolamento desse equipamento.

( V ) Em um choque elétrico, o corpo da pessoa pode atuar como um “fi o terra”.

( F ) A queimadura é o principal efeito fi siológico associado à passagem da corrente elétrica pelo corpo humano.

1.7. Gabarito 1.6. Bibliografi a

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Alta Competência

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Capítulo 1. Riscos elétricos e o aterramento de segurança

É atribuído a Tales de Mileto (624 - 556 a.C.) a primeira observação de um fenômeno relacionado com a eletricidade estática. Ele teria esfregado um fragmento de âmbar com um tecido seco e obtido um comportamento inusitado – o âmbar era capaz de atrair pequenos pedaços de palha. O âmbar é o nome dado à resina produzida por pinheiros que protege a árvore de agressões externas. Após sofrer um processo semelhante à fossilização, ela se torna um material duro e resistente.

Os riscos elétricos de uma instalação são divididos em dois grupos principais:

1.1. Riscos de incêndio e explosão

Podemos defi nir os riscos de incêndio e explosão da seguinte forma:

Situações associadas à presença de sobretensões, sobrecorrentes, fogo no ambiente elétrico e possibilidade de ignição de atmosfera potencialmente explosiva por descarga descontrolada de eletricidade estática.

Os riscos de incêndio e explosão estão presentes em qualquer

Trazendo este conhecimento para a realidade do E&P, podemos observar alguns pontos que garantirão o controle dos riscos de incêndio e explosão nos níveis defi nidos pelas normas de segurança durante o projeto da instalação, como por exemplo:

A escolha do tipo de

• aterramento funcional mais adequado ao ambiente;

A seleção dos dispositivos de proteção e controle; •

A correta manutenção do sistema elétrico. •

O aterramento funcional do sistema elétrico tem como função permitir o funcionamento confi ável e efi ciente dos dispositivos de proteção, através da sensibilização dos relés de proteção, quando existe uma circulação de corrente para a terra, provocada por anormalidades no sistema elétrico.

Observe no diagrama a seguir os principais riscos elétricos associados à ocorrência de incêndio e explosão:

Já a caixa de destaque “Resumindo” é uma versão compacta dos principais pontos abordados no capítulo.

Em “Atenção” estão destacadas as informações que não devem ser esquecidas.

Todos os recursos didáticos presentes nesta apostila têm como objetivo facilitar o aprendizado de seu conteúdo.

Aproveite este material para o seu desenvolvimento profi ssional! É muito importante que você conheça os tipos de pig

de limpeza e de pig instrumentado mais utilizados na sua Unidade. Informe-se junto a ela!

Importante!

atenÇÃo

É muito importante que você conheça os procedimentos específicos para passagem de pig em poços na sua Unidade. Informe-se e saiba quais são eles.

Recomendações gerais

• Antes do carregamento do pig, inspecione o interior do lançador;

• Após a retirada de um pig, inspecione internamente o recebedor de pigs;

• Lançadores e recebedores deverão ter suas

reSUmInDo... 87 6 horas 88 5 horas 89 4 horas e 30 minutos 90 4 horas 91 3 horas e 30 minutos 92 3 horas 93 2 horas e 40 minutos 94 2 horas e 15 minutos 95 2 horas 96 1 hora e 45 minutos 98 1 hora e 15 minutos 100 1 hora 102 45 minutos 104 35 minutos 105 30 minutos 106 25 minutos 108 20 minutos 110 15 minutos 112 10 minutos 114 8 minutos 115 7 minutos

Uma das principais substâncias removidas em poços de petróleo pelo pig de limpeza é a parafi na. Devido às baixas temperaturas do oceano, a parafi na se acumula nas paredes da tubulação. Com o tempo, a massa pode vir a bloquear o fl uxo de óleo, em um processo similar ao da arteriosclerose.

VoCÊ SaBIa?

?

É muito importante que você conheça os tipos de pig de limpeza e de pig instrumentado mais utilizados na sua Unidade. Informe-se junto a ela!

Importante!

atenÇÃo

É muito importante que você conheça os procedimentos específicos para passagem de pig em poços na sua Unidade. Informe-se e saiba quais são eles.

Recomendações gerais

• Antes do carregamento do pig, inspecione o interior do lançador;

• Após a retirada de um pig, inspecione internamente o recebedor de pigs;

• Lançadores e recebedores deverão ter suas

reSUmInDo...

NÍVEL DE RUÍDO DB (A) MÁXIMA EXPOSIÇÃO _{DIÁRIA PERMISSÍVEL}

85 8 horas 86 7 horas 87 6 horas 88 5 horas 89 4 horas e 30 minutos 90 4 horas 91 3 horas e 30 minutos 92 3 horas 93 2 horas e 40 minutos 94 2 horas e 15 minutos 95 2 horas 96 1 hora e 45 minutos 98 1 hora e 15 minutos 100 1 hora 102 45 minutos 104 35 minutos 105 30 minutos 106 25 minutos 108 20 minutos 110 15 minutos 112 10 minutos 114 8 minutos 115 7 minutos

Uma das principais substâncias removidas em poços de petróleo pelo pig de limpeza é a parafi na. Devido às baixas temperaturas do oceano, a parafi na se acumula nas paredes da tubulação. Com o tempo, a massa pode vir a bloquear o fl uxo de óleo, em um processo similar ao da arteriosclerose.

VoCÊ SaBIa?

?

É muito importante que você conheça os tipos de pig de limpeza e de pig instrumentado mais utilizados na sua Unidade. Informe-se junto a ela!

Importante!

atenÇÃo

NÍVEL DE RUÍDO DB (A) MÁXIMA EXPOSIÇÃO _{DIÁRIA PERMISSÍVEL}

85 8 horas 86 7 horas 87 6 horas 88 5 horas 89 4 horas e 30 minutos 90 4 horas 91 3 horas e 30 minutos 92 3 horas 93 2 horas e 40 minutos 94 2 horas e 15 minutos 95 2 horas 96 1 hora e 45 minutos 98 1 hora e 15 minutos 100 1 hora 102 45 minutos

Caso sinta necessidade de saber de onde foram retirados os insumos para o desenvolvimento do conteúdo desta apostila, ou tenha interesse em se aprofundar em determinados temas, basta consultar a Bibliografi a ao fi nal de cada capítulo.

Ao longo de todo o material, caixas de destaque estão presentes. Cada uma delas tem objetivos distintos.

A caixa “Você Sabia” traz curiosidades a respeito do conteúdo abordado de um determinado item do capítulo.

“Importante” é um lembrete das questões essenciais do

conteúdo tratado no capítulo.

24 Alta Competência

25 Capítulo 1. Riscos elétricos e o aterramento de segurança

CARDOSO ALVES, Paulo Alberto e VIANA, Ronaldo Sá. Aterramento de sistemas

elétricos - inspeção e medição da resistência de aterramento. UN-BC/ST/EMI –

Elétrica, 2007.

COELHO FILHO, Roberto Ferreira. Riscos em instalações e serviços com eletricidade. Curso técnico de segurança do trabalho, 2005.

Norma Petrobras N-2222. Projeto de aterramento de segurança em unidades

marítimas. Comissão de Normas Técnicas - CONTEC, 2005.

Norma Brasileira ABNT NBR-5410. Instalações elétricas de baixa tensão. Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005.

Norma Brasileira ABNT NBR-5419. Proteção de estruturas contra descargas

atmosféricas. Associação Brasileira de Normas Técnicas, 2005.

Norma Regulamentadora NR-10. Segurança em instalações e serviços em

eletricidade. Ministério do Trabalho e Emprego, 2004. Disponível em: <http://

www.mte.gov.br/legislacao/normas_regulamentadoras/nr_10.pdf> - Acesso em: 14 mar. 2008.

NFPA 780. Standard for the Installation of Lightining Protection Systems. National Fire Protection Association, 2004.

Manuais de Cardiologia. Disponível em: <http://www.manuaisdecardiologia.med. br/Arritmia/Fibrilacaoatrial.htm> - Acesso em: 20 mai. 2008. Mundo Educação. Disponível em: <http://mundoeducacao.uol.com.br/doencas/

parada-cardiorespiratoria.htm> - Acesso em: 20 mai. 2008. Mundo Ciência. Disponível em: <http://www.mundociencia.com.br/fi sica/eletricidade/

choque.htm> - Acesso em: 20 mai. 2008.

1) Que relação podemos estabelecer entre riscos elétricos e aterramento de segurança?

O aterramento de segurança é uma das formas de minimizar os riscos decorrentes do uso de equipamentos e sistemas elétricos.

2) Apresentamos, a seguir, trechos de Normas Técnicas que abordam os cuidados e critérios relacionados a riscos elétricos. Correlacione-os aos tipos de riscos, marcando A ou B, conforme, o caso:

A) Risco de incêndio e explosão B) Risco de contato

( B ) “Todas as partes das instalações elétricas devem ser projetadas e executadas de modo que seja possível prevenir, por meios seguros, os perigos de choque elétrico e todos os outros tipos de acidentes.”

( A ) “Nas instalações elétricas de áreas classifi cadas (...) devem ser adotados dispositivos de proteção, como alarme e seccionamento automático para prevenir sobretensões, sobrecorrentes, falhas de isolamento, aquecimentos ou outras condições anormais de operação.”

( B ) “Nas partes das instalações elétricas sob tensão, (...) durante os trabalhos de reparação, ou sempre que for julgado necessário à segurança, devem ser colocadas placas de aviso, inscrições de advertência, bandeirolas e demais meios de sinalização que chamem a atenção quanto ao risco.”

( A ) “Os materiais, peças, dispositivos, equipamentos e sistemas destinados à aplicação em instalações elétricas (...) devem ser avaliados quanto à sua conformidade, no âmbito do Sistema Brasileiro de Certifi cação.” 3) Marque V para verdadeiro e F para falso nas alternativas a seguir:

( V ) O contato direto ocorre quando a pessoa toca as partes normalmente energizadas da instalação elétrica.

( F ) Apenas as partes energizadas de um equipamento podem oferecer riscos de choques elétricos.

( V ) Se uma pessoa tocar a parte metálica, não energizada, de um equipamento não aterrado, poderá receber uma descarga elétrica, se houver falha no isolamento desse equipamento.

( V ) Em um choque elétrico, o corpo da pessoa pode atuar como um “fi o terra”.

( F ) A queimadura é o principal efeito fi siológico associado à passagem da corrente elétrica pelo corpo humano.

1.7. Gabarito 1.6. Bibliografi a

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Capítulo 1. Riscos elétricos e o aterramento de segurança

É atribuído a Tales de Mileto (624 - 556 a.C.) a primeira observação de um fenômeno relacionado com a eletricidade estática. Ele teria esfregado um fragmento de âmbar com um tecido seco e obtido um comportamento inusitado – o âmbar era capaz de atrair pequenos pedaços de palha. O âmbar é o nome dado à resina produzida por pinheiros que protege a árvore de agressões externas. Após sofrer um processo semelhante à fossilização, ela se torna um material duro e resistente.

Os riscos elétricos de uma instalação são divididos em dois grupos principais:

1.1. Riscos de incêndio e explosão

Podemos defi nir os riscos de incêndio e explosão da seguinte forma:

Situações associadas à presença de sobretensões, sobrecorrentes, fogo no ambiente elétrico e possibilidade de ignição de atmosfera potencialmente explosiva por descarga descontrolada de eletricidade estática.

Os riscos de incêndio e explosão estão presentes em qualquer instalação e seu descontrole se traduz principalmente em danos pessoais, materiais e de continuidade operacional.

Trazendo este conhecimento para a realidade do E&P, podemos observar alguns pontos que garantirão o controle dos riscos de incêndio e explosão nos níveis defi nidos pelas normas de segurança durante o projeto da instalação, como por exemplo:

A escolha do tipo de

• aterramento funcional mais adequado ao ambiente;

A seleção dos dispositivos de proteção e controle; •

A correta manutenção do sistema elétrico. •

O aterramento funcional do sistema elétrico tem como função permitir o funcionamento confi ável e efi ciente dos dispositivos de proteção, através da sensibilização dos relés de proteção, quando existe uma circulação de corrente para a terra, provocada por anormalidades no sistema elétrico.

Observe no diagrama a seguir os principais riscos elétricos associados à ocorrência de incêndio e explosão:

Já a caixa de destaque “Resumindo” é uma versão compacta dos principais pontos abordados no capítulo.

Em “Atenção” estão destacadas as informações que não devem ser esquecidas.

Todos os recursos didáticos presentes nesta apostila têm como objetivo facilitar o aprendizado de seu conteúdo.

Aproveite este material para o seu desenvolvimento profi ssional! Uma das principais substâncias removidas em poços de

petróleo pelo pig de limpeza é a parafi na. Devido às baixas temperaturas do oceano, a parafi na se acumula nas paredes da tubulação. Com o tempo, a massa pode vir a bloquear o fl uxo de óleo, em um processo similar ao da arteriosclerose.

VoCÊ SaBIa?

?

É muito importante que você conheça os tipos de pig de limpeza e de pig instrumentado mais utilizados na sua Unidade. Informe-se junto a ela!

Importante!

atenÇÃo

É muito importante que você conheça os procedimentos específicos para passagem de pig em poços na sua Unidade. Informe-se e saiba quais são eles.

Recomendações gerais

• Antes do carregamento do pig, inspecione o interior do lançador;

• Após a retirada de um pig, inspecione internamente o recebedor de pigs;

• Lançadores e recebedores deverão ter suas

reSUmInDo...

NÍVEL DE RUÍDO DB (A) MÁXIMA EXPOSIÇÃO _{DIÁRIA PERMISSÍVEL}

85 8 horas 86 7 horas 87 6 horas 88 5 horas 89 4 horas e 30 minutos 90 4 horas 91 3 horas e 30 minutos 92 3 horas 93 2 horas e 40 minutos 94 2 horas e 15 minutos 95 2 horas 96 1 hora e 45 minutos 98 1 hora e 15 minutos 100 1 hora 102 45 minutos 104 35 minutos 105 30 minutos 106 25 minutos 108 20 minutos 110 15 minutos 112 10 minutos 114 8 minutos 115 7 minutos

Uma das principais substâncias removidas em poços de petróleo pelo pig de limpeza é a parafi na. Devido às baixas temperaturas do oceano, a parafi na se acumula nas paredes da tubulação. Com o tempo, a massa pode vir a bloquear o fl uxo de óleo, em um processo similar ao da arteriosclerose.

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Uma das principais substâncias removidas em poços de petróleo pelo pig de limpeza é a parafi na. Devido às baixas temperaturas do oceano, a parafi na se acumula nas paredes da tubulação. Com o tempo, a massa pode vir a bloquear o fl uxo de óleo, em um processo similar ao da arteriosclerose.

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Sumário

Sumário

Introdução 19

Capítulo 1 - Conceitos básicos

Objetivo 21

1. Conceitos básicos 23

1.1. Propriedades dos Líquidos 23

1.1.1. Massa Específica 23 1.1.3. Densidade 24 1.1.4. Viscosidade 24 1.2. Pressão 26 1.2.1 Lei de Pascal 26 1.2.2. Teorema de Stevin 27 1.2.3. Pressão atmosférica (P_atm) 28 1.2.4. Pressão manométrica (P_man) 31 1.2.5. Pressão absoluta (P_abs) 31 1.2.6. Pressão de vapor (P_v) 32 1.3. Escoamento 33 1.3.1. Regime laminar 33 1.3.2. Regime turbulento 33 1.3.3. Experiência de Reynolds 34 1.4. Vazão e velocidade 35 1.4.1. Velocidade 36 1.5. Equação da continuidade 36

1.6. Carga total ou altura manométrica total 37 1.6.1. Carga geométrica (H_g) 37 1.6.2. Carga de pressão (H_p) 38 1.6.3. Carga de velocidade (H_v) 39

1.7. Teorema de Bernoulli 39

1.7.1. Teorema de Bernoulli para líquidos reais 40

1.8. Perda de cargas em tubulações 41

1.8.1. Tipos de perda de carga 41

1.9. Exercícios 45

1.10. Glossário 46

1.11. Bibliografia 47

2.2. Conceito de força 51 2.3. Inércia, força centrífuga e força centrípeta 52 2.4. Aceleração e aceleração centrífuga 56 2.5. Aceleração centrífuga e bomba centrífuga 58 2.6. Etapas de funcionamento das bombas centrífugas 61

2.6.1. Exemplo prático da variação da velocidade e trajetória

de uma partícula do líquido no interior de uma bomba 62

2.7. Componentes da bomba centrífuga 64

2.8. Classificação das bombas centrifugas 73 2.9. Tipos construtivos, características e campos de aplicação 77 2.9.1. Bombas horizontais 77 2.9.2. Bombas verticais 79 2.10. Exercícios 83 2.11. Glossário 86 2.12. Bibliografia 87 2.13. Gabarito 88

Capítulo 3 - Bombas volumétricas

Objetivos 91

3. Bombas volumétricas 93

3.1. Princípio de funcionamento das bombas volumétricas 93 3.2. Classificação das bombas volumétricas 93 3.2.1. Bombas alternativas 94 3.2.2. Tipos e componentes das bombas alternativas 95 3.2.3. Classificação das bombas alternativas 101 3.2.4. Campo de aplicação das bombas alternativas 104 3.2.5. Características básicas das bombas alternativas 104

3.3. Bombas rotativas 105

3.3.1. Tipos, componentes e classificação das bombas rotativas 105 3.4. Principais diferenças entre bombas centrífugas

e bombas volumétricas 114

3.5. Exercícios 115

3.6. Glossário 117

Capítulo 4 - Curvas de Performance ou Curvas Características

Objetivos 121

4. Curvas de Performance ou Curvas Características 123 4.1. Curvas características das bombas

(altura manométrica total, potência, rendimento e vazão). 123 4.1.1. Obtenção da curva característica de uma bomba 123 4.2. Tipos de curvas características das bombas 126 4.3. Curva de potência consumida pela bomba 128 4.3.1. Tipos de curvas de potência consumida 129 4.4. Cálculo da potência consumida pela bomba 130 4.4.1. Potência hidráulica 130 4.4.2. Potência consumida pela bomba 131

4.5. Rendimento 131

4.5.2. Curvas de isorendimento 133 4.6. Curva de NPSH (Net Positive Suction Head) 135

4.7. Ponto de trabalho 136

4.7.1. Fatores que modificam o ponto de trabalho 138 4.8. Cálculo do diâmetro do impelidor 143 4.9. Definição das faixas de vazão recomendadas pela

norma API 610 144

4.10. Problemas dinâmicos e hidráulicos relacionados à

operação fora dos limites recomendados 146 4.10.1. Cargas radiais em bombas com voluta 146 4.10.2. Operação com vazão reduzida 148 4.10.3. Vazão mínima de uma bomba centrifuga 149 4.10.4. Recirculação interna e turbulência no impelidor 149

4.11. Exercícios 151

4.12. Glossário 152

4.13. Bibliografia 153

5.2. O fenômeno da cavitação 158 5.3. Comportamento da pressão na sucção da bomba 159 5.4. Definição de NPSH - Net Positive Suction Head 162

5.5. Conseqüências da Cavitação 170

5.6. Fatores que alteram o NPSH_D 172

5.7. Fatores que alteram o NPSH_R 172

5.8. Cavitação em condições anormais de operação 173 5.8.1. Obstrução nas linhas de sucção/filtro entre o flange

de sucção e o “olho” do impelidor 174 5.8.2. Vazamento excessivo pelos anéis de desgaste 174 5.8.3. Operação em vazões abaixo ou acima dos limites recomendados 175

5.9. Exercícios 178

5.10. Glossário 180

5.11. Bibliografia 181

5.12. Gabarito 182

Capítulo 6 - Associação de bombas em série e em paralelo

Objetivos 185

6. Associação de bombas em série e em paralelo 187

6.1. Associação de bombas em série 187

6.2. Associação de bombas em paralelo 188 6.2.1. Associação em paralelo de bombas com curvas iguais 189 6.2.2. Associação em paralelo de bombas com curvas

diferentes e estáveis 192 6.2.3 Cuidados operacionais ao associar bombas em paralelo. 194

6.3. Exercícios 196

6.4. Glossário 198

6.5. Bibliografia 199

Capítulo 7 - Vedações

Objetivo 201

7. Vedações 203

7.1. Selo mecânico 204

7.1.1. Componentes do selo mecânico 205 7.1.2. Princípio de funcionamento 207 7.1.3. Tipos de selos mecânicos 208 7.2. Projetos básicos de selos mecânicos 211 7.2.1. Selos Mecânicos Internos 211 7.2.2. Selos mecânicos externos. 212 7.2.3. Selos mecânicos duplos 213

7.3. Normas e planos de injeção 214

7.4. Gaxetas 217

7.4.1. Classificação das gaxetas 218

7.5. Exercícios 221 7.6. Glossário 222 7.7. Bibliografia 223 7.8. Gabarito 224 Capítulo 8 - Lubrificação Objetivos 225 8. Lubrificação 227 8.1. Lubrificantes 228 8.1.1. Óleos lubrificantes 229 8.1.2. Graxas 230 8.2. Aditivos 232 8.3. Tipos de lubrificação 233

8.3.1. Lubrificação por nível de óleo 233 8.3.2. Lubrificação forçada 235 8.3.3. Lubrificação por anel pescador 236 8.3.4. Lubrificação por salpico 237 8.3.5. Lubrificação com graxa 237 8.3.6. Lubrificação por névoa de óleo 238

8.4. Cuidados na lubrificação 239

8.5. Exercícios 241

8.6. Glossário 242

8.7. Bibliografia 243

9.2. Pressão 253 9.3. Temperatura 255 9.4. Elétrica 257 9.5. Vibração 259 9.6. Exercícios 265 9.7. Glossário 266 9.8. Bibliografia 267 9.9. Gabarito 268

Capítulo 10 - Problemas e possíveis causas

Objetivos 269

10. Problemas e possíveis causas 271

10.1. Escorva 271

10.2. Procedimentos de partida 271

10.3. Procedimentos de parada 273

10.4. Itens de inspeção 274

10.5. Correlações entre sintomas versus possíveis causas 275 10.5.1. Sistema de engaxetamento vazando excessivamente 276 10.5.2. Selo mecânico vazando 276 10.5.3. Problemas mecânicos nos mancais 277 10.5.4. Bomba perde escorva após a partida 277 10.5.5. Vazão insuficiente 278

10.6. Exercícios 279

10.7. Glossário 280

10.8. Bibliografia 281

19

Introdução

E

sta apostila tem a intenção de sistematizar o conhecimento sobre

bombas e sua adequada operação, tornando-o um conteúdo acessível aos empregados responsáveis por essas tarefas.

As bombas são equipamentos fundamentais nos processos de exploração e produção de petróleo. São elas que fornecem a energia necessária para o deslocamento dos líquidos.

Diariamente, técnicos de operação trabalham com as bombas, operando os sistemas nos quais estas estão inseridas, conforme a necessidade de vazão e pressão dos processos.

O acionamento e a parada desses equipamentos podem ser realizados tanto na própria área em que estão localizados, como também, por acionamento remoto da sala de controle. Entretanto, a presença do técnico de operação durante esses momentos, bem como após o inicio de operação, é fundamental para garantir a segurança e desempenho dos sistemas antes, durante e depois dos processos de operação.

Portanto, é imprescindível a compreensão do funcionamento da tecnologia envolvida nessas tarefas, de modo que os técnicos de operação tenham clara a dimensão dos efeitos que suas decisões poderão imprimir ao processo de exploração e produção de petróleo. Espera-se, portanto, que, a partir desse estudo, os técnicos envolvidos possam integrar a compreensão do funcionamento dos equipamentos, a identificação de problemas, suas possíveis causas, contribuindo, assim, para a tomada de decisão mais adequada em situações em que isso se faça necessário.

Capítulo 1

Conceitos

básicos

Ao final desse capítulo, o treinando poderá:

• Enumerar as propriedades e os conceitos fundamentais da mecânica dos líquidos.

23

Capítulo 1. Conceitos básicos

1. Conceitos básicos

T

oda vez que trabalhamos com uma determinadas bomba, se

faz necessário conhecer as propriedades do fluido de trabalho para que possamos operá-la de forma segura. Desta forma devemos ter uma base sólida de conhecimento sobre as propriedades dos líquidos para que possamos atuar nos sistemas de bombeamento com bastante segurança.

A mecânica dos fluidos é a ciência que estuda o comportamento dos líquidos, subdividida em duas áreas básicas: a hidrostática que estuda os líquidos em equilíbrio estático, ou seja, em repouso e a hidrodinâmica que estuda os líquidos em movimento.

1.1. Propriedades dos Líquidos

Fluido é qualquer substância não sólida, capaz de escoar e assumir a forma do recipiente que o contém. Os fluidos podem ser divididos em líquidos e gases.

As bombas centrífugas e volumétricas, temas dessa apostila, são usadas no bombeamento de líquidos. Portanto, abordaremos brevemente a algumas das principais propriedades envolvidas no estudo desse tipo de sistemas de bombeamento como: peso específico, a massa específica, a densidade, a pressão e a viscosidade.

1.1.1. Massa Específica

É dada pela relação entre a massa de uma determinada substância

e o volume ocupado pela mesma. É representada por _{ρ (Rô). A}

massa específica deve ser sempre referenciada a uma determinada

temperatura em função da dilatação ocorrida nos materiais quando aquecidos, alterando sua massa específica.

24

A massa específica de uma substância é dimensional, ou seja, uma

grandeza que precisa ser expressa com a sua unidade (kg/m3_{, kg/}

dm3 _{etc...) e não deve ser confundida com a densidade que é uma}

grandeza adimensional, ou seja, que não pode ser expressa por uma unidade de medida.

1.1.2. Peso Específico

Peso especifico é dado pela relação entre o peso de uma determinada massa e o volume ocupada pela mesma. É

representada por γ (gama). As unidades mais usuais são N/m3_,

kgf/m3 _{e kgf/dm}3_.

 = peso

volume

Esta propriedade também pode ser obtida através do produto entre a massa especifica (ρ) de uma substância e a aceleração da gravidade (g).

 = ρ.g

1.1.3. Densidade

A densidade de uma substância é a razão entre a massa específica ou peso específico dessa substância e a massa específica ou peso específico de uma substância de referência em condições padrão. Normalmente a substância padrão utilizada para sólidos e líquidos é a água sob determinada temperatura. A densidade é uma propriedade adimensional. Υ _fluido Υ _{fluido padrão} d = _________ ou ρ fluido ρ _{fluido padrão} d = _________ 1.1.4. Viscosidade

25

Capítulo 1. Conceitos básicos

A viscosidade tem uma importante influencia no fenômeno do escoamento, notadamente nas perdas de pressão dos líquidos. A magnitude do efeito depende principalmente da temperatura e da natureza do líquido. Assim, qualquer valor indicado de viscosidade deve sempre informar a temperatura, bem como a sua unidade. O conceito de viscosidade foi definido por Isaac Newton a partir das tensões de cisalhamanto provocadas pela movimentação de uma camada de líquido sobre a outra, ou seja pelas forças internas de atrito. Newton descobriu que em muitos líquidos, a tensão de cisalhamento é proporcional ao gradiente de velocidade, chegando a seguinte formulação:

 =  dv dy Onde: t = tensão de cisalhamento (N/m2_); µ = coeficiente de proporcionalidade(N.s/m2_); = gradiente de velocidade (m/s)/m.

Os líquidos que obedecem esta lei, são os chamados líquidos Newtonianos e os que não obedecem são os Não-Newtonianos. A maioria dos líquidos que são de nosso interesse, tais como água, vários óleos, etc comportam-se de forma a obedecer esta lei.

a) Viscosidade absoluta ou dinâmica

A viscosidade absoluta ou dinâmica exprime a medida das forças de atrito e é justamente o coeficiente de proporcionalidade entre a tensão de cisalhamento (t) e o gradiente de velocidade (dv/dy) da Lei de Newton.

A viscosidade é representada pela letra µ (mu). A unidade do sistema internacional para a viscosidade absoluta é o Pa.s (Pascal . segundo), apesar disso, os fabricantes continuam adotando, usualmente, o P

26

b) Viscosidade cinemática

A viscosidade cinemática é a relação entre a viscosidade absoluta e a sua massa específica. Ela é representada pela letra “ν” (nu).

 = _

A unidade de viscosidade cinemática do sistema internacional é

o m2_{/s (metro quadrado por segundo), entretanto, no estudo de}

bombas é usual a utilização do Stoke (1St = 1 cm2_{/s). Na prática, o}

mais utilizado é o seu submúltiplo, o centiStoke (cSt = 1 mm2_/s).

A viscosidade cinemática de uma substância ν, dada em cSt, pode ser obtida através da sua viscosidade absoluta µ, em cP, e da sua densidade d, na temperatura em questão, de acordo com a relação:

 =  d

1.2. Pressão

A pressão é definida como a razão entre a força exercida sobre uma superfície e a área dessa superfície.

Pressão = força_área

A unidade do sistema internacional é o Pa(Pascal), enquanto

algumas das mais usuais são: kgf/cm2_{; bar; atm; psi.}

1.2.1 Lei de Pascal

A lei de Pascal estabelece que a pressão aplicada sobre um líquido contido em um recipiente fechado age igualmente em todas as direções do líquido e perpendicularmente às paredes do recipiente.

27

Capítulo 1. Conceitos básicos

1.2.2. Teorema de Stevin

Intuitivamente, podemos observar que, quanto mais fundo mergulharmos, em um líquido qualquer, maior será a massa de líquido acima de nós e, portanto, maior o peso desse líquido sobre a superfície do nosso corpo. Isso indica que maior será a pressão exercida pelo líquido sobre nós.

A relação entre pressão do líquido e profundidade é determinada pelo Princípio Fundamental da Hidrostática (Lei de Stevin), segundo a qual, a pressão hidrostática em um ponto qualquer no interior de um

líquido, é proporcional à massa específica (ρ) do líquido, à aceleração

da gravidade local (g) e à altura (h) da coluna de líquido acima do ponto considerado (vide ponto A na ilustração a seguir). Essa relação é expressa através da equação:

P_h = ρ.g.h

É importante perceber que essa equação refere-se apenas à coluna de líquido, mas não se pode esquecer que acima da superfície do líquido poderá estar agindo a pressão atmosférica ou outra pressão relativa qualquer.

Dessa forma, se estivermos trabalhando com pressões manométricas, referenciadas à pressão atmosférica local, elas já expressam diretamente a pressão manométrica naquela profundidade. Mas, se a intenção for encontrar a pressão absoluta, em uma determinada profundidade de líquido, será necessário somar a pressão atmosférica local, alterando a expressão para:

Patm

A h

28

Uma vez que as pressões dependem somente de altura da coluna de líquido, pode-se concluir facilmente que as pressões em qualquer ponto no interior do líquido não dependem do formato ou do volume do reservatório, como pode ser observado no esquema a seguir:

1m 1m 1m 1m 1m 1m Pressão kgf/m2 _mca 0 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 1 2 3 4 5 6

1.2.3. Pressão atmosférica (P_atm)

Vivemos, sobre a superfície do planeta, imersos em um oceano de ar. O peso do ar exerce pressão sobre a superfície terrestre, que denominamos pressão atmosférica. O ar, por ter peso, exerce uma pressão semelhante à exercida pela água. Entretanto, o ar, diferentemente da água, se torna cada vez menos denso à medida que se afasta da superfície da terra. Assim, a pressão por ele exercida não pode ser medida simplesmente em termos da altura a "coluna de

29

Capítulo 1. Conceitos básicos

Considere o exemplo do caso de um tubo “U” com um pouco de água apresentado nas duas situações (A e B) a seguir.

P Situação A Situação B Patm Patm Patm γ.h x

Na situação A, o nível nos dois “braços” do tubo em “U” será o

mesmo porque a pressão do ar exercerá o mesmo “peso” sobre as duas superfícies da água, considerando que o lado esquerdo do tubo

está aberto para a atmosfera. Assim, a pressão atmosférica (P_atm) no

lado esquerdo será igual à pressão atmosférica no lado direito do tubo, uma vez que a atmosfera é a mesma.

A situação B mostra o comportamento do fenômeno quando um pouco de ar é aspirado no lado esquerdo do tubo, reduzindo a pressão nele. A pressão atmosférica, maior no lado direito do tubo, forçará a água para baixo, fazendo-a subir no lado esquerdo até as pressões se igualarem novamente (ponto x). Neste ponto a pressão

hidrostática (P_h) se iguala com a pressão atmosférica, ou seja: P_h =

(y.h) + P = P_atm.

O mesmo fenômeno pode ser observado quando alguém toma um suco com um canudo. A sucção na ponta do canudo gera uma

área de baixa pressão (P) em relação a pressão atmosférica (P_atm).

Portanto esta pressão, exercida sobre a superfície do suco, força a subida do líquido pelo canudo.

30

P

Pa

Acontece exatamente a mesma coisa com a aspiração de uma bomba centrífuga. O movimento de rotação da bomba em funcionamento gera no bocal de sucção (P) uma zona de baixa pressão. A diminuição da pressão no bocal em relação à pressão atmosférica, obriga a água a subir pela tubulação de sucção. Para tal, em bombas convencionais, a linha de sucção (da válvula de retenção ate o bocal de sucção inclusive) deve estar totalmente preenchida com o liquido.

Descarga

Bomba centrífuga

Válvula de retenção P

Pa

31

Capítulo 1. Conceitos básicos

1.2.4. Pressão manométrica (P_man)

A Pressão efetiva, manométrica ou relativa é simplesmente o valor da pressão causada pela altura da coluna de líquido, sendo uma indicação de quanto a pressão no ponto é maior do que a pressão atmosférica. É também chamada manométrica, pois é a indicada pelos manômetros. Existem três tipos básicos de manômetros:

Existem três tipos básicos de manômetros:

Manômetro: registra valores de pressão manométrica positiva; •

Vacuômetro: registra valores de pressão manométrica negativa; •

Manovacuômetro: registra valores de pressão manométrica •

positiva e negativa.

Esses instrumentos sempre registram zero quando abertos para atmosfera. Assim, sempre têm como referência (zero da escala) a pressão atmosférica local.

1.2.5. Pressão absoluta (P_abs)

A pressão absoluta é a pressão total em um ponto qualquer no interior do líquido, sendo, portanto, igual à pressão da altura da coluna de líquido somada à pressão atmosférica local.

32

A

Pressão relativa correspondente ao ponto A

Pressão relativa positiva correspondente ao ponto A Pressão absoluta correspondente ao ponto A Pressão relativa correspondente ao ponto B B Hb = 10,33 mca

0 % de atmosferas Pressão atm local

Pressão relativa negativa correspondente

ao ponto B

Pressão absoluta correspondente

ao ponto B

Pressão atm local Erro desprezível

Linha

de pressão nula 10 mca

1.2.6. Pressão de vapor (P_v)

A pressão de vapor de um líquido, a uma determinada temperatura, é aquela na qual coexistem as fases líquido-vapor. Nessa mesma temperatura, quando tivermos uma pressão maior que a pressão

de vapor, haverá somente a fase liquida e quando tivermos uma

pressão menor que a pressão de vapor, iniciar-se-á a vaporização. Este conceito será bastante importante quando o fenômeno da cavitação for abordado. T₅ T₄ T₃ T₂ T₁ T₀ T = temperatura Pr essão Líquido

33

Capítulo 1. Conceitos básicos

É possível notar, no gráfico anterior, que à medida que a temperatura

aumenta, indo de T₀ para T₅, a pressão de vapor aumenta.

1.3. Escoamento

Diz-se que um escoamento se dá em regime permanente, quando as propriedades do líquido, tais como temperatura, peso específico, velocidade, pressão, etc. são invariáveis em relação ao tempo.

1.3.1. Regime laminar

É aquele no qual os filetes líquidos são paralelos entre si e as velocidades em cada ponto de um filete são constantes em módulo e direção.

Linhas de fluxo paralelas entre si

1.3.2. Regime turbulento

É aquele no qual as partículas apresentam movimentos variáveis, com diferentes velocidades em módulo e direção de um ponto para outro no mesmo filete o que acarreta filetes não mais paralelos.

34

1.3.3. Experiência de Reynolds

Osborne Reynolds realizou, em 1833, diversas experiências, onde

pode visualizar os diferentes tipos de escoamentos. Deixando a água escorrer pelo tubo transparente juntamente com o líquido colorido, formou-se um filete nesse líquido. O movimento da água está em regime laminar. Aumentando a vazão da água, abrindo-se a válvula, nota-se que o filete vai se alterando podendo chegar a difundir-se na massa líquida, nesse caso, o movimento esta em regime turbulento.

Água Filete do líquido colorido Tubo transparente Líquido colorido Válvula

Esses regimes foram identificados por um número adimensional.

Onde:

R_e = número de Reynolds;

V = velocidade média de escoamento do líquido; D = diâmetro interno da tubulação;

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Capítulo 1. Conceitos básicos

Limites do número de Reynolds para tubos

R_e < 2000 escoamento laminar 2000 < R_e < 4000 escoamento transitório

R_e > 4000 escoamento turbulento

Pode-se notar que o número de Reynolds é um número adimensional, independendo, portanto do sistema de unidades adotado, desde que ele seja coerente. De uma forma geral, na prática, o escoamento se dá em regime turbulento. A exceção pode ser encontrada nos escoamentos com velocidades muito reduzidas ou com líquidos em alta viscosidade.

1.4. Vazão e velocidade

A vazão volumétrica (Q) de um líquido pode ser definida como o volume de líquido que escoa, por uma unidade de tempo, ou seja:

Q = _________volume

tempo

Essa mesma vazão pode ser determinada pela seguinte relação:

Q = A • V

Onde:

A = área da seção reta da tubulação; V = velocidade na seção.

O sistema internacional adota o m3_{/s. Contudo, em geral, são usadas}

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1.4.1. Velocidade

Embutido no conceito de vazão encontra-se a definição de velocidade. Se um líquido está escoando, suas partículas estão em movimento e possuem velocidade.

Considere que uma seção reta de área A de um duto qualquer (por onde escoa um líquido). Pode-se considerar que a velocidade média do líquido corresponde à razão entre a vazão e a área da seção transversal atravessada pelo líquido.

O Sistema Internacional adota o m/s que é comumente utilizado no cálculo de vazões, na determinação do número de Reynolds etc.

V = Q A =

A 4

._D2



Velocidade Diâmetro Área

1.5. Equação da continuidade

Consideremos o seguinte trecho da tubulação:

A₁ A₂ V₁ V₂ Q₁ Q₂

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Capítulo 1. Conceitos básicos

A₁ = área da seção 1; A₂ = área da seção 2; V₁ = velocidade na seção 1; V₂ = velocidade na seção 2. 2 2 2 1 1 1V A  V A  

Se tivermos um líquido incompressível, a vazão volumétrica que entra na seção 1 também será igual à vazão que sai na seção 2, ou seja:

2 2 1

1A V A

V 

Essa equação é valida para qualquer seção do escoamento, resultando assim numa expressão geral que é a equação da continuidade para líquidos incompressíveis: 2 2 1 1A V A V  Q   cte

Pela equação anterior, nota-se que para uma determinada vazão escoando através de uma tubulação, uma redução de área acarretará um aumento de velocidade e vice-versa.

1.6. Carga total ou altura manométrica total

A carga total é definida pelo somatório das cargas geométrica de pressão e de velocidade.

1.6.1. Carga geométrica (H_g)

A carga geométrica é definida pelo quociente entre a energia potencial de uma coluna de líquido e o seu peso. Considerando o sistema internacional onde a energia potencial é dada pelo Joule e o peso é definido por Newton, podemos concluir que:

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Carga geométrica = Joule/ Newton

H_g = = = m Joule

Newton

N

.

m N

Na equação anterior o Newton, simbolizado pela letra N (unidade de medida de força), do numerador será reduzido com o termo “N” no denominador resultando na distância em metros, como uma medida de carga geométrica.

Sendo o Joule medido em N.m, podemos deduzir que a carga geométrica, por simplificação será obtida pela medida da cota (Z) de um ponto em relação a um determinado plano de referência.

No sistema internacional adota o metro(m).

1.6.2. Carga de pressão (H_p)

A carga de pressão é definida pela relação entre a pressão estática (P) de um líquido e o seu peso específico (γ):

Hp = P_

Considerando o sistema internacional, cuja pressão é definida por

Pascal (N/m2_{) e o peso específico por N/m}3_{, podemos concluir que:}

H_p= = mN

m2 _N

m3

.

Da mesma forma que na carga geométrica, a carga de pressão é expressa por uma medida linear em metro.

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Capítulo 1. Conceitos básicos

1.6.3. Carga de velocidade (H_v)

A carga de velocidade é definida pela relação entre a energia cinética

de um líquido (m.v2_{/2) e o seu peso.}

H_V= V_2g2

Onde:

V = velocidade média do líquido no ponto em questão; g = aceleração da gravidade.

Da mesma forma que nos casos anteriores, a carga de velocidade é também expressa em metro.

1.7. Teorema de Bernoulli

O teorema de Bernoulli é um dos mais importantes da mecânica dos líquidos e representa um caso particular da principio da conservação da energia. Considerando-se como hipótese um escoamento permanente (propriedades não variam com o tempo) de um líquido, sem receber ou fornecer energia e sem troca de calor, a energia total

por unidade de peso, que é a soma da carga de pressão (H_p), carga

geométrica(H_g) e a carga de velocidade(H_v) em qualquer ponto do

líquido é constante, ou seja:

H_g + H_p+ H_v = constante

Essa relação pode ser expressa considerando que:

z + __ + __ = constante p

 V

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