Apostila petrobras-bombas

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  • 1. PROGRAMA DE ATUALIZAÇÃOPARA MECÂNICOS DEEQUIPAMENTOS DE PROCESSO Manutenção eReparo de Bombas
  • 2. PETROBRAS ABASTECIMENTO A LAN K ARD EC P I NTO GERENTE EXECUTIVO DE ABASTECIMENTO – R EFI NO R ONALDO U RURAHY H EYDER BORBAGERENTE GERAL DE EQUI PAM ENTOS E SE RVIÇ OS DO ABASTECIM ENTO M ANOEL M ARQUES S IMÕES GERENTE DE TECNOLOGIA DE EQU IPAM ENTOS R OGÉRIO DA S ILVA C AMPOSCONSULTOR SÊNIOR – TECNOLOGIA DE EQUIPAM ENTOS DINÂMICOS I VANILDO DE ALMEIDA SILVA GERENTE DE RE CURSOS HU MANOS DO ABASTECIMENTO
  • 3. Rio de Janeiro 2006
  • 4. Manutenção e Reparo de Bombas © 2006 Getúlio V. Drummond Todos os direitos reservados PETROBRAS Petróleo Brasileiro S. A. Avenida Chile, 65 – 20º andar 20035-900 – Rio de Janeiro – RJ Tel.: (21) 3224-6013 http://www.petrobras.com.br A publicação desta série é uma edição da PETROBRAS PETROBRAS Diretoria de Abastecimento PROGRAMA DE ATUALIZAÇÃO PARA MECÂNICOS DE EQUIPAMENTOS DE PROCESSOS Alinhamento de Máquinas Compressores Mancais e Rolamentos Manutenção e Reparo de Bombas Purgadores Redutores Industriais Selagem de Bombas Turbinas a Vapor Válvulas Industriais
  • 5. Pense e Anote SumárioLista de figuras 7Lista de tabelas 13Apresentação 15Introdução 17Unidades e suas conversões, propriedadesdos líquidos e tabelas 19Comprimento – l 19Massa – m 21Tempo – t 21Temperatura – T 22Área – A 23Volume – V 24Velocidade linear – v 25Velocidade angular – w 27Vazão volumétrica – Q 28Aceleração – a 29Força – F 31Trabalho ou energia – T 33Torque – Tq 34Potência – Pot 35Massa específica – 36Peso específico – 38Densidade 40Pressão 40Viscosidade – ou 51Pressão de vapor 54Rendimento – 56Equação da continuidade 57Teorema de Bernouille 58Tabela de tubos 61Letras gregas 62Prefixos 62 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 5
  • 6. Bombas 67 Recebimento da bomba 71Pense e Preservação 73Anote Instalação e teste de partida 75 Classificação de bombas 83 Bomba dinâmica ou turbobomba 85 Princípio de funcionamento da bomba centrífuga 91 Aplicações típicas 95 Partes componentes e suas funções 96 Impelidores 100 Carcaças 104 Altura manométrica total (AMT), carga ou head 107 Cavitação, NPSH disponível e NPSH requerido 117 Recirculação interna 135 Entrada de gases 142 Curva do sistema e ponto de trabalho da bomba 144 Curvas características de bombas centrífugas 152 Curvas características para bombas de fluxos misto e axial 161 Influência do diâmetro do impelidor no desempenho da bomba centrífuga 162 Influência da rotação N da bomba no desempenho da bomba centrífuga 165 Forças radiais e axiais no impelidor 170 Bombas operando em paralelo 177 Bombas operando em série 184 Correção para líquidos viscosos 187 Lubrificação 191 Acoplamento 206 Seleção de bombas 210 Análise de problemas de bombas centrífugas 213 Dados práticos 235 Bombas de deslocamento positivo ou volumétricas 257 Bombas alternativas 259 Bombas rotativas 263 Bombas centrífugas especiais 273 Bomba auto-escorvante 274 Bomba submersa 274 Bomba tipo “vortex” 274 Referências bibliográficas 275 PETROBRAS ABASTECIMENTO 6 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 7. Pense e Anote Lista de figurasFIGURA 1 – Escala de temperaturas Celsius e Fahrenheit 22FIGURA 2 – Áreas de figuras geométricas 23FIGURA 3 – Volume dos sólidos 24FIGURA 4 – Velocidade de deslocamento de um líquido 26FIGURA 5 – Velocidade angular 27FIGURA 6 – Vazão numa tubulação 28FIGURA 7 – Aceleração centrífuga 30FIGURA 8 – Força centrífuga 32FIGURA 9 – Trabalho realizado 33FIGURA 10 – Torque 34FIGURA 11 – Massa específica do cubo 37FIGURA 12 – Peso específico 38FIGURA 13 – Penetração do prego 41FIGURA 14 – Macaco hidráulico 41FIGURA 15 – Pressão atmosférica 43FIGURA 16 – Pressão absoluta e pressão relativa (manométrica) 44FIGURA 17 – Pressão exercida por uma coluna de líquido 45FIGURA 18 – Vasos com formatos e áreas de base diferentes e com pressão igual na base 46FIGURA 19 – Coluna de Hg 47FIGURA 20 – Tubo em U 48FIGURA 21 – Coluna máxima de água com vácuo 50FIGURA 22 – Diferenças de viscosidades 52FIGURA 23 – Pressão de vapor 54FIGURA 24 – Curva da pressão de vapor 55FIGURA 25 – Pressão de vapor em função da temperatura 55FIGURA 26 – Escoamento de um líquido numa tubulação 57FIGURA 27 – Teorema de Bernouille 59 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 7
  • 8. FIGURA 28 – Energia cedida pela bomba 60 FIGURA 29 – Grauteamento de uma base de bomba 75Pense e FIGURA 30 – Chumbador e luva 76Anote FIGURA 31 – Nivelamento transversal da base na área do motor e longitudinal da bomba 77 FIGURA 32 – Chanfro de 45º na base de concreto e no graute 78 FIGURA 33 – Turbobomba com os três tipos de fluxo 86 FIGURA 34 – Bomba regenerativa e seu impelidor 86 FIGURA 35 – Tipos de bombas centrífugas segundo a norma API 610 87 FIGURA 36 – Disco girando com gotas de líquido 91 FIGURA 37 – Esquema de funcionamento de uma bomba centrífuga 91 FIGURA 38 – Variação de pressão e velocidade 92 FIGURA 39 – Variação da pressão e da velocidade no interior da bomba 93 FIGURA 40 – Difusor 94 FIGURA 41 – Corte de uma bomba centrífuga tipo em balanço – KSB 96 FIGURA 42 – Partes do impelidor 100 FIGURA 43 – Classificação do impelidor quanto ao projeto – Velocidade específica 101 FIGURA 44 – Classificação dos impelidores quanto à inclinação das pás 103 FIGURA 45 – Classificação dos impelidores quanto ao tipo de construção 103 FIGURA 46 – Classificação dos impelidores quanto à sucção 104 FIGURA 47 – Tipos de carcaças 105 FIGURA 48 – Bomba com carcaça partida axialmente (BB1) e verticalmente (tipo barril – BB5) 106 FIGURA 49 – Bombas com carcaças partidas verticalmente (BB2) – Com indutor de NPSH e de multissegmentos (BB4) 106 FIGURA 50 – Curva característica de AMT x vazão 108 FIGURA 51 – Levantamento da AMT 109 FIGURA 52 – AMT igual a H, desprezando perdas 113 FIGURA 53 – AMT de 80m fornecida pela bomba para a vazão de 90m3/h 114 FIGURA 54 – Perda de AMT devido ao desgaste interno da bomba 115 FIGURA 55 – Curva de pressão de vapor d´água 118 FIGURA 56 – Curva de NPSH requerido pela bomba 119 FIGURA 57 – Cálculo do NPSH disponível 121 FIGURA 58 – Curva de NPSH disponibilizado pelo sistema 122 PETROBRAS ABASTECIMENTO 8 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 9. Pense e AnoteFIGURA 58A – Bomba operando sem e com vaporização 123FIGURA 59 – Cavitação – NPSH disponível e NPSH requerido para uma dada vazão 125FIGURA 60 – Curva de AMT x vazão de uma bomba cavitando 128FIGURA 61 – Determinação do NPSH requerido 129FIGURA 62 – Vazão máxima em função do NPSH 130FIGURA 63 – Implosão das bolhas de vapor com arrancamento do material 131FIGURA 64 – Impelidores com desgaste devido à cavitação 133FIGURA 65 – Teste de recirculação interna realizado numa bancada de teste 135FIGURA 66 – Recirculação interna na sucção 137FIGURA 67 – Variação da pressão de sucção e da descarga com recirculação 138FIGURA 68 – Vazão mínima do API 610 em função da vibração 139FIGURA 69 – Região de danos no impelidor 140FIGURA 69A – Determinação da vazão mínima de recirculação 141FIGURA 70 – Entrada de ar e formação de vórtices por baixa submergência 143FIGURA 71 – Curva do sistema 144FIGURA 72 – Ponto de trabalho 145FIGURA 73 – Recirculação da descarga para a sucção 146FIGURA 74 – Variação do ponto de trabalho por válvula de controle 147FIGURA 75 – Variação da curva da bomba com o diâmetro do impelidor ou com a rotação 148FIGURA 76 – Modificação do ponto de trabalho por meio de orifício restrição no flange de descarga 149FIGURA 77 – Variação de vazão ligando e desligando bombas 150FIGURA 78 – Controle de capacidade por cavitação 151FIGURA 79 – Curva típica de AMT x vazão de uma bomba centrífuga 153FIGURA 80 – Curva de rendimento de uma bomba centrífuga 154FIGURA 81 – Curva de potência de uma bomba centrífuga 155FIGURA 82 – Curva característica de NPSH requerido x vazão 158FIGURA 83 – Cálculo de NPSH disponível 159FIGURA 84 – Curvas características por tipo de bomba 161FIGURA 85 – Variação do NPSH requerido em função do diâmetro do impelidor 163FIGURA 86 – Novo ponto de trabalho com mudança de diâmetro 165FIGURA 87 – Pontos homólogos obtidos com a mudança de rotação 167FIGURA 88 – Curva de AMT x vazão 167 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 9
  • 10. FIGURA 89 – Curvas AMT x vazão para diversas rotações 169 FIGURA 90 – Esforço radial com voluta simples 170 FIGURA 91 – Esforço radial com dupla voluta 171 FIGURA 92 – Força axial no impelidor sem anel de desgaste 171Pense e Anote FIGURA 93 – Esforço axial em um impelidor de simples sucção em balanço 172 FIGURA 94 – Impelidor com pás traseiras 173 FIGURA 95 – Impelidores em oposição cancelando o esforço axial 174 FIGURA 96 – Equilíbrio axial com tambor de balanceamento 174 FIGURA 97 – Balanceamento axial por meio de disco 175 FIGURA 98 – Disco e tambor de balanceamento 176 FIGURA 99 – Esquema de bombas em paralelo 178 FIGURA 100 – Curva de operação em paralelo 178 FIGURA 101 – Variação da vazão com diferentes curvas do sistema 179 FIGURA 102 – Duas bombas com curvas diferentes operando em paralelo 180 FIGURA 103 – Curva de AMT ascendente/descendente e curvas planas 182 FIGURA 104 – Curva da bomba com orifício de restrição 183 FIGURA 105 – Esquema de bombas em série 184 FIGURA 106 – Bombas iguais operando em série 184 FIGURA 107 – Bombas com curvas diferentes em série 185 FIGURA 108 – Aumento de vazão com operação em série 186 FIGURA 109 – Influência da viscosidade nas curvas das bombas 187 FIGURA 110 – Carta de correção de viscosidade 191 FIGURA 111 – Filme lubrificante separando duas superfícies 192 FIGURA 112 – Posição do eixo no mancal de deslizamento 193 FIGURA 113A – Lubrificação por nível normal e com anel pescador 196 FIGURA 113B – Lubrificação com anel salpicador 196 FIGURA 114 – Sistema de geração e de distribuição de névoa 198 FIGURA 115 – Névoa pura para bombas API antigas e novas 198 FIGURA 116 – Tipos de reclassificadores 199 FIGURA 117 – Utilização do reclassificador direcional 200 FIGURA 118 – Névoa de purga 200 FIGURA 119 – Bombas canned e de acoplamento magnético 201 FIGURA 120 – Vida relativa dos rolamentos versus teor de água no óleo 204 FIGURA 121 – Vida do óleo em função da temperatura de trabalho 204 FIGURA 122 – Tipos de acoplamentos 206 PETROBRAS ABASTECIMENTO 10 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 11. Pense e AnoteFIGURA 123 – Carta de seleção de tamanhos 211FIGURA 124 – Curvas da bomba 40-315 212FIGURA 125 – Diagrama para determinação de problemas de vazão ou de baixa pressão de descarga em bombas centrífugas 215FIGURA 126 – Pressão de vapor e NPSH 218FIGURA 127 – Medida da tensão dos flanges 224FIGURA 128 – Válvula de fluxo mínimo 228FIGURA 129 – Folga mínima externa do impelidor com a voluta e com o difusor 228FIGURA 130 – Rolamento de contato angular 230FIGURA 131 – Concentricidades, excentricidades e perpendicularidades do acionador vertical 238FIGURA 132 – Concentricidade e perpendicularidade da caixa de selagem 239FIGURA 133 – Excentricidade e folgas máximas usadas na RPBC para bombas OH 240FIGURA 134 – Região do encosto dos rolamentos no eixo 241FIGURA 135 – Balanceamento em 1 ou 2 planos 242FIGURA 136 – Parafuso quebra-junta 244FIGURA 137 – Corte do diâmetro do impelidor 247FIGURA 138 – Aumento de AMT por meio da redução da espessura da pá 248FIGURA 139 – Ganho de AMT e de NPSH 249FIGURA 140 – Ganho de vazão e de rendimento 249FIGURA 141 – Anel pescador de óleo 250FIGURA 142 – Métodos de aquecimento do rolamento 252FIGURA 143 – Tipos de montagem de rolamentos de contato angulares aos pares e com as designações usadas 252FIGURA 144 – Folga do mancal de deslizamento 253FIGURA 145 – Posição da redução excêntrica e das curvas na tubulação de sucção 254FIGURA 146 – Posição errada de válvula na sucção para impelidor de dupla sucção 255FIGURA 147 – Posição da válvula de alívio externamente à bomba e antes de qualquer bloqueio 258FIGURA 148 – Bomba alternativa de pistão, de simples efeito, acionada por sistema de biela/manivela 259 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 11
  • 12. FIGURA 149 – Bomba alternativa simplex, de duplo efeito, acionada a vapor 260Pense e FIGURA 150 – Válvulas corrediças de distribuição de vapor 260Anote FIGURA 151 – Bombas de diafragma acionadas por pistão e por outro diafragma 262 FIGURA 152 – Vazão ao longo do tempo da bomba alternativa 263 FIGURA 153 – Vazão x P para bombas rotativas 264 FIGURA 154 – Bomba de engrenagens externas e internas 264 FIGURA 155 – Bomba de 3 fusos e de simples sucção 266 FIGURA 156 – Bomba de 2 fusos e de dupla sucção 266 FIGURA 157 – Bombas de palhetas 267 FIGURA 158 – Bomba de cavidades progressivas 268 FIGURA 159 – Bombas com 1, 2, 3 e 5 lóbulos 268 FIGURA 160 – Bomba peristáltica 269 FIGURA 161 – Esquema da variação de vazão da bomba alternativa de pistões axiais 269 FIGURA 162 – Bomba de pistão axial com ajuste da vazão 270 FIGURA 163 – Bombas de palheta externa, de pás flexíveis e de came com pistão 271 FIGURA 164 – Bomba auto-escorvante, submersa e tipo “vortex” 273 PETROBRAS ABASTECIMENTO 12 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 13. Pense e Anote Lista de tabelasTABELA 1 – Conversão de unidades de comprimento usuais em mecânica 20TABELA 2 – Conversão de unidades de massa mais usuais na área de mecânica 21TABELA 3 – Conversão de unidades de tempo 21TABELA 4 – Conversão de áreas 23TABELA 5 – Conversão de unidades de volume mais usadas em mecânica 25TABELA 6 – Conversão de velocidades 26TABELA 7 – Conversão de unidades de vazão 29TABELA 8 – Conversão de unidades de força 33TABELA 9 – Conversão de trabalho ou energia 34TABELA 10 – Conversão de unidades de torque 35TABELA 11 – Conversão de unidades de potência 36TABELA 12 – Relação entre massas específicas 38TABELA 13 – Pesos específicos 39TABELA 14 – Relação entre pesos específicos 39TABELA 15 – Conversão da unidade de pressão 48TABELA 16 – Conversão de viscosidades dinâmicas 52TABELA 17 – Conversão de viscosidades cinemáticas 53TABELA 18 – Dados sobre tubos 61TABELA 19 – Letras gregas 62TABELA 20 – Prefixos 62TABELA 21 – Torque a ser aplicado nos chumbadores 78TABELA 22 – Conversão de velocidade específica 102TABELA 23 – Volumes específicos da água e do vapor 132TABELA 24 – Pontos da curva de AMt x vazão 168TABELA 25 – Pontos de trabalho para diferentes rotações 168TABELA 26 – Dados do acoplamento 208 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 13
  • 14. TABELA 27 – Rendimento e fator de potência dos motores elétricos 221 TABELA 28 – Freqüência de vibração para diferentes tipos dePense e acoplamentos 223Anote TABELA 29 – Tolerâncias recomendadas 235 TABELA 30 – Ajustes ISO utilizados em bombas – Valores em m236 TABELA 31 – Excentricidades LTI de bombas BB recomendadas pelo API 237 TABELA 32 – Folgas mínimas de trabalho 245 PETROBRAS ABASTECIMENTO 14 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 15. Pense e Anote ApresentaçãoO funcionamento adequado e com qualidade dos processos indus-triais depende fortemente dos equipamentos utilizados para: a movimen-tação dos fluidos; a geração de energia; o aumento ou a redução de velo-cidades; a limpeza de correntes líquidas ou gasosas; e outras funções deprocesso. É preciso, portanto, manter os equipamentos no nível e nas con-dições de funcionamento que garantam a continuidade dos processos. Esseé o dia-a-dia do profissional mecânico responsável por equipamentos deprocesso: mantê-los nas condições que atendam as necessidades de segu-rança e confiabilidade das unidades operacionais. Este curso tem por base os requisitos do PNQC (Programa Nacional deQualificação e Certificação de Profissionais de Mecânica) e destina-se aosmecânicos das 14 Unidades de Negócio da Petrobras localizadas em noveestados do Brasil: AM, BA, CE, SE, PR, SP, MG, RJ e RS. Ele visa facilitar ocompartilhamento dos conhecimentos adquiridos por esses profissionaisao longo de sua experiência nas diversas Unidades de Negócio da Petro-bras. A variação da complexidade do trabalho realizado, devido às carac-terísticas regionais e/ou nível tecnológico de cada Unidade, indica a ne-cessidade desse compartilhamento de forma que a heterogeneidade dogrupo de profissionais na empresa seja reduzida. Com isso, teremos gan-hos na identificação das condições operacionais dos equipamentos, no di-agnóstico de causas e soluções de problemas, nas montagens e alinhamen-tos e no teste dos equipamentos. Assim, o curso de Atualização para Mecânicos de Equipamentos de Pro-cessos fornece o conhecimento teórico básico para a compreensão dos pro-blemas práticos enfrentados no dia-a-dia de uma unidade industrial, visan-do desenvolver nos participantes uma visão crítica e o auto-aprendizado. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 15
  • 16. Introdução Pense e AnoteÉ impossível imaginar uma refinaria de petróleo operando sem bom-bas, pois não há como transportar fluidos de e para as unidades de pro-cesso e entre seus equipamentos principais. Algumas instalações, favore-cidas por geografia peculiar, permitem o uso da energia da gravidade pararealizar o escoamento. Mas, certamente, refluxos em colunas de destila-ção e outras aplicações são impraticáveis sem as bombas. Sem elas, a composição de bateladas torna-se uma operação comple-xa. No preparo de gasolinas, por exemplo, não há como homogeneizar com-pletamente a mistura das diversas naftas componentes durante o seu re-cebimento em tanques de armazenamento. A razão disso é que as cargasde energia hidráulica potencial (estática) não variam e, dessa forma, tor-nam obrigatória a circulação (dinâmica) de massa. Para transportar produtos para terminais a quilômetros de distânciadas refinarias, usam-se oleodutos. Além das distâncias, há por vezes quevencer montanhas para entregar derivados nas bases de provimento dasdistribuidoras. A energia usada para realizar essa tarefa vem das bombasde transferência, máquinas enormes que fornecem altas vazões e pressões. Para dosar o inibidor de corrosão no sistema de topo (linhas, conden-sadores, válvulas de controle e segurança) de uma coluna de destilaçãoatmosférica, bombas dosadoras são fundamentais. Elas provêm a energiapara elevar o fluido até o ponto de aplicação. Pela própria natureza da tarefa,o controle de vazão é fundamental e, praticamente, quem o faz já é a pró-pria bomba, máquina de pequeníssimo porte com baixíssima vazão e (apressão da descarga pode ser alta) pressão. Enfim, para todos esses e outros serviços, usam-se intensa e extensiva-mente as bombas. Para que elas estejam disponíveis, existem os mecâni-cos de manutenção. A atividade de mecânica faz parte de uma atividade mais ampla e roti-neira das unidades industriais: a manutenção. Até há bem pouco tempo,o conceito predominante era de que a missão da manutenção consistiaem restabelecer as condições normais dos equipamentos/sistemas, corri-gindo seus defeitos ou falhas. Hoje, a missão da manutenção é apresen-tada dentro de uma idéia mais ampla: PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 17
  • 17. Pense e Anote Garantir a disponibilidade da função dos equipamentos e instalações de modo a atender ao processo de produção com confiabilidade, segurança, preservação do meio ambiente e custo adequados. Deseja-se que a manutenção contribua para maior disponibilidade confiável ao menor custo. A função do mecânico de manutenção é prestar um serviço – prover disponibilidade confiável de máquinas rotativas – para que os técnicos da operação realizem a produção com qualidade e segurança. Você, mecânico, quando executa seu trabalho, deve se preocupar com a produção e a segurança das pessoas que usarão as máquinas. Assim, estará contribuindo para que acidentes e perdas sejam evitados. Pense nisso! Você, como parte de uma equipe, é imprescindível para a rentabilidade e a segurança no seu local de trabalho, mesmo depois de ter ido embora! Você não está mais lá, mas o seu serviço está... PETROBRAS ABASTECIMENTO 18 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 18. Pense e Anote Unidades e suas conversões, propriedades dos líquidos e tabelasO s líquidos, assim como os gases e os sólidos, possuem diversas pro-priedades que os caracterizam. Faremos a seguir uma rápida recordação dealgumas de suas propriedades e de grandezas físicas necessárias para quese possa compreender mais facilmente o funcionamento das bombas. Devido à existência de muitos equipamentos de origem americana einglesa no sistema Petrobras, nos itens a seguir, quando tratarmos de con-versão de unidades, incluiremos também as principais unidades usadasnaqueles países.Comprimento lO metro com seus múltiplos e submúltiplos é a principal unidade utiliza-da na medição de comprimento. Em mecânica, usamos muito o milímetro (mm), que é a milésima par-te do metro, o centésimo de milímetro (0,01mm) e o mícron ( m), queé a milionésima parte do milímetro. O plural de mícron é mícrones e mícrons, portanto, dizemos: 1 mícron, 2 mícrons, 3 mícrons, etc. No sistema inglês, as principais unidades usadas são: pés (ft); polegada (in); e (mils) milésimos de polegadas. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 19
  • 19. A conversão entre as unidades mais usadas pode ser realizada confor- me a Tabela 1:Pense e TABELA 1 CONVERSÃO DE UNIDADES DE COMPRIMENTO USUAIS EM MECÂNICAAnote m mm 0.01mm m ft in mils 1m = 1 1.000 100.000 1.000.000 3,28 39,37 39.370 1mm = 0,001 1 100 1.000 0,00328 0,03937 39,37 0,01mm = 0,00001 0,01 1 10 3,28 x 10 -6 0,0003937 0,3937 1 m = 1 x 10-6 0,001 0,1 1 3,28 x 10 -7 0,0000394 0,03937 1ft = 0,3048 304,80 30.480 304.800 1 12 12.000 1in = 0,0254 25,4 2.540 25.400 0,0833 1 1.000 -5 -5 1mil = 2,54 x 10 0,0254 2,54 25,4 8,33x 10 0,001 1 Ainda no sistema inglês, temos a jarda (yd) e a milha (mi), as quais são pouco usadas em mecânica, que correspondem a: 1yd = 3ft = 0,9144m 1mi = 1760yd = 1,609km = 1.609m PROBLEMA 1 Quantos metros equivalem a 2 pés? Entrando na Tabela 1 na linha correspondente a 1ft e indo até a coluna de metros (m), achamos 0,3048. Portanto: 1ft = 0,3048m Logo 2ft = 2 x 0,3048 = 0,6096m PROBLEMA 2 A folga de catálogo de um mancal de deslizamento é de 5mils. De quanto seria esta folga em centésimos de milímetro? Da Tabela 1 1mil = 2,54 centésimos de mm 5mils = 2,54 x 5 = 12,7 centésimos de mm PETROBRAS ABASTECIMENTO 20 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 20. Pense e Anote Para converter mils para centésimos de milímetro, basta multiplicarpor 2,54.Massa mO quilograma (kg), seu submúltiplo, o grama (g) (atenção, a palavra é dogênero masculino), e o múltiplo, a tonelada, são as unidades de massamais usadas em mecânica. Em unidades inglesas temos: a libra massa (lbm); a onça avdp (oz); atonelada curta (short ton) e a longa (long ton). TABELA 2 CONVERSÃO DE UNIDADES DE MASSA MAIS USUAIS NA ÁREA DE MECÂNICA Ton Ton curta Ton longa kg g lbm Oz (avdp) métrica (EUA) (Inglaterra) 1kg = 1 1.000 0,001 2,2 35,274 0,001102 0,000984 -6 1g = 0,001 1 1 x 10 0,0022 0,03527 – – 1 ton métr = 1.000 1 x 10 6 1 2.204,6 35.274 1,102 0,9842 1lbm = 0,4536 454 0,000454 1 16 0,0005 4,46 x 10 -4 1 oz (avpd) = 0,0283 28,35 – 0,0625 1 – – 1 ton curta = 907,18 – 0,907 2000 32.000 1 0,892857 1ton longa = 1016 – 1,016 2240 35.840 1,12 1Tempo tAs principais unidades de tempo usadas em mecânica são: segundo (s),minuto (min), hora (h), dia (d) e ano. A conversão entre essas unidades é dada por: TABELA 3 CONVERSÃO DE UNIDADES DE TEMPO Ano Dia Hora Minuto Segundo 1 ano = 1 365 8760 525.600 31.536.000 1 dia = 2,74 x 10 -3 1 24 1440 86.400 1 hora = 1,142 x 10 -4 0,04167 1 60 3.600 1 minuto = 1,903 x 10 -6 6,944 x 10-4 0,01667 1 60 1 segundo = 3,171 x 10 -8 1,157 x 10-5 2,778 x 10-4 0,01667 1 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 21
  • 21. Temperatura T As unidades de temperatura mais usadas são: Graus Celsius (oC) no sistema métrico.Pense e Graus Fahrenheit (oF) no sistema inglês.Anote Temos também as escalas absolutas: graus Kelvin (K) e graus Rankine (R). K = 273 + oC R = oF + 460 Podemos fazer a conversão entre as escalas Celsius e a Fahrenheit basean- do-nos nas temperaturas de fusão do gelo, na temperatura de ebulição da água na pressão correspondente ao nível do mar (Patm = 1,033kgf/cm2). FIGURA 1 ESCALA DE TEMPERATURAS CELSIUS E FAHRENHEIT 100 oC 212 o F Temperatura de ebulição da água o 5 o 100 o C 180 o F C= ( F – 32) 9 Temperatura de 0oC 32 o F fusão do gelo PROBLEMA 3 Qual seria a temperatura em graus Celsius equivalente a 302oF? Aplicando a fórmula de conversão, temos: C = 5 (oF – 32) = 5 (302 – 32) = 5 (270) = 150 o 302oF = 150oC 9 9 9 A temperatura de 302oF = 150oC. PROBLEMA 4 Qual a temperatura em oF equivalente a 40oC? o 5 o 5 40 x 9 C= ( F – 32) 40 = (F – 32) = (F – 32) 9 9 5 F = 72 + 32 = 104 40oC = 104oF PETROBRAS ABASTECIMENTO 22 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 22. Pense e AnoteÁrea AÉ a medida da superfície ocupada por uma figura. É sempre um produtode duas dimensões: base x altura (b x h) ou de raio x raio (r 2 ), ou ainda dediâmetro x diâmetro (D 2 ). FIGURA 2 ÁREAS DE FIGURAS GEOMÉTRICAS Quadrado Retângulo Paralelogramo a h h b b a A = a2 A=bxh A=bxh Trapézio Triângulo Círculo h D b1 b b1 + b 2 bx h D2 A= xh A= A= r2 = 2 2 4 PROBLEMA 5Qual a área de um triângulo com 20mm de base e 15mm de altura? A equivalência e a conversão bxh 20 x 15 300 entre as unidades de área A= = = = 150mm2 2 2 2 podem ser obtidas conforme se vê na Tabela 4. TABELA 4 CONVERSÃO DE ÁREAS m2 cm2 mm2 ft2 in2 1m2 = 1 10.000 1.000.000 10,764 1550 2 1cm = 0,0001 1 100 0,001076 0,155 2 1mm = 1x 10-6 0,01 1 0,0000108 0,00155 1ft2 = 0,0929 929,03 92903 1 144 2 1in = 0,00064516 6,4516 645,16 0,00694 1 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 23
  • 23. PROBLEMA 6 Qual a área em m2 equivalente a 10ft2? Da Tabela 4, temos que 1ft2 = 0,0929m2 10ft2 = 10 x 0,0929 = 0,929m2Pense e Anote Volume V É a medida do espaço ocupado por um corpo. É sempre um produto de três dimensões. FIGURA 3 VOLUME DOS SÓLIDOS Cubo Paralelepípedo Cilindro a h h B b B r a a a A = a3 V=Bxh=axbxh V=Bxh= x r2 x h Cone Esfera h r B r Bxh x r2 x h 4 r3 V= = V= 3 3 3 PROBLEMA 7 Qual o volume de um cone com uma base de 3cm de raio e altura de 5cm? .r 2 .h 3,14 . 32 . 5 V= = = 47,1cm3 3 3 PETROBRAS ABASTECIMENTO 24 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 24. Pense e Anote PROBLEMA 8Qual o volume de uma esfera de 5cm de raio? 4 4 V= . .r3 = x 3,14 x 53 = 130,8cm3 3 3 A equivalência e a conversão entre unidades de volume podem ser ob-tidas conforme a Tabela 5. TABELA 5 CONVERSÃO DE UNIDADES DE VOLUME MAIS USADAS EM MECÂNICA Litro Galão Galão m3 = dm3 ft 3 in3 (EUA) imperial Barril 1m3 = 1 1.000 35,315 61.023,7 264,172 220 6,289 1litro = 0,001 1 0,0353 61,024 0,264 0,22 0,00629 3 1dm = 0,001 1 0,0353 61,024 0,264 0,22 0,00629 3 1ft = 0,0283 28,317 1 1728 7,48 6,229 0,1781 3 -5 -4 1in = 1,639 x 10 0,0164 5,79 x 10 1 0,00433 0,003605 0,0001031 1gal (EUA) = 0,00379 3,785 0,1337 231 1 0,8327 0,02381 * 1gal imp = 0,004546 4,546 0,1605 277,4 1,201 1 0,02859 1barril = 0,159 159 5,614 9702 42 34,97 1Galão imperial é mais usado nos países do Reino Unido (UK). PROBLEMA 9Qual o volume em litros de um tanque de óleo com 1.000 galões de capa-cidade?Se o equipamento for de origem americana, verificando na tabela, temosque: 1 galão USA = 3,785 litros. Capacidade do tanque em litros = 1.000 x 3,785 = 3.785 litros. Se o equipamento for de origem inglesa, da Tabela 5, tiramos: 1 galão imperial = 4,546 litros. Capacidade do tanque em litros = 1.000 x 4,546 = 4.546 litros.Velocidade linear vVelocidade é a distância percorrida na unidade de tempo. D V= t PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 25
  • 25. Quando dizemos que a velocidade média de deslocamento de um lí- quido em uma tubulação é de 2m/s, estamos informando que, na média, a cada segundo as partículas do líquido se deslocam 2 metros. FalamosPense e em velocidade média porque, devido ao atrito, ela é menor junto às pare-Anote des do tubo do que no centro. FIGURA 4 VELOCIDADE DE DESLOCAMENTO DE UM LÍQUIDO As unidades usuais para expressar velocidade são: m/s mm/s km/h in/s ft/s milha/h TABELA 6 CONVERSÃO DE VELOCIDADES m/s mm/s km/h in/s ft/s milha/h 1m/s 1 1.000 3,6 39,37 3,28 2,237 -6 1mm/s 0,001 1 10 0,03937 0,00328 0,002237 1km/h 0,2778 277,8 1 10,936 0,9113 0,6214 1in/s 0,0254 25,4 0,09144 1 0,08333 0,05681 1ft/s 0,3048 304,8 1,097 12 1 0,6818 1mi/h 0,4470 447,04 1,609 17,6 1,467 1 É muito comum medirmos uma vibração baseada na velocidade. A uni- dade mais usual é mm/s. Alguns aparelhos de origem americana utilizam pol/s (in/sec). A conversão é dada por: 1 in/sec = 25,4mm/s PETROBRAS ABASTECIMENTO 26 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 26. Pense e AnoteVelocidade angular wVelocidade angular é o ângulo percorrido na unidade de tempo. FIGURA 5 VELOCIDADE ANGULAR N A Os ângulos podem ser medidos em graus ou radianos. Cada volta nacircunferência significa que um corpo percorreu um ângulo A de 360o oude 2 rd. Se um objeto percorrer duas voltas por minuto, terá a velocida-de de 2 x 2 rd/min = 4 rd/min. Se estiver girando numa rotação N (rpm),terá uma velocidade angular de N x 2 rd/min. w=2 N rd/min Radiano é o ângulo central correspondente a um arco igual ao raio. Para passar de rd/min para rd/s, basta dividir por 60. Temos então: N NVelocidade angular W=2 = rd/s com N em rpm. 60 30 PROBLEMA 10Qual a velocidade angular de uma peça girando a 1.200rpm? .N 1200 W= = = 3,14 x 40 = 125,6rd/s 30 30 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 27
  • 27. Vazão volumétrica Q Vazão volumétrica é o volume de líquido que passa numa determinada seção do tubo na unidade de tempo.Pense eAnote Q= Vol t FIGURA 6 VAZÃO NUMA TUBULAÇÃO V = velocidade média D Vazão = velocidade média x área A vazão numa tubulação é igual à velocidade média V multiplicada pela área A. V D2 Q=VxA= 4 Uma bomba com vazão de 100m3/h significa que, no seu flange de descarga (e no de sucção), passam em cada hora 100m3 do líquido. Sabendo a vazão Q e o diâmetro interno D, podemos determinar a ve- locidade média de deslocamento do líquido na tubulação. PROBLEMA 11 Qual seria a velocidade do líquido em uma linha de 10"sch 40 (Dint = 0,254m), sabendo que por ela passa uma vazão de 314m3/h? Substituindo na fórmula e usando unidades coerentes, teremos: V. .D2 m3 V x 3,14 x 0,2542 m2 Q= 314 = 4 h 4 314 x 4 m 6.200 m V= = 6.200 Como 1h = 3.600s V= = 1,72 2 s 3,14 x 0,254 h 3.600 PETROBRAS ABASTECIMENTO 28 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 28. Pense e Anote Conforme calculado, o líquido estaria deslocando-se a 6.200m/h ou a1,72m/s. As unidades de vazão mais usadas em bombas centrífugas são: m3/h e gpm (galão por minuto). Para bombas dosadoras, é usual l/min ou l/h. Já no caso de unidades de processamento, prevalece m3/dia ou barris/dia (bbl/d). TABELA 7 CONVERSÃO DE UNIDADES DE VAZÃO gpm gpm m3/h m3/d l/h l/min l/s bbl/dia (EUA) (Ingl.) 1m3/h = 1 24 1000 16,667 0,2778 4,403 3,666 150,96 1m3/d = 0,0417 1 41,67 0,6944 0,01157 0,1834 0,1528 6,29 1 l/h = 0,001 0,024 1 0,01667 0,000278 0,004403 0,00366 0,151 1 l/min = 0,06 1,44 60 1 0,01667 0,264 0,22 9,057 1 l/s = 3,6 86,4 3.600 60 1 15,85 13,2 543,4 1gpm (EUA) = 0,227 5,45 227,1 3,785 0,06309 1 0,833 34,286 1gpm (Ingl.) = 0,273 6,546 272,76 4,546 0,07577 1,2 1 41,175 1bbl/dia = 0,00663 0,159 6,624 0,1104 0,00184 0,0292 0,0243 1bbl = barril. PROBLEMA 12Qual a vazão de equivalente em m3/h de uma bomba com 200gpm EUA?Da Tabela 7, temos que 1gpm (EUA) = 0,227m3/h 0,227m3/h ➜ 200gpm = 0,227 x 200 = 45,4m3/hAceleração aÉ a variação da velocidade no intervalo de tempo. v2 – v1 a= t2 – t1 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 29
  • 29. PROBLEMA 13 Qual a aceleração em m/s2 de um carro que leva 10 segundos para ir de 0 a 90km/h?Pense e Anote a= v2 – v1 t2 – t1 = 90km/h – 0km/h 10s – 0s = 90km/h 10s =9 km/h s 9.000m/h 9.000m/s 2,5m/s m = = = = 2,5 2 s 3.600s s s A aceleração ou variação de velocidade do carro foi de 9km/h para cada segundo, o que é equivalente a 2,5m/s para cada segundo ou, ainda, a 2,5m/s2. Uma aceleração bastante utilizada é a aceleração da gravidade “g”, decorrente da atração da Terra sobre os corpos. No nível do mar, esta aceleração é de 9,81m/s2. Nos locais mais altos, o valor de “g” é menor. Esta aceleração é responsável pelo peso dos corpos, conforme será visto no item sobre força, a seguir. Ao girar, um corpo fica submetido a um outro tipo de aceleração. É a denominada “aceleração centrífuga”, expressa pela fórmula: FIGURA 7 ACELERAÇÃO CENTRÍFUGA ac N r a c = W 2. r onde: W = Velocidade angular N rd W= 30 s N = Rotações por minuto (rpm) r = Raio de giro PETROBRAS ABASTECIMENTO 30 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 30. Pense e Anote A aceleração centrífuga varia com o quadrado da rpm e diretamentecom o raio de giro. PROBLEMA 14Qual a aceleração centrífuga de um corpo girando a 300rpm num raio de0,10m?A velocidade angular seria: N . 300 w= = = 31,4rd/s 30 30A aceleração centrífuga seria: ac = w2 x r = 31,42 (rd/s)2 x 0,10m = 98,6m/s2Força FForça é o produto da massa pela aceleração: F=mxa Quando levantamos um peso ou empurramos um carrinho, estamosexercendo uma força. Quando subimos em uma balança para pesar, esta-mos medindo uma força, ou seja, o peso é uma força. Uma bomba centrí-fuga, que através de seu impelidor impulsiona o líquido, está exercendosobre ele uma força. Neste caso, devido ao fato de a força ser aplicada pormeio de um movimento de rotação, ela recebe o nome de força centrífuga. O peso, como qualquer força, é o produto de uma massa pela acelera-ção, a qual, neste caso, é a aceleração da gravidade. Peso = m x g m = massa g = aceleração da gravidade Usando m ➜ kg e g ➜ m/s2, o valor da força (peso) será expresso em N(Newton). Se utilizarmos um sistema de unidades no qual esta equação seja divi-dida por uma constante igual a 9,81, teremos: mxg Peso = 9,81 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 31
  • 31. Como, ao nível do mar, a aceleração da gravidade é de g = 9,81m/s2, este valor simplificaria o denominador, ficando o peso e a massa expres-Pense e sos pelo mesmo número. Este sistema é bastante utilizado de-Anote P= mxg = m x 9,81 =m vido à facilidade da conversão entre 9,81 9,81 massa e peso. Dizemos, por exemplo, que a massa de uma peça é de 10kg e dizemos também que seu peso é de 10kg, o que é uma simplificação, vis- to que massa e peso são distintos. Como vimos, peso é uma força. Por- tanto, é o produto da massa pela aceleração. Estes valores seriam iguais somente ao nível do mar. Num local mais alto, a massa permaneceria com o mesmo valor, mas o peso seria menor porque a aceleração da gravidade local seria menor. Para distinguir quando estamos falando de massa ou de peso, o correto seria dizer que a massa é de 10 quilogramas massa (10kgm) e o peso é de 10 quilogramas força (kgf) ou 10kg. A força centrífuga também é o produto de uma massa por uma acele- ração, só que, neste caso, a aceleração é a centrífuga. Fc = m x aC = m x w2 x r m = massa w = velocidade angular r = raio de giro aC = aceleração centrífuga 2 Como w= N 30 rd/s ➜ Fc = m . ac = m . ( )N 30 .r A força centrífuga varia com o quadrado da rotação (N) e diretamente com a massa e o raio de giro. Portanto, ao dobrar a rotação, a força centrífuga fica multiplicada por 4. Se dobrar o raio, a força fica multiplicada por 2. FIGURA 8 FORÇA CENTRÍFUGA F c F c Parado Baixa rotação Alta rotação PETROBRAS ABASTECIMENTO 32 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 32. Pense e Anote No caso da peça mostrada na Figura 8, devido ao fato de a massa serarticulada, ao aumentarmos a rotação, aumentamos também o raio degiro. Ambos os efeitos contribuem para o aumento da força centrífuga. A conversão de unidades de força pode ser tirada da Tabela 8: TABELA 8 CONVERSÃO DE UNIDADES DE FORÇA kgf Ton força N dina lbf 1kgf = 1 0,001 9,806 980.665 2,2 1ton f = 1.000 1 9806 980.665.000 2.204 1N = 0,102 0,000102 1 100.000 0,225 1 dina = 1,02x10-6 1,02x10 -9 0,00001 1 2,25x 10 -6 1lbf = 0,454 0,00454 4,45 4,45x 105 1 PROBLEMA 15A que força centrífuga estaria submetida uma massa de 0,200kg, se girassea 300rpm e com um raio de 0,10m?No problema 14, de aceleração, visto anteriormente, calculamos que para N = 300rpm e r = 0,10m ➜ ac = 98,6m/s2 Se usarmos a massa em kg e a aceleração em m/s2, a força será expres-sa em N. Fc = m x ac = 0,200 x 98,6 = 19,72N Da Tabela 8: 1 N = 0,102kgf ➜ Fc = 19,72N = 19,72 x 0,102 = 2,01kgfTrabalho ou energia TTrabalho é realizado quando FIGURA 9uma força atua sobre uma mas- TRABALHO REALIZADOsa para fazê-la percorrer deter-minada distância. A quantidadede trabalho é definida como Fsendo o produto dessa força 1 2por essa distância percorrida. d T=FxdPara realizar esse trabalho, foigasta uma energia. Energia e tra-balho são equivalentes. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 33
  • 33. Se usarmos uma força F para deslocar o bloco da posição 1 para a 2, percorrendo a distância d, o trabalho realizado será definido como:Pense e T=FxdAnote F → kgf e d→m ➜ T → kgf .m F→N e d→m ➜ T → N .m = J (Joule) A conversão das unidades de trabalho pode ser retirada da Tabela 9: TABELA 9 CONVERSÃO DE TRABALHO OU ENERGIA kgf.m J = N.m KW.h BTU cal lbf.ft -6 1kgf.m = 1 9,8 2,72 x10 0,00929 2,34 7,23 1J = 1N.m = 0,102 1 2,77 x10 -7 9,48 x10-4 0,239 0,738 1kW.h = 3,67 x 105 3,6 x 106 1 3.412 8,6 x 10 5 2,655x10 6 1BTU = 108 1055,06 2,93 x10 -4 1 252 778 1cal = 0,427 4,187 1,16 x10 -6 0,00397 1 3,09 1lbf.ft = 0,138 1,36 3,77 x10 -7 0,001285 0,324 1 Unit British Thermal Unit e cal (caloria) são unidades de calor equivalentes à energia. A conta que pagamos de energia elétrica em nossas casas é baseada no consumo de kWh, o que é equivalente ao consumo de uma potência (kW) por um determinado tempo (h), ou seja, é energia mesmo. Torque Tq Torque é o produto de uma força pela distância a um eixo de rotação. FIGURA 10 Como podemos no- tar, o torque e o traba- TORQUE lho são o produto de uma força por uma dis- tância. Embora te- T=Fxd Força nham significados dis- aplicada tintos, podem ser ex- pressos pelas mesmas unidades. d Para apertar uma Raio de giro porca com uma chave, temos de exercer um torque na porca. PETROBRAS ABASTECIMENTO 34 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 34. Pense e Anote F → kgf e d→m ➜ Tq → kgf.m F→N e d→m ➜ Tq → N.m F → lbf e d → ft ➜ Tq → lbf.ft A conversão entre as unidades de torque é fornecida na Tabela 10 a seguir: TABELA 10 CONVERSÃO DE UNIDADES DE TORQUE 1kgf.m 1N. m 1lbf. ft 1lbf. in 1 dina . cm 1kgf.m = 1 9,8 7,233 86,8 9,8 x 10 7 1N.m = 0,102 1 0,738 8,85 1 x 10 7 1lbf.ft = 0,138 1,356 1 12 1 ,36 x 10 7 1lbf.in = 0,0115 0,113 0,0833 1 1,13 x 106 -8 -7 -8 -7 1dina.cm 1,02 x 10 1 x 10 7,38 x 10 8,85 x 10 1 PROBLEMA 16Que a força em kgf devemos aplicar a uma chave com 0,50m de compri-mento para dar um torque recomendado de 100 lbf.ft?Vamos calcular primeiro qual o torque em kgf.m. Da tabela acima, temos: 1 lbf .ft = 0,138kgf .m ➜ 100 lbf . ft = 100 x 0,138 = 13,8kgf . m Como Tq = F x d ➜ 13,8kgf . m = F x 0,50m 13,8 F= = 27,6kgf 0,50 Portanto, com uma chave de 0,50m, teríamos de fazer uma força de27,6kgf para obter o torque de 100 lbf/ft.Potência PotPotência é o trabalho realizado na unidade de tempo. T Pot = t T → J = N.m e t→s ➜ → Pot→ W (Watt) Em bombas, é comum expressar a potência em hp ou kW (que é ummúltiplo do W) ou, ainda, em CV. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 35
  • 35. A conversão entre as unidades de potência é dada por: TABELA 11 CONVERSÃO DE UNIDADES DE POTÊNCIA W = J/s KW hp cvPense e Anote 1W = 1 0,001 0,00134 0,00136 1kW = 1.000 1 1,341 1,36 1hp = 745,7 0,7457 1 1,014 1cv = 735,5 0,7355 0,986 1 PROBLEMA 17 Qual a potência equivalente em hp de um motor cuja plaqueta indica 100kW? Da Tabela 11 de conversão de potência, temos: 1kW = 1,341hp ➜ 100kW = 100 x 1,341hp = 134,1hp A potência consumida por uma bomba é dada por: . Q. H Pot = 274 . Pot = Potência em hp = Peso específico em gf/cm3 (igual à densidade) P = Potência em hp Q = Vazão em m3/h H = Altura manométrica total em metros = Rendimento (Ex. 70% → usar 0,70) Massa específica É a relação entre a massa de uma substância e seu volume, ou seja, é a massa de cada unidade de volume. massa = volume Na temperatura ambiente, o mercúrio, usado em manômetros e ter- mômetros, possui uma massa específica de 13,6g/cm3, ou seja, cada cen- tímetro cúbico de mercúrio tem uma massa de 13,6g. PETROBRAS ABASTECIMENTO 36 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 36. Pense e Anote PROBLEMA 18Qual seria a massa específica de um cubo de 2cm de aresta, sabendo quesua massa é de 40 gramas? FIGURA 11 MASSA ESPECÍFICA DO CUBO 2 2 2 Volume = a3 = 23 = 8cm3 massa = 40g massa 40g massa específica = = = 5gcm3 volume 8cm3 Quando aquecemos um material, seu volume aumenta com a tempe-ratura, mas sua massa permanece constante. Logo, se aquecermos umproduto, estaremos aumentando o denominador no cálculo da massa es-pecífica (volume), mantendo o numerador (massa) constante, o que leva-ria à redução da massa específica. Quanto maior a temperatura de ummaterial, menor a sua massa específica. Por esse motivo, é necessário citar a temperatura a que estamos nosreferindo quando informamos a massa específica de um produto. A massa de 1cm3 de água na temperatura de 20oC é de 0,998g; logo,sua massa específica é 0,998g/cm3. É usual adotar o valor de 1g/cm3 natemperatura ambiente. No caso de bombas, é mais usual o emprego do peso específico, cujadefinição veremos em seguida, do que da massa específica. A transformação entre unidades de massa específica pode ser obti-da por: PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 37
  • 37. TABELA 12 RELAÇÃO ENTRE MASSAS ESPECÍFICASPense e g / cm3 kg / m3 lb /ft3 lb / in3”Anote 1g / cm3 = 1 1.000 62,43 0,0361 3 1kg / m = 0,001 1 0,0624 3,61 x 10 -5 1lb /ft3 = 0,016 16,02 1 0,0005787 1lb / in3 = 27,68 27680 1728 1 Peso específico É a relação entre o peso de uma substância e seu volume. peso = volume Para determinar o peso específico de qualquer material, basta pesá-lo, medir seu volume e fazer a divisão. PROBLEMA 19 Calcular o peso específico da água, sabendo que um reservatório comple- tamente cheio, em forma de cubo, com cada lado medindo internamente 5cm, apresentou um peso líquido de 125 gramas força (já descontando o peso do recipiente). FIGURA 12 PESO ESPECÍFICO Volume = 5 x 5 x 5 = 125cm3 Peso = 125gf 5cm peso 125gf Peso específico = = = 1gf/cm3 volume 125cm 5cm 5cm Na temperatura ambiente, o peso específico da água pode ser conside- rado como de 1gf/cm3. PETROBRAS ABASTECIMENTO 38 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 38. Pense e Anote O peso específico varia com a temperatura, uma vez que o volumeé modificado. Por exemplo, 1cm3 de água a 80oC pesa 0,971gf. A 200oC,o peso do cm3 de água cai para 0,865gf. Podemos afirmar então que o peso específico da água a 80oC é de0,971gf/cm3 e a 200oC é de 0,865gf/cm3. O peso específico é usado tanto para sólidos como para líquidos. Natemperatura de 20oC, temos os seguintes pesos específicos: TABELA 13 PESOS ESPECÍFICOS Peso específico Peso específico Produto (gf/cm3) Produto (gf/cm3) Água 1 GLP 0,5 Aço-carbono 7,8 Gasolina 0,68 a 0,78 Aço inox AISI 316 8,02 Querosene 0,78 a 0,82 Alumínio 2,8 Diesel 0,82 a 088 Chumbo 11,2 Gasóleo 0,85 a 0,89 Cobre 8,94 Óleo lubrificante 0,86 a 0,94 Mercúrio 13,6 Petróleo 0,70 a 0,94 Analisando a Tabela 13, acima, vemos que o aço-carbono pesa 7,8 ve-zes mais do que o mesmo volume de água. Como peso específico é uma relação entre peso e volume, podem serusadas outras unidades diferentes de gf/cm3 para sua definição, como kgf/m3 ou lbf/in3. A conversão entre as unidades mais usadas para pesos específicos podeser obtida por: TABELA 14 RELAÇÃO ENTRE PESOS ESPECÍFICOS gf/cm3 kgf/m3 lbf/ft3 lbf/in3 1gf/cm3 = 1 1.000 62,43 0,0361 3 1kgf/m = 0,001 1 0,0624 3,61 x 10 -5 1lbf/ft3 = 0,016 16,02 1 5,787x 10 -4 1lbf/in3 = 27,68 27680 1728 1 PROBLEMA 20Qual o peso específico em gf/cm3 equivalente a 2.500kgf/m3?Da Tabela 14 de conversão, temos que: 1kgf/m3 = 0,001gf/cm3 ➜ 2.500kgf/m3 = 2.500 x 0,001gf/cm3 = 2,5gf/cm3 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 39
  • 39. Densidade Densidade de um líquido ou de um sólido é a relação entre a massa espe- cífica deste material e a da água. Para gases, o padrão de comparaçãoPense e adotado é o ar.Anote massa específica do produto d= massa específica da água A norma ISO recomenda que a massa específica da água seja tomada a 20 C. Nessa temperatura, 1cm3 de água tem uma massa ligeiramente me- o nor do que 1 grama (0,998g). Outras fontes adotam outras temperaturas. No cálculo da densidade, ao usarmos o numerador e o denominador com as mesmas unidades, por exemplo, g/cm3, elas se cancelam, ficando a densidade como adimensional, ou seja, expressa por um número sem dimensão. Para calcular a densidade de um líquido ou sólido, vamos dividir a massa específica desse material pela da água, que é de aproximadamente 1g/cm3. Daí, podemos dizer que a densidade é numericamente igual à massa específica quando expressa em g/cm3. Na temperatura ambiente, a densidade também é numericamente igual ao peso específico em gf/cm3. A densidade da água na temperatura ambiente, como não poderia deixar de ser, é igual a 1, já que estamos dividindo a massa específica da água por ela mesmo. Na temperatura ambiente, a densidade da gasolina fica em torno de 0,74 e a do GLP, em torno de 0,5. Pressão Pressão, por definição, é a força dividida pela área em que esta atua. F P= A Estão representados na Figura 13 um prego (com ponta) e um saca-pino (sem ponta), ambos com o mesmo diâmetro de corpo. Ao bater com o mar- telo, o prego penetra na madeira. Se batermos com a mesma força no saca- pino, possivelmente ele só fará uma mossa na madeira. Por que isso ocorre? PETROBRAS ABASTECIMENTO 40 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 40. Pense e Anote FIGURA 13 PENETRAÇÃO DO PREGO 1 2 Vamos supor que o martelo, ao bater no prego, exerça uma força de10kgf e que a área da ponta do prego seja de 0,01cm2 e a do saca-pino, de0,2cm2. As pressões exercidas na madeira serão: F 10 Prego → P = = = 1.000kgf/cm2 A 0,01 F 10 Saca-pino → P = = = 50kgf/cm2 A 0,2 Vemos que a pressão exercida pelo prego na madeira foi 20 vezes maiordo que a do saca-pino. Por esse motivo, o prego penetrou, enquanto osaca-pino só deformou a madeira. Uma aplicação bastante usada de pressão é o macaco hidráulico. FIGURA 14 MACACO HIDRÁULICO F Peso = 2.000kg diâmetro do diâmetro do cilindro = 2cm cilindro = 25cm Óleo Manômetro PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 41
  • 41. PROBLEMA 21 Qual seria a pressão de óleo necessária para levantar um carro de 2.000kgf de peso no macaco hidráulico da Figura 14? Qual seria a força necessária a ser exercida no pistão menor para gerar esta pressão no óleo? Desprezar a diferença de pressão devido à coluna de óleo dentro do reservatório.Pense e Anote Dados: Peso = 2.000kgf Dia. cil. menor = 2cm Dia. cil. maior = 25cm D2 3,14 x 22 Área cil. 1 = = = 3,14cm2 4 4 D2 3,14 x 252 Área cil. 2 = = = 490,6cm2 4 4 Pressão necessária para levantar o carro: F 2.000kgf P= = = 4,08kgf/cm2 A 490,6cm2 Para termos uma pressão de 4,08kgf/cm2 no óleo, será necessário apli- car no pistão menor a força de: F kgf P= F = P x A = 4,08 x 3,14cm 2 = 12,81kgf A cm2 Com o auxílio da pressão, com uma força de apenas 12,81kgf, con- seguiremos levantar um carro com 2.000kgf. O pistão menor terá de deslocar-se de 156,2cm para cada centímetro do pistão maior. Pode- mos calcular esta relação sabendo que o volume deslocado pelos dois cilindros tem de ser igual. V = A1 x h1 = A2 x h2 ➜ h1 A1 490,6 = = = 156,2 h2 A2 3,14 PETROBRAS ABASTECIMENTO 42 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 42. Pense e AnoteA pressão atmosféricaVejamos agora o significado da pressão atmosférica. O ar que envolve nossoplaneta tem um peso. A coluna de ar correspondente a 1cm2 da superfícieda Terra medida ao nível do mar pesa 1,033kgf. Logo, a pressão exercidapor esta coluna será de 1,033kgf/cm2. Este valor é denominado pressãoatmosférica. Quando subimos numa montanha, a coluna de ar fica redu-zida, o que reduz a pressão atmosférica local. Por exemplo, a 3.000m dealtura, a coluna de ar pesa 0,710kgf, então, a pressão atmosférica nessaaltitude será de 0,71kg/cm2. FIGURA 15 PRESSÃO ATMOSFÉRICA Pressão x Altitude Peso = Coluna Pressão – kgf/cm 2 1,033kgf de ar 1cm 2 Terra Altitude – metros A cidade de São Paulo está situada a uma altitude de 700m, possuin-do, por isso, uma pressão atmosférica em torno de 0,95kgf/cm2. Essa pressão, decorrente da coluna de ar, permite que, ao medir uma pressão, tenhamos dois modos de expressá-la: ➜ PRESSÃO ABSOLUTA Medida a partir da pressão zero absoluto. ➜ PRESSÃO RELATIVA OU MANOMÉTRICA Medida a partir da pressão atmosférica local. O valor da pressão absoluta será igual ao valor da pressão atmosférica local, somado ao valor da pressão relativa ou manométrica. Pressão absoluta = Pressão manométrica + Pressão atmosférica local PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 43
  • 43. Os manômetros são normalmente calibrados para indicarem pressão relativa, ou seja, a medição é realizada a partir da pressão atmosférica local. Daí os valores medidos serem chamados de pressão manométrica ou re-Pense e lativa. Quando a pressão está acima da pressão atmosférica, ela é consi-Anote derada positiva e, quando abaixo, é negativa. A pressão negativa é chama- da também de vácuo. Para obter a pressão zero absoluto teríamos de retirar toda a coluna de ar existente sobre o corpo. FIGURA 16 PRESSÃO ABSOLUTA E PRESSÃO RELATIVA (MANOMÉTRICA) Pressão manométrica Pressão ou relativa P1 P man = 1,5kg/cm2 1atm + Pressão atm. local = 1kgf/cm2 P abs = 2,5kg/cm2 P man = – 0,4kg/cm2 – P2 P atm 1,033kg/cm2 (nível do mar) P abs = 0,6 kg/cm2 + 0 abs Pressão absoluta P abs = P atm + P man Na Figura16, representamos uma pressão acima da atmosférica, P1, e uma outra pressão abaixo da atmosférica, P2. Vamos supor que P1 e P2 estejam sendo medidas num local onde a pressão atmosférica seja de 1,0kgf/cm2. Se a pressão P1 fosse de 2,5kgf/cm2 absoluta, a medida em valor manométrico seria de 1,5kgf/cm2. Este valor é resultante da com- posição com a pressão atmosférica local. P1abs = P1man + Patm ➜ 2,5 = P1man + 1,0 ➜ P1man = 2,5 – 1,0 = 1,5kg/cm2 Se a pressão P2, abaixo da atmosfera, fosse de 0,6kgf/cm2 absoluta, seria equivalente a dizer que é de - 0,4kgf/cm2 manométrica. Podemos dizer também que esta pressão P2 é um vácuo de 0,4kgf/cm2. As pressões ne- gativas são usualmente expressas em mm de Hg (milímetro de mercúrio). P2abs = P2man + Patm ➜ 0,6 = P2man + 1,0 ➜ P 2man = 0,6 – 1,0 = – 0,4kg/cm2 PETROBRAS ABASTECIMENTO 44 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 44. Pense e Anote Para não confundir a pressão manométrica com a absoluta, é comumadicionar uma letra após a unidade. Usa-se M ou m para pressão mano-métrica, e A ou a para pressão absoluta. Exemplo: Pressão absoluta 3,2kgf/cm2 A 4,26kgf/cm2 a Pressão relativa 8,0kgf/cm2 M 12,9kgf/cm2 m Em unidades inglesas, a pressão é usualmente medida em psi, que sig-nifica pound per square inch, ou seja, libra por polegada quadrada. Paradiferenciar, são usados psig e psia. O g vem da palavra gauge, que signi-fica manômetro, e a é de absolute. Portanto, psig quer dizer pressão ma-nométrica, e psia é a pressão absoluta. Para transformar a pressão de psigpara psia, no nível do mar, basta somar a pressão atmosférica, que é iguala 14,7psi: Pressão psia = Pressão psig + 14,7 Vejamos qual seria a pressão exercida na base por uma coluna de líquido.É fácil notar que o peso do líquido será o responsável pela força exercida. FIGURA 17 PRESSÃO EXERCIDA POR UMA COLUNA DE LÍQUIDO A Volume = A x H H O volume do líquido contido na coluna é: Vol = área da base x altura = A x H PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 45
  • 45. O peso do líquido da coluna é de: Peso = Vol x peso específico = Vol x =A.H.Pense eAnote Como a pressão é a relação entre força (neste caso, entre peso) e área, temos: Força Peso A .H . Pressão = = = Área Área A Simplificando o termo A da área que temos no numerador e no deno- minador, ficamos com: Pressão = xH Esta fórmula expressa em unidades usuais se apresenta da seguinte forma: onde: Hx P = pressão em kg/cm2 P= 10 H = coluna em metros = peso específico em gf/cm3 Notar que, na dedução da fórmula da pressão da coluna de líquido, a área foi cancelada. Portanto, a “forma” da área não interfere na pressão, tanto faz ser um círculo, um quadrado ou qualquer outro formato. Não importa também se a área é pequena ou grande, a pressão será função apenas da altura da coluna e do peso específico do líquido. Na Figura 18, a seguir, colocamos diversos formatos de vasos, com diferentes áreas de base. Se o líquido (mesmo peso específico ) e a altura H forem iguais, as pressões nas bases serão iguais. FIGURA 18 VASOS COM FORMATOS E ÁREAS DE BASE DIFERENTES E COM PRESSÃO IGUAL NA BASE P= H H H H H PETROBRAS ABASTECIMENTO 46 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 46. Pense e Anote PROBLEMA 22Qual seria a pressão se tivéssemos uma coluna de 10 metros de água natemperatura ambiente?Peso específico da água na T ambiente: (água) = 1gf/cm3 Altura H da coluna de líquido = 10m. Usando a fórmula preparada paraas unidades usuais, temos: .H 1 x 10 P= = = 1kgf/cm2M 10 10 Para cada 10 metros de altura de coluna de água fria equivale uma pres-são de 1kgf/cm2. Se calcularmos a pressão para uma coluna de 25 metrosde água, acharemos 2,5kgf/cm2. PROBLEMA 23Qual seria a pressão no fundo de um vaso com uma coluna de 20m de ga-solina com densidade de 0,74?Lembrando que densidade é igual ao peso específico em gf/cm3, temos que: = 0,74gf/cm3 e H = 20m gasolina xH 0,74 x 20 P= = = 1,48kgf/cm2M 10 10 PROBLEMA 24Qual seria a coluna de mercúrio ( = 13,6kgf/cm3) necessária para obter apressão de 1,033kgf/cm2 A (pressão atmosférica ao nível do mar)? FIGURA 19 COLUNA DE HG H Hg PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 47
  • 47. xH P= 10 10 P 10 x 1,033Pense e Anote H= = 13,6 = 0,760m = 760mm Hg A coluna de um líquido é um método para expressar uma pressão. É comum usar metros, milímetros ou polegadas de colunas de água ou de mercúrio para definir essas pressões. Existem manômetros de tubos trans- parentes que utilizam esse princípio. Esses tubos foram os primeiros manômetros inventados. TABELA 15 CONVERSÃO DA UNIDADE DE PRESSÃO Kgf/cm2 bar psi mmHg m H20 atm kPa MPa 2 1kgf/cm = 1 0,9807 14,22 735,6 10 0,9678 98,07 0,09807 1bar = 1,02 1 14,5 750,1 10,2 0,9869 100 0,1 1psi = 0,07031 0,06895 1 51,72 0,7031 0,06805 6,895 6,89x10 -3 1mmHg = 0,00136 1,33x10 -3 0,01934 1 0,0136 1,32x10 -3 0,133 0,000133 1m H2O = 0,1 0,09807 1,422 73,56 1 0,09678 9,807 9,81x10 -3 1Pa = 1,02x10-5 1x10-5 1,45x10 -4 7,50x10-3 1,02x10-4 9,87x0 -6 0,001 1x10-6 1kPa = 0,0102 0,01 0,145 7,501 0,102 9,87x10 -3 1 0,001 1Mpa = 10,2 10 145 7501 102 9,869 1000 1 1atm = 1,033 1,013 14,7 760 10,33 1 101,3 0,1013 PROBLEMA 25 Um tubo em U, contendo água, indica a pressão de descarga de um ventila- dor, conforme mostra a Figura 20. Qual o valor da pressão reinante? A pressão no duto é dife- FIGURA 20 rença de alturas entre os TUBO EM U dois lados do tubo em U. A Figura 20 mostra 70 – 20 = = 50cm de água. cm H2O 80 Se quisermos saber o 60 valor dessa pressão em H outras unidades, basta 40 usar a Tabela 15 de conver- 20 são, mostrada anterior- H = 70 – 20 = 50cm 0 mente. Para passar para kgf/cm2, temos: PETROBRAS ABASTECIMENTO 48 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 48. Pense e Anote Da Tabela 15 temos que: 1m H2O = 0,1kgf/cm2 50cm H2O = 0,50m H2O = 50 x 0,1kgf /cm2 = 0,5kgf/cm2 A ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas –, seguindo recomendação da ISO, organização internacional de padronização, definiu como unidade de pressão no Brasil o Pascal (Pa), admitindo, numa fase de transição, o uso do bar. Portanto, é bom começar a ter uma noção da pressão em Pa, já que com o passar do tempo deverá ser cada vez mais utilizada. Como o Pascal é uma unidade muito pequena, os valores usuais de pressão seriam altos. Por isso, são mais utilizados seus múltiplos MPa (mega Pascal = 1.000.000Pa) e kPa (quilo Pascal = 1.000Pa). A conversão de Pascal para bar é fácil se memorizarmos que: para pas-sar de kPa para bar, basta dividir o valor por 100. Para passar de MPa parabar, basta multiplicar por 10. PROBLEMA 26Qual a pressão em kgf/cm2 correspondente a 100psig?Da Tabela 15 temos que: 1psi = 0,07031kgf/cm2 ➜ 100psi = 100 x 0,07031 = 7,031kgf/cm2 Como a pressão foi dada em psig, a pressão é manométrica: 100psig = 7,031kgf/cm2 M A pressão atmosférica ao nível do mar pode ser dada por: 1atm = 1,033kgf/cm2 = 10,33m = 760mm Hg = 1,013bar = = 0,1013MPa = 101,3kPa = 14,7 psi = 29,92in Hg Como podemos ver, a pressão atmosférica ao nível do mar equivale auma coluna de 10,33m de água. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 49
  • 49. PROBLEMA 27 Qual seria a coluna de água que teríamos num tubo mergulhado em um re- servatório de água ao nível do mar se retirássemos todo o ar do tubo fa-Pense e zendo um vácuo perfeito?Anote FIGURA 21 COLUNA MÁXIMA DE ÁGUA COM VÁCUO COM AR NO TUBO 3 Pman = 0 Pressão atmosférica 1,033kg/cm 2 A 1 2 SEM AR NO TUBO Pman = –1,033kg/cm 2 Vácuo 3 Pressão atmosférica 1,033kg/cm 2A H máx. = ? 1 2 Inicialmente, vamos colocar o tubo dentro do reservatório com a vál- vula situada na parte superior aberta para a atmosfera. A água entrará no tubo, ficando no mesmo nível do reservatório. Como os pontos 1 e 2 es- tão no mesmo nível, suas pressões P1 e P2 serão sempre iguais e, no caso, igual à pressão atmosférica local de 1,033kgf/cm2 absoluta ou 0kgf/cm2 manométrica. Vamos conectar a válvula da parte superior do tubo a uma bomba de vácuo e começar a retirar o ar do interior dele. A pressão no tubo P3 começará a cair, e a pressão atmosférica forçará a água para o in- terior do tubo, fazendo seu nível subir. Esta coluna de água compensará a pressão negativa da parte superior do tubo P3, mantendo sempre a pres- são no ponto 1 igual à pressão atmosférica local P2. PETROBRAS ABASTECIMENTO 50 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 50. Pense e Anote Se, por hipótese, conseguíssemos fazer um vácuo absoluto, ou seja, re-tirar todo o ar do interior do tubo, a pressão absoluta seria igual a zero, ou,o que é a mesma coisa, a pressão manométrica seria = –1,033kgf/cm2.Neste caso, a coluna seria: xH 1xP P= 1,033 = H = 10,33m 10 10 Esta seria a coluna máxima que poderia ser conseguida para água. Se, no lugar de água, tivéssemos gasolina (g gasolina = 0,75gf/cm3), a co-luna máxima seria: xH 0,75 x H 10,33 P= 1,033 = H= = 13,77m 10 10 0,75 Como podemos notar, para cada líquido, em função do seu peso específico, teremos uma coluna máxima. No caso de querer retirar água de um poço com uma bomba colocada na superfície, ficaremos limitados à profundidade teórica de 10,33m. Na prática, este valor é bem inferior pelas seguintes razões: Uma bomba centrífuga jamais conseguirá fazer um vácuo perfeito. As bombas possuem necessidade de uma energia mínima na sucção (NPSH disponível – que será visto posteriormente). Há perdas de carga por atritos, choques e mudanças de direção do líquido na tubulação de sucção. Por isso, o máximo que se consegue aspirar com uma bomba centrífu-ga fica em torno de 7 ou 8 metros quando trabalhando com água. Notar também que os 10,33m ocorreriam ao nível do mar, onde apressão atmosférica é maior. Num local de maior altitude, como a pres-são atmosférica é menor, a coluna seria menor. Esta coluna é tambéminfluenciada pelo peso específico do líquido ( ). Quanto menor o , mai-or a coluna H de líquido (ver fórmula usada anteriormente).Viscosidade ouA viscosidade pode ser definida como a resistência do fluido ao escoamento. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 51
  • 51. Suponhamos dois vasilhames, um com óleo de massa específica igual à da água, porém mais viscoso, e outro com água. Ao tentar girar uma pá para movimentar os líquidos, notaríamos uma resistência maior no óleoPense e do que na água. Isso é devido à maior viscosidade do óleo, comparadaAnote com a da água. FIGURA 22 DIFERENÇAS DE VISCOSIDADES Óleo Água Existem dois modos de expressar a viscosidade: dinâmica ( ) e cine- mática ( ). A viscosidade dinâmica ( ) é a propriedade do líquido que expressa sua resistência ao deslocamento de suas camadas. Quanto maior a viscosidade dinâmica, maior a resistência ao desloca- mento. A principal unidade para medir viscosidade dinâmica é o poise (pronun- cia-se “poase”). Normalmente, é usado um submúltiplo 100 vezes menor, o centipoise (cP). 1cP = 0,01poise A viscosidade de um líquido varia inversamente com a temperatura. Quanto maior a temperatura, menor a viscosidade. TABELA 16 CONVERSÃO DE VISCOSIDADES DINÂMICAS Poise cP Pa.s lbm / ft.s 1Poise = 1 100 0,1 0,0672 1cP (centipoise) = 0,01 1 0,001 0,000672 1Pa.s = 10 1.000 1 0,672 1 lbm/ft.s = 14,88 1488 1,488 1 PETROBRAS ABASTECIMENTO 52 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 52. Pense e Anote A viscosidade cinemática ( ) é a relação entre a viscosidade dinâmica( ) e a massa específica ( ). = As unidades mais usadas são: stoke (St); centistoke (cSt); e SSU: 1St = 1cm2/s 1cSt = 0,01St = 1mm2/s Na lubrificação das bombas da Petrobras é comum utilizar o óleo Mar-brax TR-68, que possui uma viscosidade de 63,9cST a 40o e de 8,64cST a100oC. A conversão pode ser feita por: TABELA 17 CONVERSÃO DE VISCOSIDADES CINEMÁTICAS SSU – segundos SSF – segundos cSt saybolt universal saybolt furol centistokes Graus Engler 31 – 1 1,00 35 – 2,56 1,16 40 – 4,30 1,31 50 – 7,40 1,58 60 – 10,3 1,88 70 12,95 13,1 2,17 80 13,70 15,7 2,45 90 14,44 18,2 2,73 100 15,24 20,6 3,02 150 19,30 32,1 4,48 200 23,5 43,2 5,92 250 28,0 54,0 7,35 300 32,5 65,0 8,79 400 41,9 87,60 11,70 500 51,6 110 14,60 600 61,4 132 17,50 700 71,1 154 20,45 800 81,0 176 23,35 900 91,0 198 26,30 1.000 100,7 220 29,20 2.000 200 440 58,40 3.000 300 660 87,60 4.000 400 880 117,0 5.000 500 1.100 146 10.000 1.000 2.200 292 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 53
  • 53. A viscosidade cinemática é bem mais utilizada no estudo de bombas do que a dinâmica. Podemos converter a viscosidade dinâmica em centistokes para visco- sidade cinemática em centipoise, usando a fórmula:Pense e Anote (cP) (cP) (cSt) = = 3 (g/cm ) densidade PROBLEMA 28 Qual seria a viscosidade em centistokes de um óleo cuja densidade é de 0,9 e a viscosidade dinâmica de 900cP? (cP) 900 (cSt) = = = 1.000 densidade 0,9 Pressão de vapor Para cada temperatura de um líquido, existirá uma pressão na qual tere- mos um equilíbrio entre as fases vapor e líquida. Então, dizemos que o líquido se encontra saturado. À pressão exercida nas paredes do recipi- ente pela fase vapor denominamos pressão do vapor deste líquido para esta temperatura. Suponhamos um vaso com um líquido volátil, como GLP ou gasolina. FIGURA 23 PRESSÃO DE VAPOR Manômetro Fase vapor Termômetro Fase líquida Pv = Pman + Patm A pressão de vapor é a pressão medida na fase gasosa e é expressa em valores de pressão absoluta. A pressão de vapor aumenta com o aumento de temperatura. PETROBRAS ABASTECIMENTO 54 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 54. Pense e Anote FIGURA 24 CURVA DA PRESSÃO DE VAPOR Pressão absoluta Líquido Curva da pressão PV1 de vapor Vapor T1 Temperatura (oC) Para uma dada temperatura T1, se a pressão do fluido for superior àpressão de vapor PV1, o fluido estará na fase líquida. Se a pressão for infe-rior, estará na fase vapor. Para uma pressão de vapor PV1, se a temperatura for inferior a T1, o flui-do estará na fase líquida. Se a temperatura for maior, estará na fase vapor. A pressão de vapor é sempre expressa em valores absolutos como, porexemplo, 4,6kg/cm2A. FIGURA 25 PRESSÃO DE VAPOR EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA Pressão absoluta (bar) Temperatura (o C) 1. Acetona 8. Etileno 15. Downtherm A 22. Naftaleno 2. Álcool etílico 9. Etileno glicol 16. Ácido Acético 23. Propano 3. Ácido fórmico 10. Gasolina 17. Glicerina 24. Propileno 4. Amônia 11. Benzeno 18. Isobutano 25. Tolueno 5. Anilina 12. Clorobenzeno 19. Hexano 26. Água 6. Etano 13. Dietil-éter 20. Querosene 7. 14. Difenil 21. Álcool metílico PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 55
  • 55. PROBLEMA 29 Qual a pressão de vapor do propano na temperatura de 60oC? Na Figura 25, o propano corresponde à linha 23. Entrando no eixo de tem-Pense e peratura com 60oC e seguindo até a linha 23, temos 20barA.Anote Ao nível do mar, se colocarmos uma panela aberta com água no fo- gão e começarmos a aquecê-la, a pressão de vapor subirá com a tempe- ratura da água até atingir a pressão reinante no ambiente que, nesse caso, é a pressão atmosférica (1,033kgf/cm2A). Nesse momento, a água come- çará a vaporizar (ferver). Nessa pressão, a temperatura da água será de 100oC. A temperatura não ultrapassará esse valor por mais que aumen- temos a chama do fogão. Isso porque a pressão que está reinando sobre a panela, no caso, a pressão atmosférica, não se modificará. Caso quei- ramos cozinhar mais rapidamente o alimento, teremos de aumentar a temperatura da água, e isso só será possível se aumentarmos a pressão no interior da panela, ou seja, fazendo com que a pressão de vapor au- mente. Este é o princípio da panela de pressão, a qual possui uma válvu- la de segurança, que só permite o escape dos vapores da água após atin- gir uma certa pressão. Para cozinhar com água a 150ºC, a pressão da panela teria de ser de aproximadamente 5barA (ver valor aproximado na Figura 25 – curva 26 – o valor correto é de 4,76barA), ou seja, cerca de 4barM. Para cozinhar com 200oC, seria necessário 15,55barA. Essas pressões correspondem às pres- sões de vapor da água para as temperaturas citadas. Alguns líquidos, como o propano, possuem a pressão de vapor na tem- peratura ambiente superior à pressão atmosférica. Por isso, se colocarmos propano num vaso aberto, ele irá vaporizar-se. Quando estamos bombeando, precisamos que o líquido esteja sem- pre numa pressão acima da pressão de vapor para evitar que haja vapori- zação no interior da bomba, fenômeno que é conhecido como cavitação e que veremos com mais detalhes na parte em que falaremos de bombas. Rendimento Rendimento de uma máquina é a relação entre as energias recebidas e cedidas por essa máquina. No caso de uma bomba, a energia é recebida através do eixo de acionamento. A energia é cedida ao líquido pelo impe- lidor, sob a forma de pressão e de velocidade. Energia cedida = Energia recebida PETROBRAS ABASTECIMENTO 56 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 56. Pense e Anote PROBLEMA 30Qual seria o rendimento de uma bomba cujo motor entrega 40hp no eixo e abomba cede ao líquido 20hp? Energia recebida 40 = = = 0,50 ou 50% Energia cedida 20 Nesse caso, a bomba estaria transformando em calor, por atrito e poroutras ineficiências, metade da energia recebida.Equação da continuidadeConsiderando um fluido como incompressível, pelo esquema da Figura26, podemos afirmar que, desde que não tenhamos nenhuma saída ouentrada de líquido entre as seções 1 e 2, a vazão Q1 na seção 1 é igual àvazão Q2 na seção 2. FIGURA 26 ESCOAMENTO DE UM LÍQUIDO NUMA TUBULAÇÃO 1 2 Q1 Q2 Q1 = Q 2 = V 1 x A 1 = V 2 x A 2 Como a vazão é o produto da velocidade pela área, teremos: Vazão na seção 1 = v1 x A1 Vazão na seção 2 = v2 x A2 Como as vazões são iguais nas duas seções, teremos: v 1 x A 1 = v2 x A2 2 v1 = v 2 x A2 A1 a v1 = v 2 x ( ) D2 D1 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 57
  • 57. onde: v1 = Velocidade média de escoamento na seção 1. v2 = Velocidade média de escoamento na seção 2.Pense e D1 = Diâmetro interno da tubulação na seção 1.Anote D2 = Diâmetro interno da tubulação na seção 2. Dobrando a área de uma seção da tubulação, A área varia com o a velocidade média cairá para a metade. Se do- quadrado do diâmetro brarmos o diâmetro, a área aumenta quatro ve- D2 área = 4 zes e a velocidade média cairá para 1/4. PROBLEMA 31 Temos uma velocidade média de escoamento de 3m/s numa tubulação de 4"sch 40. Qual será a velocidade de escoamento num outro trecho da linha com tubo de 6"sch 40? Da tabela de tubos (ver Tabela 18) tiramos: → Área interna do tubo 4"shd 40’→ A2 = 82,1cm2 → 6"sch 40’→ A1= 186,4cm2 A2 82,1 v 1 = v2 x =3x = 1,32m/s A1 186,4 Teorema de Bernouille Um fluido escoando numa tubulação possui três formas de energia: Energia potencial ou de altura. Energia de pressão. Energia de velocidade ou cinética. A energia potencial é a que temos quando o líquido se encontra a uma determinada altura, como nos casos de barragens de usinas hidrelétricas. A água, ao escoar da cota em que se encontra até as turbinas hidráulicas, localizadas num nível mais baixo, tem capacidade de acionar uma turbi- na acoplada a um gerador de eletricidade. Essa capacidade é chamada de energia potencial. Para uma mesma massa, quanto maior a altura, maior a energia contida. A energia sob a forma de pressão é a que, por exemplo, permite a realização de um trabalho como o deslocamento de um pistão numa prensa hidráulica. Outro exemplo é o de um macaco hidráulico que levanta um peso. PETROBRAS ABASTECIMENTO 58 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 58. Pense e Anote A energia de velocidade, também chamada de energia cinética, é adecorrente da velocidade de escoamento. Um exemplo de uso da energiacinética são os geradores eólicos (movidos pelo vento). FIGURA 27 TEOREMA DE BERNOUILLE Seção 2 V2 Z2 Seção 1 V1 Z1 Linha de referência As energias no ponto 1 e no ponto 2 da tubulação mostrada no esque-ma acima, expressas em dimensões de coluna de líquido, seriam: P1 V12 P2 V22 E1 = + + Z1 E2 = + + Z2 2g 2g Pelo princípio de conservação de energia, no qual afirmamos que ener-gia não se perde nem se cria, apenas se transforma, a energia no ponto 1é igual à energia no ponto 2. Temos então que: P1 V 12 P2 V 22 + + Z1 = + + Z2 = constante Teorema de Bernouille 2g 2g Onde os termos representam: P = Energia de pressão V2 = Energia de velocidade 2g Z = Energia potencial PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 59
  • 59. A equação anterior é válida apenas teoricamente, já que, na prática, temos algumas perdas de energia entre os pontos 1 e 2 decorrentes de atritos, choques etc., ficando a equação como: E1 = E2 + perdas de cargaPense e Anote P1 V12 P2 V 22 + + Z1 = + + Z2 + perdas 2g 2g Essas perdas recebem o nome de perda de carga entre o ponto 1 e o ponto 2. Pela equação anterior, também podemos calcular a energia fornecida por uma bomba para uma determinada vazão. No caso da bomba, não temos perda, mas ganho de energia. Medindo a energia no flange de des- carga (E2) e no flange de sucção (E1) da bomba, a diferença entre essas energias é a fornecida pela bomba para aquela vazão. FIGURA 28 ENERGIA CEDIDA PELA BOMBA P2 P1 V2 Z2 Z1 V1 Linha de referência E2 – E1 = Energia cedida pela bomba P2 – P1 V22 – V12 Energia cedida pela bomba = E2 – E1 = + + Z2 – Z1 2g Quando tratarmos das curvas características das bombas centrífugas, voltaremos a este assunto. PETROBRAS ABASTECIMENTO 60 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 60. Pense e AnoteTabela de tubos TABELA 18 DADOS SOBRE TUBOS Diâm. Diâm. Espessura Diâm. Área PesoNominal ext. (mm) Padrões (mm) int. (mm) int. cm2 kgf/m ½” 21 Std 40 40S 2,77 15,8 1,96 0,42 XS 80 80S 3,73 13,8 1,51 1,62 – 160 – 4,75 11,8 1,10 1,94 XXS – – 7,47 6,4 0,32 2,55 ¾” 27 Std 40 40S 2,87 20,9 3,44 1,68 XS 80 80S 3,91 18,8 2,79 2,19 – 160 – 5,54 15,6 1,91 2,88 XXS – – 7,82 11,0 0,95 3,63 1" 33 Std 40 40S 2,87 26,6 5,57 2,50 XS 80 80S 3,91 24,3 4,64 3,23 – 160 – 6,35 20,7 3,37 4,23 XXS – – 9,09 15,2 1,82 5,44 2" 60 Std 40 40S 3,91 52,5 21,7 5,44 XS 80 80S 5,54 49,2 19,0 7,47 – 160 – 8,71 42,9 14,4 11,08 XXS – – 11,07 38,2 11,4 13,44 3" 89 Std 40 40S 5,48 77,9 47,7 11,28 XS 80 80S 7,62 73,6 42,6 15,25 – 160 – 11,1 66,7 34,9 21,31 XXS – – 15,2 58,4 26,8 27,65 4" 114 Std 40 40S 6,02 102,3 82,1 16,06 XS 80 80S 8,56 97,2 74,2 22,29 – 160 – 13,5 87,3 59,9 33,49 XXS – – 17,1 80,1 50,3 40,98 6" 168 Std 40 40S 7,11 154 186,4 28,23 XS 80 80S 10,97 146,3 168,2 42,51 – 160 – 18,2 131,8 136,4 67,41 XXS – – 21,9 124,4 121,5 79,10 8" 219 Std 40 40S 8,18 202,2 321,1 42,48 XS 80 80S 12,7 193,7 294,6 64,56 XXS – – 22,2 174,6 239,4 107,8 – 160 – 23,0 173,1 235,5 111,1 10" 273 Std 40 40S 9,27 254,5 509,1 60,23 XS 60 80S 12,7 247,6 481,9 81,45 – 80 – 15,1 242,9 463,2 95,72 – 160 – 28,6 215,9 365,8 172,1 12" 324 Std – 40S 9,52 304,8 729,6 73,74 – 40 – 10,3 303,2 722,0 79,65 XS – 80S 12,7 298,4 655,5 97,34 – 80 – 17,4 288,9 699,4 131,7 14" 356 Std 30 – 9,52 336,5 889,7 81,2 – 40 – 11,1 333,4 872,9 94,29 XS – – 12,7 330,2 856,2 107,3 – 80 – 19,0 317,5 791,7 157,9 16" 406 Std 30 – 9,52 387,3 1.178,1 93,12 XS 40 – 12,7 351,0 1.140,1 123,2 – 80 – 21,4 363,6 1038,1 203,0 18" 457 Std – – 9,52 438,1 1.507,8 105,0 XS – – 12,7 431,8 1.464,3 139,0 – 40 – 14,3 428,6 1.443,3 155,9 – 80 – 23,8 409,6 1.3017,5 254,1 20" 508 Std 20 – 9,52 488,9 1.877,5 116,9 XS 30 – 12,7 482,6 1.829,1 154,9 – 40 – 15,1 477,9 1.793,6 182,9 – 80 – 26,2 455,6 1.630,4 310,8 24" 610 Std 20 – 9,52 590,5 2742,1 140,8 XS – – 12,7 584,2 2677,6 186,7 – 40 – 17,4 574,7 2593,7 254,7 – 80 – 30,9 547,7 2355,0 440,9 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 61
  • 61. Letras gregas Relação das letras gregas maiúsculas e minúsculas.Pense e TABELA 19 LETRAS GREGASAnote Alfa Beta Gama Delta Épsilon Zeta Eta Teta Iota Kapa Lambda Mi Ni Csi Ômicron Pi Rô Sigma Tau Ípsilon Fi Qui Psi Ômega Prefixos TABELA 20 PREFIXOS Múltiplo Prefixo Símbolo Nome Múltiplo Prefixo Símbolo Nome 10 18 exa E quintilhão 10 -18 atto a quintilionésimo 15 -15 10 peta P quadrilhão 10 femto f quadrilionésimo 12 -12 10 tera T trilhão 10 pico p trilionésimo 10 9 giga G bilhão 10 -9 nano n bilionésimo 10 6 mega M milhão 10 -6 micro milionésimo 3 -3 10 quilo k mil 10 mili m milésimo 2 -2 10 hecto H cem 10 centi c centésimo 10 deca da dez 10 -1 deci d décimo Exemplos: m = 10-6m = micrometro = milionésimo do metro cm = centímetro = 10-2m = centésimo do metro ml = mililitro = 10-3 litro = milésimo de litro kg = quilograma = 103 gramas = mil gramas MW = megawatt = 106 Watt = milhões de Watt Gb = gigabite = 109 bites = bilhão de bites PETROBRAS ABASTECIMENTO 62 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 62. Pense e AnoteResumo ÁREA DE FIGURAS GEOMÉTRICASQuadrado A = a2 Lado ao quadradoRetângulo A=b.h Base x AlturaParalelogramo A=b.h Base x AlturaTrapézio h . (b1 + b2) Base média x Altura A= 2Triângulo (b . h) Base x Altura sobre 2 A= 2 2Círculo A= . r2 = .D Pi x Raio ao quadrado 4 VOLUME DOS SÓLIDOSCubo V = a3 Lado ao cuboParalelepípedo V=a.b.h Largura x Profundidade x Altura 2Cilindro V=B.h= .r .h Área da base x AlturaCone V=B.h = . r2 . h Área da base x Altura sobre 3 3 3 3Esfera V=4. .r Quatro terços de Pi x Raio ao cubo 3 VELOCIDADE LINEAR D Distância percorrida sobre tempov= t VELOCIDADE ANGULAR N Nw=2 = rd/s Pi x rpm sobre 30 60 30 VAZÃO v. .r 2Q = Vol = v x A = Volume sobre tempo t 30 ACELERAÇÃO v2 – v 1a= Variação da velocidade no tempo t2 – t1 FORÇAF=mxa Peso = m x g Massa x Aceleração PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 63
  • 63. ResumoPense e TRABALHOAnote T=Fxd Força x Distância TORQUE T=Fxd Força x Raio de giro POTÊNCIA Pot = T Trabalho sobre tempo t MASSA ESPECÍFICA Massa = Massa sobre o volume Volume PESO ESPECÍFICO Massa = Peso sobre o volume Volume DENSIDADE Massa específica do produto Relação entre massa específica d= Massa específica da água do líquido e da água PRESSÃO F xH Força sobre área ou peso P= P= A 10 específico x Altura sobre 10 p/ P em kgf/cm2 em gf/cm3 → H = m VISCOSIDADE DINÂMICA E CINEMÁTICA (cSt) = (Cp) Viscosidade cinemática é a Densidade viscosidade dinâmica dividida pela densidade RENDIMENTO Energia cedida É a relação entre as energias = Energia recebida cedida e a recebida PETROBRAS ABASTECIMENTO 64 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 64. Pense e AnoteResumo EQUAÇÃO DA CO NTINUIDADE EQUAÇÃO DA CONTINUID NTINUIDADE A2 Velocidade da seção 1 igual à velocidadeV1 = V2 x ou da seção 2 x Relação entre as áreas 2 e 1 A1 ou multiplicada pelas relações entre os 2 quadrados dos diâmetros 2 e 1V1 = V2 x ( ) D2 D1 TEOREMA DE BERNOUILLE P1 V12 Pressão sobre peso específico + + + Z1 = Velocidade ao quadrado sobre 2 x 2g Aceleração da gravidade + Altura do manômetro na seção 1 igual à da P2 V22 seção 2 + Perdas + + Z2 + perdas 2g PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 65
  • 65. Pense e Anote BombasB ombas são máquinas destinadas à transferência de líquidos de umponto para outro. Para realizar essa movimentação, as bombas cedem ener-gia ao líquido sob a forma de pressão e de velocidade, sendo a forma depressão a predominante. É importante conhecer o funcionamento de um equipamento para quepossamos realizar manutenção adequada. Esse conhecimento facilita aidentificação de falhas e o modo de saná-las. O presente trabalho visa dareste conhecimento. Os fabricantes disponibilizam uma grande variedade de bombas, que podem ser grupadas em duas famílias principais, cada uma delas com características que serão objeto de apreciação ao longo desse trabalho: ➜ Bombas dinâmicas ou turbobombas. ➜ Bombas de deslocamento positivo ou volumétricas. Para funcionar, a bomba necessita receber energia de um acionador. Os principais acionadores usados nas bombas são: ➜ Motores elétricos. ➜ Turbinas a vapor. ➜ Motores de combustão interna. Na indústria em geral, o acionamento das bombas é realizado, princi-palmente, por motores elétricos. Essa preferência é devido ao fato de oscustos de aquisição e de operação serem inferiores aos das turbinas e dos PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 67
  • 66. motores de combustão interna. Os motores elétricos possuem rendimento na casa dos 90% contra cerca de 30% dos dois outros acionadores citados. Durante muito tempo, as turbinas possuíram uma vantagem sobre osPense e motores elétricos, a saber, a possibilidade de variar a rotação. Hoje emAnote dia, com o barateamento dos variadores de freqüência, é cada vez mais comum utilizar motores elétricos com rotação variável no acionamento de bombas. Os motores de combustão interna são pouco utilizados em refinari- as, ficando seu uso restrito a casos excepcionais de segurança, como bombas reservas de água contra incêndios ou de produtos que, ao es- coarem através de oleodutos, são passíveis de endurecimento caso cesse o bombeamento. Se não dispusermos de vapor nas instalações, isso é outro motivo que poderá levar à utilização de tal alternativa de acio- namento. Esses motores, quando empregados, são geralmente movi- dos a óleo diesel. Além deles, existem algumas bombas alternativas que são acionadas por meio de cilindros a vapor. Em unidades novas, essa aplicação está fi- cando cada vez mais rara. Os motores pneumáticos, devido a sua baixa confiabilidade e ao seu alto custo operacional, não são utilizados em bombas de processo. São aplicados, principalmente, como acionadores de bombas portáteis de abastecimento de óleo lubrificante a partir de tambores. Sua vantagem é a de não causar riscos de explosão e de serem facilmente acionáveis devi- do à grande disponibilidade de pontos de alimentação de ar comprimido existentes nas unidades. Nos locais em que a falha da bomba possa ocasionar problema de se- gurança ou prejuízos elevados, é usual a adoção de bomba reserva de modo a não interromper o funcionamento da unidade. Visando aumentar a segurança operacional, é comum adotar duas fon- tes distintas de alimentação para os acionadores, reduzindo assim a pos- sibilidade de parada do sistema para o qual a bomba trabalha. Quando ambas, a bomba principal e a reserva, são acionadas por mo- tor elétrico, é comum a utilização de alimentadores elétricos (feeders) di- ferentes para cada uma delas. É comum também ter a bomba principal acionada por motor elétrico e a reserva por turbina a vapor, ou o contrá- rio. A vantagem em ter o motor como reserva é a sua elevada aceleração, que faz com que a bomba entre em operação rapidamente, caso tenha- mos uma falha do equipamento principal. Já a desvantagem é que, ao usar a turbina a vapor como principal, aumentamos o custo operacional devi- do ao fato de seu rendimento ser menor. O sistema de partida automáti- co do motor elétrico é mais simples do que o da turbina. De modo geral, o fornecimento do vapor é mais confiável do que a energia elétrica. A es- colha do tipo de acionador principal deverá levar em conta esses fatores. PETROBRAS ABASTECIMENTO 68 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 67. Pense e Anote Com o intuito de aumentar a flexibilidade operacional, o que permitevariar significativamente a vazão, algumas instalações adotam diversasbombas operando em paralelo; nesses casos, fica uma delas como reser-va. Caso venha a falhar mais de uma bomba simultaneamente, o sistemaainda continuará sendo atendido, só que com uma vazão menor. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 69
  • 68. Pense e Anote Recebimento da bombaA o chegar ao almoxarifado, vinda do fabricante, uma bomba novadeve ser submetida a uma inspeção de recebimento. Embora a maioria das bombas adquiridas pela Petrobras seja ins-pecionada durante sua fase de fabricação e de testes, podem ocorrerdanos entre a saída da fábrica e a chegada ao almoxarifado da refina-ria usuária. Normalmente, as bombas são embaladas pelo fabricante em caixotesde madeira fechados por placas de compensado, ou em caixotes com ri-pas de madeira pregadas, do tipo engradado. No ato do recebimento, o primeiro passo é ler a pasta que contém adocumentação de compra (pasta do PCM) para saber que itens deveriamser fornecidos juntamente com a bomba. A inspeção de recebimento deve constar no mínimo de:1. Verificação do estado do caixote de madeira. Caso ele tenha sido mal manuseado, como, por exemplo, ter caído durante o transporte, pro- vavelmente a parte de madeira deverá estar danificada. Havendo da- nos, a inspeção deverá ser mais detalhada.2. Caso a bomba tenha vindo num caixote fechado, abri-lo para verificar sua plaqueta de identificação e a do acionador para assegurar-se de que a bomba é mesmo a encomendada.3. Análise dos estados da base metálica; da bomba; do acionador; do aco- plamento e da sua proteção; das linhas de refrigeração e de selagem; do sistema de lubrificação e dos parafusos de nivelamento.4. Verificação dos sobressalentes encomendados: se foram fornecidos com as especificações e as quantidades corretas.5. Conferência da documentação, tal como manuais e desenhos: se vie- ram junto com a bomba (em alguns casos eles são fornecidos com an- tecedência e, em outros, somente após a entrega). Verificar se a docu- mentação está de acordo com a quantidade solicitada. O manual da bomba deve conter no mínimo: • Folhas de dados da bomba e do acionador (se este último fizer parte do fornecimento). PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 71
  • 69. • Dados dos testes efetuados na fábrica (desempenho, vibração, NPSH etc.). • Instruções de manutenção e de operação da bomba.Pense e • Desenho de corte da bomba com todos os itens identificados.Anote • Lista das peças relacionadas no desenho de corte da bomba com as referências comerciais, os materiais de fabricação e as quantidades empregadas na bomba. • Desenho do conjunto da bomba, mostrando a base, a bomba, seu acionador, acoplamento e as respectivas cotas. • Desenho da selagem. No caso do uso de selo mecânico, devem cons- tar: plano de selagem; corte do selo; lista de peças com identifica- ção das referências comerciais; material de fabricação e quantida- de empregada. Caso a selagem seja feita por meio de gaxetas, de- verá ter a especificação do tipo, do tamanho e do número de anéis utilizados, além de um corte da caixa de selagem, mostrando o po- sicionamento das gaxetas em relação ao anel de distribuição (anel de lanterna). • Desenhos de corte do acionador, com lista de peças, referências co- merciais e materiais e quantidades utilizadas. 6. Descrição da preservação realizada pelo fabricante da bomba. 7. Verificação de todas as suas entradas (flanges, furos que comunicam com o interior da carcaça, caixa de mancais e de selagem): se estão pro- tegidas para evitar a entrada de umidade e de objetos estranhos. Estando tudo correto, pode ser dado o aceite da bomba no pedido de verificação de material. Resumo Na inspeção de recebimento de uma bomba, deve-se verificar: Se ocorreram danos durante o transporte. Se a documentação da bomba e de seus componentes foi fornecida. Se os bocais e os furos roscados estão protegidos. PETROBRAS ABASTECIMENTO 72 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 70. Pense e Anote PreservaçãoA té a partida efetiva, ou seja, durante o período em que permane-cer estocada e mesmo após ser montada na base, um plano de preserva-ção deve ser obedecido. É usual o fabricante fazer alguns pontos de pre-servação na fábrica, o que costuma ser eficaz para um período de 6 me-ses, findos os quais eles devem ser renovados. Um dos principais cuidados que devemos ter é o de impedir a quedade algum objeto no interior da bomba. Para tal, os flanges devem ser pro-tegidos com uma tampa plástica ou uma chapa metálica com junta. Essematerial só deve ser retirado na fase de colocação das tubulações. As aber-turas roscadas devem todas ser protegidas com um plugue (bujão) rosca-do de plástico ou metálico. Bombas que vão ser lubrificadas por sistema de névoa podem ser pre-servadas por esse sistema. Nesse caso, deve ser feita uma linha adicionalpara a carcaça da bomba. Logicamente, para tal preservação, o sistema degeração de névoa terá de ser instalado com antecedência. Caso não exista o sistema de névoa, passado o período de preservaçãorecomendado pelo fabricante, a bomba deve ser cheia com um líquido deproteção adequado, devendo ser girada algumas voltas e drenada. Esselíquido costuma ser um óleo com alto teor de antioxidante. Recomenda-se colocar na caixa de mancais o mesmo óleo de preserva-ção. Na falta deste, usar um óleo tipo turbina, por exemplo, Marbrax 68,com nível até a parte inferior do eixo. Em seguida, girar manualmente al-gumas voltas. O copo nivelador deve ser retirado e guardado num localseguro até pouco antes da partida da bomba. Na sua furação, colocar umplugue roscado. Evitar que o peso da parte rotativa recaia sempre sobre o mesmo pontodo rolamento, ocasionando a corrosão localizada e o desgaste (brinnelling).Para evitar que isso ocorra, girar periodicamente o eixo da bomba e do aci-onador (de 15 em 15 dias é um bom prazo) no sentido indicado pela pla-queta de rotação, de 1 volta + 1/4 de volta. Para essa operação de giro, senão for possível fazê-lo com a mão, usar uma chave de cinta no acoplamen-to ou no eixo. Não utilizar chave de grifo para não danificar nem o eixo, PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 73
  • 71. nem o acoplamento. Fazer uma marca com tinta ou marcatudo no acopla- mento para acompanhar a posição de parada do eixo. As superfícies usinadas da base metálica que ficarem expostas, como aPense e região de apoio do acionador e da bomba, devem ser preservadas comAnote graxa ou parafina para evitar sua oxidação. O óleo colocado na caixa de mancais deve ser trocado a cada 6 meses se o ambiente for medianamente agressivo como, por exemplo, regiões próximas ao mar ou de elevada umidade. Resumo A preservação deve ser renovada a cada 6 meses. Girar o eixo da bomba a cada 15 dias de 1+1/4 de volta no sentido da rotação. PETROBRAS ABASTECIMENTO 74 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 72. Pense e Anote Instalação e teste de partidaE nganos cometidos nesta etapa ocasionam problemas futuros difí-ceis de serem reparados. Podemos dividir esta fase em três outras, enu-meradas a seguir:1. Nivelamento/grauteamento.2. Conexão com os flanges.3. Alinhamento. O grauteamento é a operação de colocar uma massa adequada entre abase de concreto e a base metálica da bomba, fazendo uma união efetivaentre elas, com o objetivo de aumentar a rigidez da base e a massa doconjunto. Assim, as forças que atuam na bomba terão seus efeitos atenu-ados, sejam estas forças de tensão da tubulação nos flanges da bomba,sejam de desbalanceamento. Uma bomba bem grauteada vibrará muitomenos do que uma outra submetida aos mesmos esforços com grauteinadequado. FIGURA 29 GRAUTEAMENTO DE UMA BASE DE BOMBA Bases de apoio do motor que Base de apoio da podem ser usadas bomba que pode para nivelamento ser usada para nivelamento 25mm mínimo Parafuso de Parafuso de nivelamento nivelamento Chumbador Chumbador Forma de com placa com placa madeira para conter o graute Graute Base de concreto PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 75
  • 73. Antigamente, o graute era realizado com uma massa de cimento rala. Hoje em dia, são empregados cimentos próprios, que curam bem mais rápido. Os especialistas consideram como o melhor material para grautePense e um epóxi específico para esse fim. Como seu custo é bem superior ao doAnote cimento, esse fator acaba sendo um inibidor para uso generalizado. O API 610 (bombas centrífugas) e o API 686 (montagem de máquinas) recomen- dam o uso de epóxi no grauteamento das bombas. Na montagem da bomba, os seguintes passos devem ser seguidos, supondo que a base de concreto esteja pronta e curada. A cura completa do concreto só ocorre 28 dias após sua fundição. 1. Verificar se o posicionamento dos chumbadores na base de concreto está compatível com os furos existentes da base metálica da bomba. Hoje em dia, é raro o uso de chumbador tipo L. Isso pode ser feito pelo desenho da base da bomba, ou se a bomba já estiver na planta, obser- var diretamente a base metálica. 2. Verificar se os chumbadores foram montados dentro de uma luva com diâmetro interno de 2 a 3 vezes o diâmetro do chumbador e no míni- mo 150mm de comprimento. O espaço entre essa luva e o chumba- dor deve ter sido preenchido com um material não endurecível como, por exemplo, espuma de poliuretano, usada em isolamento de tubu- lação ou RTV (borracha de silicone), evitando, assim, a entrada de con- creto ou do graute. Isso permitirá o alongamento do chumbador ao ser apertado e também admitirá pequenos deslocamentos para casar com a furação da base metálica. FIGURA 30 CHUMBADOR E LUVA D Vedante Luva com dia. interno > 2D Graute 25mm Prender com material mínimo que não endureça, impedindo a entrada de 150mm concreto ou de graute (mínimo) Ponto de solda 3. Picotar a base de concreto, retirando a camada lisa de cimento que fica na parte superior dela. Deve ser retirada uma espessura de cerca de 25mm da base. Não é recomendado o uso de marteletes pneumá- ticos nessa tarefa. Utilizar uma pequena marreta e uma ponteira. Esse PETROBRAS ABASTECIMENTO 76 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 74. Pense e Anote desbaste tem por objetivo remover o cimento liso que sobrenadou na base de concreto de modo a deixá-lo áspero e irregular, o que irá faci- litar a aderência e aumentar a área de contato com o graute.4. Limpar bem a base de concreto de detritos e poeiras. Soprar, com ar isento de óleo, já que o ar comprimido de compressores de campo cos- tuma ter óleo. Evitar a presença de óleo e graxa, pois estas substâncias impedem a aderência do graute.5. Colocar a base da bomba sobre a de concreto de modo que a parte infe- rior da base metálica fique no mínimo 25mm acima da base de concre- to. As bases das bombas adquiridas pela Petrobras são fornecidas com parafusos “macaquinhos” para efeito de nivelamento. Colocar sobre o concreto, na direção dos parafusos de nivelamento, um pedaço de cha- pa com cerca de 12,7mm (1/2") de espessura. Verificar no projeto se a altura da base está correta e se a elevação dos flanges encontra-se de acordo com o desenho de tubulação. Ajustar, se necessário.6. Nivelar a base através dos macaquinhos no sentido transversal e lon- gitudinal na região do motor, e depois na região da bomba, usando um nível de bolha apoiado em superfícies usinadas da base. FIGURA 31 NIVELAMENTO TRANSVERSAL DA BASE NA ÁREA DO MOTOR E LONGITUDINAL DA BOMBA Furos para colocação de graute A norma API 686 recomenda o limite de 0,2mm por metro, tanto parao nivelamento transversal quanto para o longitudinal. É recomendável rea-lizar uma aferição do nível que será utilizado. Para tal, fazer uma leitura como nível e depois girá-lo 180º, repetindo a leitura. As duas têm de ser iguais.Após nivelar a base, colocar os calços de latão ou aço inoxidável sobre osapoios, apertar as porcas dos chumbadores e tornar a verificar o nível. Otorque de aperto deve seguir o recomendado pelo fabricante. Na falta darecomendação, usar os valores da Tabela do API, transcrita a seguir: PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 77
  • 75. TABELA 21 TORQUE A SER APLICADO NOS CHUMBADORESPense e Ch Fios/pol Torque Ch Fios/pol Torque Ch TorqueAnote pol – N.m kgf.m pol – N.m Kgf.m – N.m Kgf.m 1/2 13 40,7 4,15 1¼ 8 678 69,1 – – – 5/8 11 81,4 8,3 1½ 8 1085 111 M12 31 3,16 3/4 10 136 13,8 1¾ 8 2034 207 M16 110 11,2 7/8 9 217 22,1 2 8 2983 304 M24 363 37 1 8 332 33,9 2¼ 8 4312 440 M30 1157 118 1 1/8 8 481 49,1 2¾ 8 8026 818 M52 3815 389 7. Preparar as formas em torno da base para o grauteamento. Vedar as formas, principalmente junto ao concreto, para evitar vazamentos. 8. Passar um antiaderente nas partes em que não se deseja que o graute tenha aderência. São elas: as formas de madeira, os parafusos maca- quinhos e as porcas de fixação da proteção do acoplamento. Não é re- comendado o uso de óleo ou graxa nesta atividade, e sim três cama- das de uma pasta à base de parafina. 9. Para evitar quebras, a base de concreto e a camada de graute não de- vem ter cantos vivos. Fazer um acabamento com um chanfro de 45º, conforme mostra a Figura 32. FIGURA 32 CHANFRO DE 45º NA BASE DE CONCRETO E NO GRAUTE Base metálica Graute Chanfros Concreto 10. Verter o graute. As bases costumam ter furos nas chapas para este fim (ver Figura 31). O ideal é que exista um suspiro (vent) do lado oposto do furo de colocação do graute para permitir a saída do ar. Se a bomba e o acionador prejudicarem o acesso para a colocação do graute, eles devem ser retirados da base. Durante a fase de grauteamento, todas as tubulações devem estar desconectadas. Existem cimentos apropri- ados para graute. Não é aconselhável o uso de vibrador. Utilizar para PETROBRAS ABASTECIMENTO 78 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 76. Pense e Anote esse fim um pedaço de madeira para ir socando o graute. Não deve ser exercida muita força para evitar a deformação da chapa superior da base metálica. Devem ser preenchidos todos os vazios da base.11. Após a cura do graute, verificar, com auxílio de um pequeno marte- lo, batendo na chapa superior da base, se ficou alguma região va- zia. Havendo, faça dois furos nas extremidades opostas do vazio, um para introduzir massa epóxi, comum, e outro para saída do ar. O reparo deve ser realizado com epóxi mesmo que tenha sido grautea- do com cimento.12. Após a operação anterior, retirar as formas e os parafusos de nivela- mento.13. Se fizer parte do projeto, montar as tubulações auxiliares de refrige- ração, de selagem e de lubrificação.14. Somente após a cura do graute, devem ser conectadas as linhas de sucção e de descarga. Os flanges das tubulações devem estar concên- tricos e paralelos com os da bomba. Todos os parafusos devem ser co- locados com a mão nos furos, sem necessidade de forçar os flanges.15. Verificar a tensão introduzida pelas linhas. Para tal, coloque dois re- lógios comparadores com os ponteiros apoiados no cubo do acopla- mento, um na direção horizontal e o outro na vertical. Zere os relógi- os. Aperte os parafusos do flange de sucção com a junta de vedação no local. Os dois relógios devem indicar menos de 0,05mm. Torne a zerar os relógios e aperte agora o flange de descarga. Os relógios tam- bém devem indicar menos de 0,05mm. Se, no aperto de alguma das tubulações, for excedido esse valor de deslocamento, afrouxar os flan- ges dessa linha nas imediações da bomba (das válvulas de bloqueio, dos filtros, das válvulas de retenção etc.) e começar apertando-os a partir do flange mais próximo da bomba. Os desalinhamentos angulares podem ser corrigidos com o aqueci- mento localizado em alguma curva. Um outro recurso que pode ser usado é aquecer ao rubro uma seção completa da tubulação com os flanges da bomba apertados. O aquecimento reduz a resistência da tubulação, fazendo com que o material deforme, o que diminui a ten- são introduzida pela linha. Lembrar que alguns tipos de aço usados em tubulações, se aquecidos, podem necessitar de tratamento tér- mico posterior. Portanto, consulte antes o responsável pela monta- gem da tubulação. Se, depois de tudo, não for possível enquadrar os valores, cortar a tubulação e refazer a solda da linha.16. Verificar se o sentido de giro do acionador está coerente com a bom- ba antes de acoplá-la. No caso de motor elétrico, se não estiver cor- reto, peça para inverter as fases de alimentação elétrica.17. Alinhar a bomba com o acionador. O alinhamento que vem do fabri- cante é apenas um pré-alinhamento. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 79
  • 77. Caso a bomba fique inativa por período prolongado, é recomendável girar o eixo de 1 volta completa + 1/4 a cada 15 dias de modo que promova a lubrificação completa dos rolamentos e altere a esfera sob carga, bem como o local de apoio na pista do rolamento, evitando desgaste localizado. Antes da primeira partida e logo depois dela, verificar:Pense e Anote a Se a bomba, o acionador e o acoplamento estão adequadamente lu- brificados. b Se a proteção do acoplamento encontra-se no lugar. c Se o sentido de giro do acionador está correto. Caso tenha dúvida, desacople a bomba e teste. Algumas bombas podem ser giradas ao contrário. Nesse caso, ela pode ser ligada e desligada rapidamente só para sair da inércia e verificar o sentido de giro. Bombas verticais, na maioria dos casos, não podem girar ao contrário, sob pena de solta- rem partes fixadas por roscas, principalmente eixos e impelidores; d Se as válvulas das linhas de refrigeração e de selagem (flushing e quen- ching) estão abertas. e Se a bomba está escorvada. Para tal, abra a válvula de sucção e o sus- piro (vent) da carcaça. Quando pararem de sair borbulhas de ar, a bomba estará cheia de líquido. Fechar o suspiro. f Se a válvula de descarga está fechada e descolada da sede. Válvulas de descarga de diâmetros grandes e com pressão de descarga alta geram uma força na gaveta que dificulta sua abertura. Nessa situação, é in- teressante partir a bomba com a gaveta da válvula ligeiramente des- colada da sede (cerca de 1/4 de volta do volante). g Partir a bomba. h Logo após a partida, abrir a válvula de descarga. Durante a fase de aceleração da bomba, a corrente do motor elétrico atinge 5 a 6 vezes o valor da corrente nominal. Se a partida for demorada, ocorrerá o aquecimento excessivo do motor, o que reduz a vida útil de seu isolamento. A corrente alta também pode atuar o sistema de proteção elétrico, desarmando o motor. Por esse motivo, as bombas devem partir na condição de menor potência exigida. Como nas bombas centrífugas a potência cresce com a vazão, elas devem partir com a descarga fechada. Já nas bombas de fluxo axial, a menor potência ocorre com alta vazão. Portanto, devem partir com a descarga totalmente aberta. As bombas de fluxo misto, para efeito de partida, devem seguir as centrífugas. No capítulo sobre as Curvas Características das Bombas, serão analisadas as suas curvas de potência. PETROBRAS ABASTECIMENTO 80 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 78. Pense e Anote Após a partida da bomba, devem ser verificados e acompanhados:a Vibração da bomba e do acionador. É interessante fazer espectros das vibrações dos mancais da bomba e do acionador para servir como referência futura.b Barulhos anormais.c Temperatura dos mancais (pode levar até 3 horas para estabilizar). A norma API 610 limita em 82ºC a temperatura dos mancais ou 40ºC de acréscimo em relação à temperatura ambiente.d Vazamentos pela selagem.e Se os manômetros da sucção e da descarga estão estáveis. Manôme- tros oscilando muito demonstram problemas de cavitação ou recircu- lação, o que pode ser verificado e confirmado pelo ruído característico.f Havendo possibilidade, medir a corrente do motor elétrico, observan- do se o valor está dentro do esperado. Resumo Após a cura da base de concreto, picotá-la, rebaixando-a cerca de 25mm. Limpar bem o concreto e colocar a base metálica da bomba. Nivelar a base lateral e longitudinalmente no limite de 0,2mm para cada metro de dimensão, mantendo-a cerca de 25mm acima do concreto. Proteger os chumbadores e grautear a base. Alinhar, verificar sentido de giro do acionador e acoplar. Testar a bomba, verificando vibração, ruídos anormais e vazamentos e, se necessário, desempenho. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 81
  • 79. Pense e Anote Classificação de bombasE xiste uma variedade muito grande de bombas disponíveis no mer-cado. Podemos classificá-las, baseados no modo do seu funcionamento,em dois tipos principais: Classificação de bombas Radial Centrífuga Bombas dinâmicas Fluxo axial Tipo Francis ou turbobombas Fluxo misto PERIFÉRICA OU REGENERATIVA Pistão Alternativa Êmbolo Diafragma Bombas volumétricas ou de deslocamento Engrenagens positivo Parafusos Lóbulos Rotativa Palhetas Peristática Cavidades progressivas A bomba dinâmica ou turbobomba se caracteriza por fornecer energiaao líquido pela rotação de um impelidor. A orientação do líquido ao sairdo impelidor determina, juntamente com a forma como a energia é cedi-da, o tipo da turbobomba. A bomba volumétrica ou de deslocamento positivo se caracteriza porexecutar seu trabalho por meio do aprisionamento de um certo volumedo líquido na região de sucção e posterior deslocamento desse volumepara a descarga. Seus nomes provêem da forma como a energia é transfe-rida ao líquido: pistão, diafragma, engrenagens, palhetas etc. Nos próximos capítulos, analisaremos mais detalhadamente cada tipo. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 83
  • 80. Pense e Anote Bomba dinâmica ou turbobombaA turbobomba que trabalha cedendo energia ao líquido por meiode um impelidor pode ser classificada em quatro tipos diferentes, de acordocom a forma de cessão de energia ao fluido.BOMBA CENTRÍFUGAPode ser do tipo radial ou tipo Francis. A bomba centrífuga radial ou cen-trífuga pura é a que possui as pás do impelidor com a curvatura em umsó plano. Nesse tipo de bomba, o fluxo sai do impelidor perpendicular-mente ao eixo. O impelidor cede energia ao líquido por meio da forçacentrífuga. A bomba centrífuga tipo Francis possui as pás do impelidor comcurvatura em dois planos. Nesse tipo, a energia é cedida ao líquido pela for-ça centrífuga e de arrasto. O líquido sai do impelidor perpendicular ao eixo.BOMBA DE FLUXO AXIALÉ a bomba na qual a energia é cedida ao líquido sob a forma de arrasto. Ofluxo do líquido caminha paralelamente ao eixo. Seu impelidor lembra umahélice de barco ou de ventilador.BOMBA DE FLUXO MISTOEsta bomba é intermediária entre a centrífuga e a axial. O fluxo sai doimpelidor inclinado em relação ao eixo. A energia transmitida pelo impe-lidor é sob a forma centrífuga e de arrasto.BOMBA PERIFÉRICA OU REGENERATIVAEsta bomba também é chamada de turbina regenerativa. Nela, as pás ficamsituadas na periferia do impelidor. A carcaça forma uma câmara em forma deanel (corte A-A da Figura 34). Em uma volta, o líquido entra e sai diversasvezes nesta câmara e entre as pás do impelidor. Em cada entrada, ele ganhaum novo impulso e, por isso, estas bombas costumam ter uma pressão altade descarga para o diâmetro do impelidor. O líquido segue uma trajetóriahelicoidal. Na região de descarga, a câmara se estreita para impedir o retornodo líquido para a região de sucção (corte B-B da Figura 34). PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 85
  • 81. FIGURA 33 TURBOBOMBA COM OS TRÊS TIPOS DE FLUXOPense eAnote Fluxo radial Fluxo misto Fluxo axial FIGURA 34 BOMBA REGENERATIVA E SEU IMPELIDOR P4 P4 > P3 > P2 > P1 P1 P3 A A P2 Corte A–A B B Corte B–B PETROBRAS ABASTECIMENTO 86 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 82. Pense e Anote FIGURA 35TIPOS DE BOMBAS CENTRÍFUGAS SEGUNDO A NORMA API 610Tipo básico Classifi- Tipo Características Figura(impelidor) caçãoEm balanço Acoplamento Horizontal Apoiada OH1( Overhung) flexível por pés 1 Estágio Apoiada na OH2 linha de centro 1 Estágio Vertical 1 Estágio OH3 in-line com caixa de mancais separada Acoplamento Vertical 1 Estágio OH4 rígido in-line Impelidor montado no eixo do acionador Eixo da Vertical 1 Estágio OH5 bomba sem in-line acoplamento Alta Montagem OH6 velocidade vertical ou horizontal Multiplicador integral 1 Estágio Acoplamento entre multiplicador e acionador Continua PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 87
  • 83. FIGURA 35 Continuação TIPOS DE BOMBAS CENTRÍFUGAS SEGUNDO A NORMA API 610Pense eAnote Tipo básico (impelidor) Tipo Características Classifi- cação Figura Entre 1e2 Partida BB1 mancais Estágios axialmente (between bearings ) Partida BB2 radialmente Multiestágios Partida BB3 axialmente Partida Carcaça BB4 radialmente simples com multi- segmentos Carcaça BB5 dupla (tipo barril) Verticalmente Carcaça Descarga Difusor VS1 suspensas simples através da coluna Continua PETROBRAS ABASTECIMENTO 88 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 84. Pense e Anote FIGURA 35Continuação TIPOS DE BOMBAS CENTRÍFUGAS SEGUNDO A NORMA API 610 Tipo básico Classifi- Tipo Características Figura (impelidor) cação Verticalmente Carga Descarga Voluta VS2 suspensas simples através da coluna Fluxo axial VS3 Descarga Eixo com VS4 separada mancais Impelidor em VS5 balanço Carcaça Difusor VS6 dupla (poço) Voluta VS7 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 89
  • 85. A norma API 610, na qual é especificada e adquirida a maioria das bom- bas centrífugas de uma refinaria, sugere uma classificação e uma numera- ção em função do tipo da bomba, fazendo uma divisão principal entre três modelos, baseados na posição do impelidor em relação aos mancais: Em balanço (overhung) – Denominadas OHPense e Anote Entre mancais (between bearings) – Denominadas BB Verticalmente suspensas (vertically suspended) – Denominadas VS Estes modelos são subdivididos em vários tipos. Cada tipo recebe uma designação iniciada pelas letras acima, seguida de um número. De modo a facilitar essa identificação, a Figura 35 mostra um quadro com um croqui para cada tipo. A bomba centrífuga é o tipo mais usado, principalmente devido a sua versatilidade. Ela faz parte de um conjunto mais geral denominado turbo- bombas, que, além da centrífuga, inclui a bomba axial e a de fluxo misto. Normalmente, são englobadas com o nome genérico de bombas centrí- fugas, embora a bomba axial nada tenha de centrífuga. Uma das vantagens da bomba centrífuga é poder trabalhar com gran- des variações de vazão sem alterar a rotação, o que as bombas de deslo- camento positivo geralmente não permitem. Para garantir o funcionamento adequado de uma bomba, proporcio- nando uma campanha longa, ela deve ser bem especificada, bem selecio- nada, bem fabricada, bem montada, bem operada e bem mantida. Alguns enganos cometidos em qualquer dessas etapas podem ser contornados; outros, dificilmente o serão, e teremos uma bomba com campanhas sem- pre inferiores às esperadas. Resumo As bombas dinâmicas ou turbobombas podem ser classificadas em função da orientação do fluxo de saída: radial, axial, mista e regenerativa. A norma API divide as bombas em três tipos de acordo com a posição do impelidor em relação aos mancais: OH (overhung) – em balanço BB (between bearing) – entre mancais VS (vertically suspende) – verticalmente suspensas A essas letras são acrescentados números para identificar os modelos. A bomba centrífuga permite fácil controle de vazão. PETROBRAS ABASTECIMENTO 90 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 86. Pense e AnotePrincípio de funcionamentoda bomba centrífugaSe colocássemos gotículas de líquido sobre um disco, ao girá-lo com umarotação N, as gotículas seriam expelidas para a periferia pelo efeito da forçacentrífuga. FIGURA 36 DISCO GIRANDO COM GOTAS DE LÍQUIDO Fc Fc Fc Fc Fc Fc N A bomba centrífuga utiliza este mesmo princípio para funcionar. Fazuso da força centrífuga, advindo daí o seu nome. Na bomba, esta energiaé cedida pelo impelidor, o qual orienta o fluxo do líquido pelos seus ca-nais formados pelas pás e discos. Para uma bomba centrífuga funcionar adequadamente, há necessidadede que sua carcaça esteja cheia de líquido. Temos de substituir o ar pre-existente em seu interior por líquido. Esta operação de encher a bomba échamada de escorva da bomba. Use a Figura 37 para acompanhar as explicações sobre o funcionamen-to da bomba centrífuga. FIGURA 37 ESQUEMA DE FUNCIONAMENTO DE UMA BOMBA CENTRÍFUGA 7 7 1. Tubulação de sucção 1 2 5 2. Flange de sucção 6 5 3. Olhal do impelidor 4 4. Entrada das pás 3 6 5. Saída do impelidor 8 3 4 6. Voluta (dupla) 7. Cone de saída da carcaça 6 8. Lingüeta 6 6 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 91
  • 87. O impelidor, ao girar, transmite uma determinada força centrífuga que acelera o líquido presente no seu interior (regiões 3, 4 e 5), fazendo com que este líquido caminhe para a área de saída do impelidor, sendo des-Pense e carregado na voluta (6). O líquido passa pela voluta e é orientado pelaAnote lingüeta (8) para o cone de saída da carcaça (7). Ao ser deslocado no in- terior do impelidor, ele cria uma região de menor pressão, que é preen- chida pelo líquido que está imediatamente antes, na região 2. Esta será preenchida pelo líquido que está em 1, e assim sucessivamente. O impe- lidor, ao girar, estabelece um fluxo contínuo de líquido da linha de sucção para a descarga. Se não tivéssemos escorvado a bomba, em vez de líquido, teríamos no seu interior ar ou gases e, nessa situação, o vazio criado pelo impelidor, ao girar, não seria suficiente para que o líquido presente na tubulação de sucção fluisse para o impelidor, inviabilizando assim o bombeamento do fluido. Na Figura 38, é mostrada a variação da pressão e da velocidade no in- terior da bomba centrífuga para uma determinada vazão. FIGURA 38 VARIAÇÃO DE PRESSÃO E VELOCIDADE 7 1 2 6 5 1. Tubulação de sucção 2. Flange de sucção 4 3. Olhal do impelidor 3 4. Entrada das pás 5. Saída do impelidor 6. Voluta (no caso dupla) 5 6 7. Cone de saída da carcaça 6 Velocidade Pressão Região PETROBRAS ABASTECIMENTO 92 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 88. Pense e Anote Devido ao atrito e aos choques nas paredes da tubulação e aos aciden-tes, tais como curvas, válvulas, reduções, filtros etc., a pressão vai caindoconforme o fluido se desloca pela linha de sucção da bomba (1). Na jun-ção do flange da tubulação com a sucção da bomba (2), podemos ter umapequena perda localizada devido à não-coincidência perfeita entre os diâ-metros internos dos flanges da tubulação e o da bomba, que normalmen-te é fundido. A pressão continua caindo lentamente até o olhal do impe-lidor (3). Logo após o olhal, região 4, temos uma redução da área de esco-amento devido ao cubo do impelidor, o que provoca um aumento develocidade de escoamento e, conseqüentemente, uma queda de pressão,conforme vimos quando falamos no Teorema de Bernouille (Parte 1). Nessaregião, o fluxo fica mais turbulento pela influência da vazão que retornapelo anel de desgaste dianteiro e pelos furos de balanceamento do impe-lidor. Pelos motivos expostos, a região 4, logo após o olhal e antes dechegar às pás do impelidor (o líquido ainda não recebeu energia dele), éque apresenta a pressão mais baixa no interior da bomba. FIGURA 39 VARIAÇÃO DA PRESSÃO E DA VELOCIDADE NO INTERIOR DA BOMBA 7 1 2 6 5 1. Tubulação de sucção 4 2. Flange de sucção 3 3. Olhal do impelidor 4. Entrada das pás 5. Saída do impelidor 5 6. Voluta (no caso dupla) 6 7. Cone de saída da carcaça 6 Velocidade Pressão Região PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 93
  • 89. A partir da região 4, o líquido começa a receber energia cedida pelas pás do impelidor, que acelera o líquido, aumentando sua velocidade (energia cinética). Esta energia vai sendo transformada parcialmente em energia dePense e pressão devido ao aumento da área entre as duas pás consecutivas (canalAnote de escoamento) à medida que o líquido vai avançando no impelidor. Ao sair do impelidor, o fluxo passa pela voluta. A área da voluta é crescente (ver Figura 37), mas o impelidor, ao girar, descarrega mais líquido de modo que o aumento de vazão é compensado pelo aumento da área, permane- cendo estável a velocidade de escoamento e a pressão (válido para a vazão de projeto da bomba). Por último, na saída da carcaça, região cônica 7, te- mos a transformação final da energia de velocidade em energia de pressão. Como geralmente o flange de descarga da bomba centrífuga é menor do que o flange de sucção, a velocidade na descarga é ligeiramente maior do que na sucção. Logo, nem toda a energia cedida ao líquido pela bom- ba é transformada em energia de pressão, permanecendo uma parcela como energia de velocidade. Como as velocidades de sucção e de descar- ga são relativamente baixas, a energia cedida sob a forma de velocidade é relativamente pequena em bombas centrífugas. De modo geral, a grande parcela de energia cedida é sob a forma de pressão. Somente nas bombas de baixo diferencial de pressão como, por exemplo, nas bombas axiais, a parcela de energia de velocidade pode ser significativa. Nas bombas centrífugas que utilizam difusor em vez de voluta, a trans- formação de velocidade em pressão ocorre no impelidor e no difusor. As áreas dos canais do difusor são crescentes. Logo, a velocidade de escoa- mento será reduzida e a energia será transformada em pressão. O difusor é mais empregado nas bombas de múltiplos estágios, sejam elas horizon- tais, sejam verticais. Nas bombas horizontais, o difusor costuma ser uma peça independente. Nas bombas verticais, geralmente ele faz parte da carcaça (ver Figura 35 – bomba verticalmente suspensa tipo VS1). FIGURA 40 DIFUSOR PETROBRAS ABASTECIMENTO 94 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 90. Pense e Anote Resumo O impelidor cede energia ao líquido sob a forma de velocidade. No próprio impelidor, parte dessa energia vai sendo transformada em energia de pressão. No cone de saída da carcaça, temos uma transformação final de energia de velocidade para pressão. Os difusores também transformam energia de velocidade em pressão.Aplicações típicasBomba centrífuga é um tipo de bomba bastante versátil, daí seu grandeemprego na indústria. Suporta desde serviços leves, como o bombeamen-to de água residencial, feito com bombas pequenas com 1/8hp, até bom-bas com consumo de potências bastante altas, que podem chegar a mi-lhares de hp. Este tipo de bomba é usado praticamente em todas as in-dústrias, caso das unidades de uma refinaria, na exploração de petróleo,no transporte de líquidos (oleodutos), nas indústrias químicas, no abaste-cimento de água das cidades, em irrigação de lavouras, em termoelétri-cas, na indústria de papel e celulose, nas aciarias e nas demais indústrias. Uma das grandes vantagens da bomba centrífuga é sua capacidade de variara vazão. As bombas pequenas podem operar de 10% a 120% da vazão deprojeto. Nas bombas maiores, essa faixa de vazão costuma ser mais reduzi-da, como veremos mais adiante. Em boa parte dos processos que necessi-tam um controle de vazão, é utilizada uma válvula de controle na linha dedescarga da bomba centrífuga. Conforme sua abertura seja aumentada ou re-duzida, a perda de carga será alterada, modificando, como conseqüência, avazão da bomba. Podemos usar também a rotação para variar a vazão. Existem bombas centrífugas projetadas para poucos m3/h de vazão, en-quanto outras são para milhares de m3/h. As bombas de baixa vazão costu-mam ter um rendimento inferior ao das bombas de vazão mais elevada. As pressões fornecidas por esse tipo de bomba podem ir de alguns kgf/cm2até centenas de kgf/cm2. Quando as pressões são muitos altas, as bombascentrífugas são projetadas com vários estágios (impelidores) em série. As bombas de processo utilizadas na indústria de petróleo seguem anorma API 610 (American Petroleum Institute). Atualmente, essa normaestá em fase de junção com a ISO (International Organization for Standar-dization) para formarem uma norma comum. Tanto na exploração, quanto na produção de petróleo, como no refinoe no transporte de produtos (oleodutos), a bomba centrífuga possui larga PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 95
  • 91. aplicação, abrangendo praticamente todas as áreas, sendo mais fácil citar as condições em que não são empregadas. Senão vejamos: A VAZÃO É MUITO PEQUENA Quando a vazão é inferior a 5m3/h, embora existam bombas menores.Pense e Anote QUANDO A VISCOSIDADE DO FLUIDO É ELEVADA A bomba centrífuga tem grande perda de rendimento nesta condição. NO BOMBEAMENTO DE ÓLEO LUBRIFICANTE DE GRANDES MÁQUINAS Embora algumas máquinas utilizem bombas centrífugas, nesse tipo de ser- viço, é mais freqüente o uso de bombas de parafusos ou de engrenagens. Nas demais aplicações, é usual a adoção de bombas centrífugas. Partes componentes e suas funções Vejamos as principais partes de uma bomba centrífuga e as funções que exercem, os danos que eventualmente apresentam e as recuperações empregadas para restabelecer a condição normal de funcionamento. FIGURA 41 CORTE DE UMA BOMBA CENTRÍFUGA TIPO EM BALANÇO – KSB Bucha de fundo/ Na lubrificação por névoa Carcaça com voluta Caixa de selagem não são necessários copo Dissipador de nivelador nem anel calor/defletor salpicador e, geralmente, o ventilador é dispensável Parafuso extrator Entrada para lubrificação por névoa Mancais Impelidor Sobreposta de ancora Mancal radial Câmara de selagem Selagem da caixa de mancais Anti-rotacional Anel de desgaste Selo Caixa de selagem Ventilador para Junta da carcaça/ refrigeração caixa de selagem Eixo Caixa de mancais Aletas para Anel salpicador resfriamento Copo do Mancal triplo para alta Dreno Luva do eixo nivelador de óleo pressão de sucção PETROBRAS ABASTECIMENTO 96 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 92. Pense e Anote ROTOR OU CONJUNTO ROTATIVOPela definição da norma API, rotor é o conjunto de todas as peças giran-tes, exceto os selos e rolamentos. O rotor é composto por eixo, impelidor,porcas de fixação, luvas do eixo e defletores. É prática comum chamar oimpelidor de rotor, inclusive alguns fabricantes de bombas utilizam inde-vidamente esse nome. IMPELIDORSua função é a de fornecer energia ao líquido sob a forma de pressão e develocidade. O impelidor raramente é recuperado, a não ser que seja degrande tamanho, sendo quase sempre substituído por um novo quandoestá desgastado. CARCAÇASua função principal é a de conter o líquido. No caso de carcaça em volu-ta, esta serve também para transformar energia de velocidade em pres-são na região do cone de saída. Não é usual necessitar reparos, a não sernas bombas utilizadas com líquidos abrasivos ou corrosivos e nas que tra-balham sob cavitação ou recirculação interna. Como, geralmente, não exis-tem em estoque carcaças reservas, quando se danificam, costumam serrecuperadas por soldagem com posterior usinagem ou esmerilhamento.Em alguns casos, podem ser recuperadas por meio de deposição de resi-nas especiais, como as do tipo epóxi. CAIXA DE SELAGEMTambém chamada de tampa da carcaça e de caixa de gaxetas. Juntamentecom a carcaça, envolve o impelidor contendo o líquido. É através desta peçaque o eixo sai para o exterior da bomba. Possui uma câmara que serve parainstalar a selagem da bomba. Sua recuperação é semelhante à da carcaça. EIXOSua função é a de transmitir o torque do acionador ao impelidor, o quallhe é fixado. Quando apresenta algum tipo de desgaste, é geralmente subs-tituído. PORCA DO IMPELIDORTem a função de fixar o impelidor no eixo. LUVA DO EIXOServe para proteger o eixo. Em vez de trocá-lo, que é uma peça cara, troca-se a luva, que é mais barata. Nos selos tipo cartucho, a luva permite queo selo seja todo montado externamente, antes de ser colocado na caixade selagem. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 97
  • 93. MANCAIS Sua função é a de sustentar o eixo gerando pouco atrito. A maioria das bombas utiliza mancais de rolamentos. Quando as condições operacio-Pense e nais (rotação e esforços) acarretam uma vida curta dos rolamentos, osAnote projetistas das bombas os substituem por mancais de deslizamento (me- tal patente). Nas bombas verticais, é comum a utilização de mancais gui- as para o eixo, que são usualmente fabricados de bronze ou outro material macio, como o carvão ou Teflon impregnado. CAIXA DE MANCAIS Sua função é a de sustentar os mancais e criar uma região propícia para sua lubrificação. Raramente se danificam. Caso a pista externa do rolamento venha a girar na caixa, ela pode ser recuperada por meio de embuchamen- to. Cuidados devem ser tomados para garantir as concentricidades entre as regiões dos rolamentos e da guia, que é a responsável pela centraliza- ção da caixa de selagem. As caixas de mancais das bombas antigas eram de ferro fundido. Como esse material é frágil, podendo quebrar no caso do trancamento de um rolamento, o que levaria a um vazamento pela selagem, a norma API passou a recomendar que as caixas de mancais se- jam fabricadas em aço-carbono quando o líquido bombeado for inflamá- vel ou perigoso. SELAGEM DA BOMBA Sua função é a de evitar que o líquido vaze para o exterior pela região onde o eixo sai da carcaça. As bombas antigas usavam tanto gaxetas como se- los mecânicos. Atualmente, devido às restrições de poluição ambiental, as gaxetas são utilizadas somente para produtos que não ocasionam pro- blemas ao meio ambiente, caso venham a vazar. As gaxetas estão sendo utilizadas praticamente para água. Mesmo assim, o selo mecânico vem ganhando terreno nestas aplicações. Recentemente, surgiram no merca- do gaxetas injetáveis, que estão sendo empregadas com sucesso. SOBREPOSTA No caso de selagem por gaxetas, recebe também o nome de preme-gaxetas. Nesse caso, é usual utilizarem uma bucha de bronze na região que pode vir a ter contato com o eixo. Na selagem por selo mecânico, serve de apoio para uma das sedes. Nesse caso, como são normalmente fabricadas de material nobre, quase sempre AISI 316, raramente necessitam de recuperação. SELAGEM DA CAIXA DE MANCAIS Sua função é a de evitar ou reduzir a entrada de sólidos (poeiras, catalisado- res etc.), líquidos (água e o próprio produto bombeado) e vapores no interior da caixa de mancais, além de impedir que o óleo lubrificante ou a graxa va- PETROBRAS ABASTECIMENTO 98 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 94. Pense e Anotezem para o exterior. As bombas mais antigas usavam retentores com lábiosde borracha ou labirintos. O retentor realizava sua função quando novo, mas,após alguns meses de funcionamento, os lábios endureciam, podiam surgirtrincas ou acabavam por riscar o eixo, perdendo sua capacidade de vedação.Por isso, a norma API 610 passou a recomendar o uso de selos mais sofisti-cados que permanecem aptos a realizar sua função por tempo mais prolon-gado. Existe uma grande variedade desses selos, alguns vedam por meio deanel “O” e labirintos, enquanto outros são semelhantes a um selo mecânico,com uma face fixa e outra giratória provendo a vedação principal. Esses selosusam molas ou magnetismo para manter as sedes em contato. DEFLETORÉ um disco, geralmente fixado ao eixo, colocado na frente da selagem dacaixa de mancais com a finalidade de evitar que jatos de líquidos ou va-pores atinjam diretamente a região de selagem, dificultando a entrada decorpos estranhos nas caixas de mancais. ANEL PESCADORSua função é carregar o óleo do reservatório para o eixo, fluindo daí parao mancal. O anel pescador é acionado pela rotação do eixo. ANEL SALPICADORÉ um anel fixado no eixo e que gira com ele, tendo por função salpicar oóleo lubrificante, lançando-o nas canaletas que levam aos rolamentos. ANÉIS DE DESGASTEPossuem diversas funções. A primeira é de ser uma peça de sacrifício, per-mitindo usar folgas menores entre o impelidor e a carcaça. Com folgas pe-quenas, o fluxo que passa da descarga para a sucção pode ser reduzido,aumentando a eficiência da bomba. Se não houvesse anéis de desgaste eocorresse um “roçamento” das peças, teríamos de substituir ou recuperar oimpelidor e/ou a carcaça, que são peças mais caras. Com o uso dos anéis,fica mais barato e rápido trocá-las. O seu diâmetro também serve para equi-librar os esforços axiais. Outra função dos anéis de desgaste é a de trabalharcomo mancal, aumentando a rigidez do rotor. Quando suas folgas aumen-tam, esta função fica prejudicada e temos o aumento de vibração da bom-ba. Esta situação é crítica nas bombas com dois estágios em balanço. BUCHA DE FUNDO DA CAIXA DE SELAGEMEsta bucha é que separa a câmara de selagem do interior da bomba. Nocaso de bombas que utilizam selo mecânico, sua folga é importante por-que vai ajudar a controlar a pressão e a vazão do líquido de refrigeraçãodo selo, evitando que ele venha a vaporizar. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 99
  • 95. BUCHA DA SOBREPOSTA Sua função é a de restringir o vazamento entre a luva e a sobreposta.Pense e ACOPLAMENTOAnote Sua função é a de transmitir o torque do acionador para a bomba, absor- vendo pequenos desalinhamentos entre os eixos, sem ocasionar aumen- tos consideráveis da vibração. VENTILADOR É empregado como um meio de refrigerar a caixa de mancais. A maioria das bombas utiliza em seu lugar uma câmara de resfriamento com água nesta função. As bombas dotadas de lubrificação por névoa, na maioria dos casos, dispensam o uso de refrigeração nos mancais. ANTI-ROTACIONAL Sua função é de orientar o líquido para o impelidor, evitando que ele en- tre girando. Impelidores Abaixo são mostradas as partes de um impelidor. FIGURA 42 PARTES DO IMPELIDOR Parede dianteira Parede traseira Região do anel de Região do anel de desgaste traseiro desgaste dianteiro Furo de balanceamento Olhal Cubo Pá Furo de balanceamento Os impelidores utilizados nas bombas centrífugas podem ser classifi- cados quanto: Ao projeto ou geometria do impelidor Existe um índice que correlaciona a rotação, a vazão e a Altura Manomé- trica Total (AMT) de um impelidor e que determina a sua geometria. Este índice é denominado de velocidade específica (Ns). PETROBRAS ABASTECIMENTO 100 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 96. Pense e Anote FIGURA 43 CLASSIFICAÇÃO DO IMPELIDOR QUANTO AO PROJETO – VELOCIDADE ESPECÍFICA Velocidade específica – Ns (unidades métricas – rpm, m3/s, m) (unidades inglesas – rpm, gpm, ft) D2 D1 Eixo de Pás radiais Tipo Francis Fluxo misto Axial rotação D2 D2 D2 D2 >4 = 1,5 a 2 < 1,5 =1 D1 D1 D1 D1 Sistema Inglês Métrico 1 Métrico 2 N Q Ns = N – Rotação rpm rpm rpm 0,75 AMT Q – Vazão gpm m3/s m3/h AMT ft m m Sabendo-se a velocidade específica, identificamos o formato do impelidor. No cálculo da velocidade específica, existem algumas considerações: A AMT e a vazão são as correspondentes ao impelidor de maior diâme- tro que a bomba comporta e no ponto de máxima eficiência (BEP). A altura manométrica considerada é por estágio. No caso de bombas de vários estágios, se todos os impelidores forem do mesmo diâme- tro, basta dividir a AMT da bomba pelo número de estágios. Para bombas de dupla sucção, a vazão deve ser dividida por dois. Teoricamente, pela fórmula, a velocidade específica é um número adi-mensional (sem unidades). Por conveniência, são empregadas unidadesusuais que não se cancelam matematicamente (por análise dimensional),daí ser necessário saber as que foram utilizadas no seu cálculo de modo apermitir sua interpretação. Como a literatura disponível sobre bombas épredominantemente americana, ainda é comum a velocidade específicaser expressa no sistema inglês de unidades. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 101
  • 97. Para converter a velocidade específica, Ns: TABELA 22 CONVERSÃO DE VELOCIDADE ESPECÍFICA De: ↓ Para → rpm, gpm, ft rpm, m3/s, m rpm, m3/h, mPense e Anote rpm, gpm, ft ➜ 1 0,019 1,16 rpm, m 3/s, m ➜ 51,65 1 60 3 rpm, m /h, m ➜ 0,86 0,0167 1 Por exemplo, para saber o equivalente de um Ns =100, calculado com rpm, m3/s e m, basta multiplicar por 60 para passar para Ns expresso em rpm, m3/h e m. PROBLEMA 1 Determinar o tipo de impelidor de uma bomba de um estágio que gira a 1.750rpm com impelidor de dupla sucção cujo diâmetro máximo é de 500mm e fornece uma vazão 900m3/h e AMT = 150m no BEP – Ponto de Máxima Eficiência. Dados: N = 1.750rpm Q = 900m3/h (dupla sucção) AMT = 150m A unidade de vazão utilizada na Figura 43 é em m3/s. Portanto, tere- mos de fazer a conversão. Como o impelidor é de dupla sucção, teremos de dividir a vazão por 2 para o cálculo da velocidade específica e por 3.600 para transformá-la de m3/h para m3/s: Q 900 m3 450m3 1h m3 Q’ = = = = = = 0,125 2 2 h h 3.600s 5 Cálculo da velocidade específica: N Q 1.750 0,125 1.750 x 0,354 Ns = = = = Ns = 14,4 0,75 0,75 AMT 150 42,86 Pela Figura 43, com NS = 14,4 em unidades métricas, vemos que o impelidor é do tipo radial. Como é de dupla sucção, seria equivalente a 2 impelidores, um contra o outro. À inclinação das pás Retas Para frente Para trás PETROBRAS ABASTECIMENTO 102 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 98. Pense e Anote FIGURA 44 CLASSIFICAÇÃO DOS IMPELIDORES QUANTO À INCLINAÇÃO DAS PÁS Pás retas Pás para frente Pás para trás Embora seja viável a operação com o impelidor de pás para frente, asbombas centrífugas não o utilizam por gerarem curvas instáveis. A maio-ria dos impelidores de bombas centrífugas é projetada com pás para trás.As bombas de alta rotação costumam utilizar impelidores de pás retas.Nos ventiladores, as pás para frente são usadas com alguma freqüência.Ao tipo de construção do impelidor Fechado Semifechado ou semi-aberto Parcialmente fechado Aberto Os impelidores abertos e semi-abertos são empregados quando o líquidobombeado pode conter sólidos, que teriam dificuldade em passar pelos ca-nais de um impelidor fechado. Na indústria de petróleo, não é muito comumesta situação, excetuando-se o caso de parafinas ou de bombas de esgota-mentos. Por isso, os impelidores são predominantemente do tipo fechado. FIGURA 45 CLASSIFICAÇÃO DOS IMPELIDORES QUANTO AO TIPO DE CONSTRUÇÃO Aberto com Semi-aberto ou Fechado Abertos parede parcial semi-fechado PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 103
  • 99. Quanto ao tipo de sucção • Simples • Dupla sucçãoPense e FIGURA 46Anote CLASSIFICAÇÃO DOS IMPELIDORES QUANTO À SUCÇÃO Simples sucção Dupla sucção Resumo A velocidade específica, Ns, caracteriza o formato do impelidor. Os valores mais baixos de Ns correspondem ao impelidores radiais, e os mais altos, aos axiais, ficando os de fluxo misto com os valores intermediários. Os impelidores podem ser classificados pelo sentido das pás, pela construção e quanto ao tipo de sucção. Carcaças As carcaças das bombas centrífugas podem ser classificadas sob diversas formas. Quanto aos tipos: Voluta Dupla voluta Difusor Concêntrica ou circular Mista (raramente utilizada) PETROBRAS ABASTECIMENTO 104 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 100. Pense e Anote FIGURA 47 TIPOS DE CARCAÇAS Simples voluta Dupla voluta Difusor Concêntrica A carcaça em voluta, que pode ser simples ou dupla, é a mais usadaem bombas industriais. Devido à dificuldade de fundição, nas bombasmenores, de até 4" na descarga, as carcaças são normalmente de simplesvoluta. Somente as bombas de 6" e maiores são projetadas com dupla vo-luta. Comparando com a de simples voluta, a carcaça de dupla voluta re-duz significativamente o esforço radial. A carcaça com difusor é mais empregada em bombas de multi-estágios.É também bastante usada em bombas verticais. Este tipo de carcaça pro-porciona uma baixa carga radial. A carcaça concêntrica ou circular é utilizada apenas em bombas peque-nas. Alguns fabricantes, nas bombas menores, usam a carcaça circular edeslocam o impelidor, obtendo assim um esforço radial menor do quecom voluta simples quando trabalha fora do ponto de projeto. A carcaça mista é composta de pás difusoras e voluta em série. Rara-mente é utilizada. As carcaças também podem ser classificadas quanto ao tipo da partição: Partida horizontalmente ou axialmente. Partida verticalmente ou radialmente. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 105
  • 101. FIGURA 48 BOMBA COM CARCAÇA PARTIDA AXIALMENTE (BB1)Pense e E VERTICALMENTE (TIPO BARRIL – BB5)Anote BB5 BB1 FIGURA 49 BOMBAS COM CARCAÇAS PARTIDAS VERTICALMENTE (BB2) – COM INDUTOR DE NPSH E DE MULTISSEGMENTOS (BB4) BB2 Partida verticalmente Introdutor de NPSH BB4 Carcaça Impelidor Difusor PETROBRAS ABASTECIMENTO 106 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 102. Pense e Anote As carcaças podem ser simples (exemplos: OH1; BB1; VS2) ou duplas(exemplos: BB5, VS5, VS6) (ver Figura 35). Resumo As carcaças podem ser do tipo de simples voluta, dupla voluta, difusor, concêntrica e mista. Podem ser partidas axialmente ou radialmente.Altura manométrica total (AMT),carga ou headA Altura Manométrica Total (AMT) é também conhecida pelos nomes de cargada bomba, head (em inglês), ou ainda MCL (Metros de Coluna de Líquido). A definição clássica de AMT é a energia cedida pela bomba por unidadede massa do líquido bombeado. Mas usualmente é usada como energiacedida por unidade de peso. Por esta definição, a AMT é representada poruma unidade de comprimento, em geral metros no nosso sistema de uni-dades, ou pés (ft) no sistema inglês. Energia Força x distância kg/f x m AMT = = = =m Peso Peso kg/f Por simplificação, passaremos a usar apenas “energia” por unidade depeso do “líquido bombeado” para a AMT. Podemos entender a AMT como a energia fornecida pela bomba expressasob a forma de altura de coluna de líquido, daí receber também o nomede metros de coluna de líquido. Para cada vazão, a bomba centrífuga for-nece uma AMT. Na seleção de bombas centrífugas é mais comum usar AMT do que apressão, isto porque a AMT é fixa, independe do líquido bombeado, enquantoa pressão irá variar de acordo com o líquido. Nas bombas de deslocamentopositivo não se usa AMT e sim a pressão, que é dada pelo sistema. Como a AMT é a energia cedida por uma bomba para uma determina-da vazão, podemos calculá-la pela diferença de energias existentes entre adescarga e a sucção da bomba. Altura Altura Altura manométrica = manométrica – manométrica total da descarga da sucção PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 107
  • 103. Se medirmos a AMT fornecida por uma bomba centrífuga para algumas vazões diferentes (5 é um bom número) e plotarmos estes pontos em um gráfico e os unirmos com uma linha, obteremos o gráfico de AMT x vazão desta bomba. O aspecto seria semelhante ao mostrado na Figura 50, que pertence a uma bomba centrífuga radial. Se alterarmos o diâmetro do im-Pense e Anote pelidor ou a rotação, a curva se modificará. Por isso, é usual registrar no gráfico esses valores. FIGURA 50 CURVA CARACTERÍSTICA DE AMT X VAZÃO AMT x vazão AMT ou H – metros Vazão – m 3/h Modelo 3 x 2 x 8 Dia = 200mm 3.550rpm Se a mesma bomba puder usar diversos modelos de impelidores, eles também deverão ser identificados no gráfico. Alguns fabricantes identificam o tamanho da bomba pelas dimensões do flange de sucção, flange de descarga e o tamanho máximo do impelidor. Esses valores podem ser expressos em polegadas ou em milímetros, como, por exemplo: 3x2x8, ou o equivalente 75x50x200. Normalmente, esse conjunto de números vem precedido do modelo da bomba: XYZ 3x2x8. Uma bomba em boas condições de conservação trabalhará com o ponto de operação sempre sobre essa curva, descontando, logicamente, pequenos desvios devido à imprecisão nas medições e às decorrentes da variação nas partes fundidas (impelidor e a carcaça) que ocorrem de uma peça para outra. PETROBRAS ABASTECIMENTO 108 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 104. Pense e Anote A energia por unidade de peso de um líquido escoando (ou altura ma-nométrica) em um determinado ponto da tubulação é composta pela somada energia de três parcelas: da energia de pressão, da energia cinética (oude velocidade) e da energia potencial (de altura) em relação a um plano ho-rizontal. A expressão dessas energias, em metros, é dada por:ENERGIA DE VELOCIDADE – EV V2 EV =V– Velocidade de escoamento (m/s) 2gg – Aceleração da gravidade 9,81m/s2 (no nível do mar)ENERGIA DE PRESSÃO – EP 10P Ep =P – Pressão em kgf/cm2 – Peso específico do líquido em gf/cm3 (igual à densidade)ENERGIA POTENCIAL – EPOTAltura do líquido em relação a um plano horizontal de refe- Epot = hrência (hd e hs), em metros.ENERGIA TOTAL = EV + EP + EPOT FIGURA 51 LEVANTAMENTO DA AMT FI Medidor de vazão Pd Ps Vd hd hs L.C. Vs A AMT é sempre calculada nos flanges da bomba e é usual adotar comoplano horizontal de referência o que passa pela linha de centro do impelidorpara bombas horizontais e, para bombas verticais, o usual é a linha que passapelos centros dos flanges. Por esse motivo, as pressões devem ser corrigidaspara a linha de centro através da adição das cotas hs e hd. Caso os manôme-tros estejam abaixo da L.C., os valores devem ser subtraídos. Na realidade, oplano de referência poderia ser qualquer um, pois não alteraria o resultadoporque estaríamos alterando igualmente a altura de sucção e de descarga. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 109
  • 105. Usando as unidades apropriadas, podemos expressar as alturas mano- métricas como: Altura manométrica de sucçãoPense eAnote EQUAÇÃO 1 10 x PS VS2 AMS (m) = + +h 2g s Altura manométrica de descarga EQUAÇÃO 2 10 x PD VD2 AMD (m) = + + hd 2g A energia cedida pela bomba (AMT) para a vazão em questão será igual à diferença entre as energias na descarga e na sucção. EQUAÇÃO 3 10 x (Pd – Ps) Vd2 – VS2 AMT = AMD – AMS = + + (hd – hs) 2g AMT – Altura manométrica total em metros AMD – Altura manométrica (energia) na descarga AMS – Altura manométrica (energia) na sucção Ps – Pressão de sucção no flange da bomba em kgf/cm2 Pd – Pressão de descarga no flange da bomba em kgf/cm2 Vs – Velocidade média de escoamento na linha de sucção em m/s Vd – Velocidade média de escoamento na linha de descarga em m/s – Peso específico do líquido bombeado em gf/cm3 (numericamente igual à densidade) g – Aceleração da gravidade local em m/s2. Ao nível do mar g = 9,8m/s2 hs – Altura do manômetro de sucção em relação a um plano de referência em metros hd – Altura do manômetro de descarga em relação a um plano de referência em metros PETROBRAS ABASTECIMENTO 110 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 106. Pense e Anote 1. As velocidades devem ser calculadas na mesma seção da tubulação em que foi medida a pressão (ver Obs. 3). 2. Os valores de hs ou hd, altura dos manômetros, devem ter seus sinais invertidos nas fórmulas se estiverem abaixo da linha de centro da bomba. 3. Embora falemos em energia nos flanges da bomba para definir a AMT, as pressões e as velocidades são usualmente medidas um pouco antes do flange de sucção e um pouco depois do flange de descarga da bomba. As perdas de carga entre esses pontos de medição e os flanges da bomba são consideradas desprezíveis. Lembramos que manômetros muito próximos a acidentes de tubulação, tais como curvas, válvulas, ou a própria bomba, tendem a fornecer leituras falsas devido ao turbilhonamento provocado no líquido. O ideal é que os manômetros estejam afastados pelo menos 5 diâmetros dos acidentes da tubulação. 4. Os termos hd e hs são correspondentes à correção da pressão para a linha de centro da bomba. As velocidades usuais de escoamento na sucção e na descarga das bom-bas costumam ser inferiores a 3m/s. Estas velocidades podem ser facil-mente obtidas, dividindo-se a vazão pela área interna da respectiva tubu-lação. Os valores dessas áreas estão listados na Tabela 18. EQUAÇÃO 4 Q 2,78 x Q 3,54 x Q 2,78 x Q 3,54 x Q V= Vs = = Vd = = A As Ds Ad Dd Vs – Velocidade média de escoamento na sucção em m/s Vd – Velocidade média de escoamento na descarga em m/s Q – Vazão em m3/h As – Área interna da tubulação de sucção em cm2 Ad – Área interna da tubulação de descarga em cm2 Ds – Diâmetro interno da linha de sucção em cm Dd – Diâmetro interno da linha de descarga em cm 2,78 e 3,54 – Fatores para compatibilizar as unidades empregadas Quando queremos obter um valor de AMT com precisão, usamos afórmula da equação 3. Nos casos em que a diferença entre a pressão dedescarga e a de sucção ultrapassa os 3kg/cm2, as parcelas de energia de PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 111
  • 107. velocidade e as referentes à diferença das cotas hs e hd, geralmente da or- dem de 0,30 ou 0,40m, ficam pequenas em relação à parcela da energia de pressão. Portanto, numa primeira aproximação, elas podem ser desconsi-Pense e deradas para efeito de avaliação rápida de campo, ficando a AMT como:Anote EQUAÇÃO 5 EQUAÇÃO 10 X (Pd – Ps) AMT = Pd e Ps – kgf/cm2 – gf/cm3 (ou densidade) AMT – m Para levantar a AMT, de acordo com a equação simplificada 5, só é necessário saber o peso específico (ou a densidade) do líquido que está sendo bombeado e dispormos de dois manômetros confiáveis, um na suc- ção (Ps) e outro na descarga da bomba (Pd). A curva da Figura 50 mostra que, para cada vazão, temos uma AMT cor- respondente e, à medida que a vazão vai aumentando, a AMT vai sendo re- duzida. Essa curva é típica de uma bomba centrífuga radial ou tipo Francis. De posse dessa curva, calculando a AMT, podemos estimar a vazão, ou o inverso: sabendo a vazão, podemos obter a AMT. Se, no sistema em que a bomba estiver instalada, tivermos um instru- mento que indique a vazão, calculando a AMT, podemos avaliar se a bom- ba está em bom estado, ou seja, com o desempenho em conformidade com a curva original. Caso não esteja, se as medições efetuadas forem con- fiáveis, é provável que a bomba esteja desgastada. Perda de carga são as perdas de energia (pressão) que ocorrem devi- do aos atritos, mudanças de direção e choques que acontecem quando um líquido escoa numa tubulação. Essas perdas crescem quando aumen- tamos a velocidade de escoamento, ou seja, quando aumentamos a va- zão para um mesmo diâmetro de linha. Se, num trecho de linha hori- zontal, para uma determinada vazão, temos em seu início uma pressão de 8kgf/cm2 e no final uma pressão de 7kgf/cm2, dizemos que a perda de carga no trecho foi de 1kgf/cm2, ou, o que é equivalente, de 10m de coluna de água. A perda de carga irá variar com a vazão. Quanto maior a vazão, maior a perda. A AMT pode ser considerada como uma coluna de líquido que a bom- ba fornece para a vazão em questão. Daí a AMT ser também chamada de MCL (Metros de Coluna de Líquido). A bomba, cuja curva está representa- da na Figura 50, na vazão de 70m3/h, forneceria uma coluna de 86 metros PETROBRAS ABASTECIMENTO 112 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 108. Pense e Anotedo líquido bombeado. Essa coluna de líquido é somada à coluna já exis-tente na sucção, que pode ser positiva, nula ou negativa (bombas traba-lhando com a sucção sob vácuo). FIGURA 52 AMT IGUAL A H, DESPREZANDO PERDAS H Reservatório 2 Bomba Reservatório 1 H Reservatório 2 Reservatório 1 Bomba Na Figura 52, se desprezarmos as perdas de carga na tubulação, a dife-rença de altura H entre os níveis dos dois reservatórios seria equivalenteà AMT fornecida pela bomba. À medida que elevássemos o reservatório 2(aumentando o H ou a AMT), a vazão da bomba seria reduzida. Existe umaaltura, a partir da qual a bomba não mais conseguirá bombear, passandosua vazão a ser nula. Na Figura 50, o ponto de vazão nula mostrado corresponde a uma AMTde 90m. Esse valor é conhecido como AMT de vazão nula, ou, em inglês,como shutoff da bomba. Quando fechamos completamente a válvula dedescarga de uma bomba centrífuga, estamos nessa condição. Notar que não definimos qual era o líquido quando falamos da curvaAMT x vazão. Essa curva é válida para qualquer fluido (líquido ou gás), sejaele água, GLP, gasolina ou ar. A bomba representada pela curva da Figura PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 113
  • 109. 50, trabalhando com qualquer dos fluidos citados, para uma vazão de 90m3/h, forneceria 80 metros de AMT ou de MCL. Essa curva caracteriza a bomba, daí seu nome de curva característica. A exceção de seguir esta curva fica por conta dos líquidos com viscosidade alta que, por terem um atrito muito elevado, necessitam de fatores de correções, os quaisPense e Anote modificam a curva. A altura da coluna de líquido que a bomba fornece é igual para os flui- dos citados, mas esta coluna representa uma pressão diferente para cada um deles em função da modificação do peso específico (ou densidade). FIGURA 53 AMT DE 80M FORNECIDA PELA BOMBA PARA A VAZÃO DE 90M3/H xH P= 10 P – kgf/cm2 H = 80m g – gf/cm3 H–m PI PI PI PI Fluido Água fria GLP Gasolina Ar AMT ou H – m 80 80 80 80 Peso espec. – gf/cm/3 1 0,5 0,75 0,0013 Pressão P – kgf/cm 2 1 x 80 0,5 x 80 0,75 x 80 0,0013 x 80 P= = 8,0 P= = 4,0 P= = 6,0 P= = 0,01 xH 10 10 10 10 P= 10 A bomba da curva da Figura 50, com 90m3/h de vazão, teria AMT = 80m, que seria igual para os quatro fluidos: água, GLP, gasolina e ar. Desprezan- do a variação de velocidade entre a sucção e a descarga, ou seja, conside- rando toda a energia cedida sendo transformada em pressão, teríamos os valores mostrados na Figura 53. Como cada fluido possui um peso específico diferente, a coluna de líqui- do de 80m fornecida pela bomba corresponderá a um acréscimo de pres- são diferente para cada um deles. No caso de estar bombeando água na vazão acima, o acréscimo de pressão seria de 8kgf/cm2. Bombeando GLP, daria 4,0kgf/cm2, e com gasolina daria 6,0kgf/cm2 de acréscimo. Se estivéssemos bombeando ar, daria apenas 0,01kgf/cm2, valor esse que seria tão baixo que nem seria notado no manômetro normal de uma bomba. PETROBRAS ABASTECIMENTO 114 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 110. Pense e Anote Quanto maior o desgaste da bomba, mais a curva de AMT x vazão ficaafastada da curva prevista. Assim, se o sistema tiver um medidor de va-zão e com o uso de manômetros aferidos, um na sucção e outro na des-carga, podemos fazer uma avaliação do seu estado. Não há necessidadede levantar toda a curva, basta um ponto. Quando não temos instrumen-to para indicar a vazão, ou ele não é confiável, é usual medir a pressão nacondição de vazão nula (shutoff), ou seja, com a válvula de descarga fe-chada. Nesse tipo de teste, temos de tomar cuidado para evitar que o lí-quido no interior da bomba venha a aquecer e acabe vaporizando. Por-tanto, esse teste deve ser bem rápido. No caso de produtos com condi-ções próximas da vaporização, não é aconselhável esse tipo de teste. FIGURA 54 PERDA DE AMT DEVIDO AO DESGASTE INTERNO DA BOMBA AMT x vazão AMT ou H – metros Em boas condições Com desgaste Vazão – m 3 /h Modelo 3 x 2 x 8 Dia = 200mm 3.550rpm PROBLEMA 2Uma bomba centrífuga, cuja curva característica de AMT está representadana Figura 50, bombeando gasolina ( = 0,75gf/cm3) com a vazão de 70m3/h,apresenta na sucção a pressão de 1,4kg/cm2 e na descarga, 7,8kgf/cm2.Avaliar se a bomba está em bom estado.Calculando a AMT pela equação 5, temos: EQUAÇÃO 5 10 . (Pd – Ps) 10 . 7,8 – 1,4 AMT = = = 85,3m 0,75 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 115
  • 111. Pela Figura 50, entrando com a vazão de 70m3/h, encontramos 86m para AMT, valor bem próximo dos 85,3m verificados. Logo, a bomba pode ser considerada em bom estado.Pense eAnote PROBLEMA 3 Estimar a vazão de uma bomba cuja curva característica de AMT está repre- sentada na Figura 50. Considerar que ela se encontra em bom estado e bom- beando um líquido com as pressões de 2,5kgf/cm2 na sucção e de 8,9kgf/cm2 na descarga. A densidade do líquido é de 0,8 e sua viscosidade é baixa. Sabemos que a densidade é igual ao peso específico quando expresso em gf/cm3 ( = 0,8 gf/cm3). Cálculo da AMT fornecida pela bomba: EQUAÇÃO 5 10 X (Pd – Ps) 10 X (8,9 – 2,5) AMT = = = 80m 0,8 Entrando na curva da Figura 50 com a AMT = 80m, obtemos a vazão Q = 90m3/h. A bomba em bom estado, nas condições dadas no problema, teria uma vazão de 90m3/h. Se estivesse desgastada, a vazão ficaria dependente das folgas dos anéis de desgaste, do estado do impelidor e da carcaça. Com o desgaste equivalente ao mostrado na Figura 54, para esta mesma AMT de 80m, a vazão seria reduzida de 90m3/h para 78m3/h. Resumo Altura manométrica total (AMT) ou head ou carga ou metros de coluna de líquido (MCL) é a energia cedida pela bomba por unidade de peso. É expressa em metros ou pés. Para cada vazão, a bomba cede uma AMT, independente do líquido que esteja sendo bombeado. Com a mudança de líquido, a pressão de descarga é que irá variar. PETROBRAS ABASTECIMENTO 116 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 112. Pense e Anote Podemos calcular a AMT, de forma simplificada, pela fórmula: 10 X (Pd – Ps) AMT = AMT em metros Pd e Ps – Pressão de descarga e de sucção em kgf/cm2 – Peso específico em gf/cm3 ou densidade Uma bomba em boas condições terá seu ponto de trabalho sobre suacurva de AMT x vazão. Portanto, a AMT é um excelente método para ava-liar se uma bomba está desgastada.Cavitação, NPSH disponívele NPSH requeridoQuando a vaporização do líquido no interior da bomba atinge uma certaintensidade, ocorre um forte ruído, como se ela estivesse bombeandopedras. A vibração da bomba fica elevada e os ponteiros dos manômetrosde sucção e de descarga oscilam. A pressão de descarga e a vazão ficamprejudicadas. Os impelidores podem sofrer danos. Nos casos mais seve-ros, a bomba pode perder a escorva e deixar de bombear. Esse tipo de problema quase sempre é diagnosticado como cavitaçãoclássica da bomba, o que nem sempre é verdade. Como veremos, essesmesmos sintomas também podem ser decorrentes da recirculação inter-na ou da entrada de gases no líquido, cujos sintomas são bastante seme-lhantes. Entretanto, as soluções desses problemas são bem distintas. Quando a pressão de um líquido numa dada temperatura atinge a suapressão de vapor, tem início a vaporização. Na Figura 55, temos um grá-fico representando a pressão de vapor da água em função da temperatu-ra. Os pontos situados acima da linha de equilíbrio, parte branca, estãona fase líquida e os abaixo, parte cinza, estão na fase vapor. Sobre a linha,temos as duas fases, líquido e vapor, convivendo em equilíbrio. Um líqui-do pode atingir a pressão de vapor mantendo-se a temperatura constantee reduzindo-se a pressão (1– 2). Podemos também manter a pressão cons-tante e aumentar apenas a temperatura (1– 4), ou alterar a pressão e atemperatura simultaneamente (1– 3 ou 1– 5). A vaporização tambémpode ocorrer com a redução da temperatura, como mostrado em (1– 6). Numa bomba centrífuga até a entrada das pás do impelidor, o líquido aindanão recebeu energia, logo, ainda não aqueceu. Se vaporizar nessa região, seránuma temperatura próxima da de sucção da bomba; portanto, deve ser peloprocesso 1– 2 da Figura 55, em que só a queda de pressão contribui. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 117
  • 113. FIGURA 55 CURVA DE PRESSÃO DE VAPOR D’ÁGUAPense eAnote Pressão de Pressão de vapor d’água vapor – kgf/cm 2 A Líquido Linha de equilíbrio Vapor FI Temperatura ( o C) A pressão de vapor de um líquido é sempre expressa em valores de pres- são absoluta: por exemplo, kgf/cm2A, barA, psia etc. Para sabermos se um líquido está na eminência de vaporizar, temos de comparar a pressão de vapor com a pressão absoluta do líquido e não com sua pressão manomé- trica. A pressão absoluta é obtida somando-se a pressão indicada pelo ma- nômetro (pressão relativa ou manométrica) à pressão atmosférica local. Pabs = Pman + Patm local Na Figura 38, vimos que existe uma perda de carga (queda de pressão) entre o flange da bomba e a entrada das pás do impelidor. Imediatamen- te antes das pás, temos a região de menor pressão. Então, caso ocorra vaporização por problema de pressão no interior da bomba, este é um dos locais mais prováveis. Para cada vazão, a bomba irá requerer uma energia mínima por unida- de de peso do líquido bombeado no flange de sucção (pressão e velocida- de) para evitar que a pressão interna do líquido caia abaixo da pressão de vapor, provocando a vaporização no seu interior. Essa energia no flange de sucção recebe o nome de NPSH requerido pela bomba. Os fabricantes, por meio de cálculos e de testes de bancada, fornecem a curva do NPSH requerido versus vazão, cujo formato é mostrado na Figura 56. O NPSH requerido é sempre determinado para água fria, expresso em metros de coluna d’água, e crescente com a vazão. Cabe notar que sua curva não se estende até a vazão nula, parando antes. Abaixo dessa vazão, passa PETROBRAS ABASTECIMENTO 118 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 114. Pense e Anotea predominar um outro fenômeno, chamado de recirculação interna, queserá visto mais adiante. Portanto, não podemos extrapolar o valor do NPSHpara vazões inferiores à fornecida pela curva do fabricante (Q1). Na reali-dade, nessa região, os valores de NPSH requeridos aumentam significati-vamente. Esses valores não são plotados pelos fabricantes por serem in-fluenciados pelo sistema. FIGURA 56 CURVA DE NPSH REQUERIDO PELA BOMBA NPSH disp NPSH disp Curva do fabricante Curva real Q1 Vazão Q1 Vazão O sistema no qual a bomba se encontra instalada irá disponibilizar paracada vazão uma energia no flange de sucção da bomba. Essa energia sob aforma de energia absoluta (com pressão absoluta e velocidade), disponi-bilizada no flange de sucção da bomba, acima da pressão de vapor, é de-nominada NPSH disponível. É sempre expresso em metros ou em pés decoluna de líquido bombeado. NPSH vem de Net Positive Suction Head, que significa o valor da altura manométrica de sucção positiva líquida. O termo “net = líquida” corresponde à diferença entre a energia disponível e a da pressão de vapor. O termo “positiva” indica que essa diferença tem de ser positiva, senão o líquido vaporizará. O termo “líquida” é o mesmo que usamos para cargas quando falamos em peso bruto e peso líquido. O NPSH é equivalente a uma AMT head ou carga. O NPSH disponível é função apenas do sistema no qual a bomba seencontra instalada. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 119
  • 115. Por definição, o NPSH é calculado no flange de sucção da bomba com referência a um plano horizontal. No caso das bombas horizontais, o pla- no é o que passa pela linha de centro do impelidor. Nas bombas in-line e nas verticais, o plano é na linha de centro do flange de sucção. O NPSH disponível pode ser calculado pela fórmula:Pense e Anote EQUAÇÃO 6 10 x (Ps + Patm – Pvap) V S2 NPSH disp = + + hs 2g com EQUAÇÃO 4 2,78 x Q 3,54 x Q Vs = = A Ds Ps – Pressão manométrica no flange de sucção da bomba em kgf/cm2 Patm – Pressão atmosférica local em kgf/cm2 Pvap – Pressão de vapor do líquido em kgf/cm2A – Peso específico do líquido em gf/cm3 (numericamente igual à densidade) Vs – Velocidade de escoamento do líquido em m/s Q – Vazão da bomba em m3/h A – Área da seção interna da tubulação em cm2 hs – Correção da altura do manômetro em m Ds – Diâmetro interno da linha de sucção em cm Devido à dificuldade de medir a pressão no flange de sucção, em geral, ela é medida um pouco antes. A velocidade de escoamento deve ser calculada no mesmo ponto de medida de pressão. Considera-se que a perda de carga entre este ponto e o flange é desprezível. PETROBRAS ABASTECIMENTO 120 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 116. Pense e Anote FIGURA 57 CÁLCULO DO NPSH DISPONÍVEL Ps hs Linha de centro Vs A equação 6 de cálculo do NPSH disponível é composta por três parce-las de energia:Energia de pressão na sucção acima da pressão de vapor 10 x (Ps + Patm – Pvap)Energia de velocidade na sucção VS2 2ghs – É simplesmente uma correção da pressão de sucção, como se ela esti- vesse sendo medida na linha de centro que passa pelo impelidor (para bomba horizontal). Para uma mesma instalação, pela equação do NPSH disponível, equa-ção 6, vemos que, ao variar a vazão, apenas dois itens serão alterados, apressão de sucção e a velocidade de sucção. Os demais permanecem cons-tantes. Quando aumentamos a vazão, aumentamos a velocidade de esco-amento Vs na linha de sucção. O aumento da velocidade eleva a perda decarga entre o vaso de sucção e a bomba, reduzindo a pressão de sucçãoPs. A perda de energia com a redução de Ps é maior do que o ganho comVs. Portanto, o NPSH disponível cai com o aumento da vazão. Se colocar-mos num gráfico os valores do NPSH disponível versus a vazão da bomba,teremos uma curva semelhante à mostrada na Figura 58. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 121
  • 117. FIGURA 58 CURVA DE NPSH DISPONIBILIZADO PELO SISTEMAPense eAnote NPSH disp Perdas Q1 Vazão Ps hs Ps + Patm – Pvap V S2 NPSH disp = + + hs 2g Para uma bomba funcionar sem vaporizar o produto internamente, de- vemos ter sempre o NPSH disponível maior do que o NPSH requerido, para a vazão desejada. Quando ocorre a vaporização, temos como conseqüên- cia a cavitação. Podemos saber a vazão máxima para trabalhar sem cavitar se plotar- mos as curvas do NPSH requerido x vazão (Figura 56) e a de NPSH dispo- nível x vazão (Figura 58) num mesmo gráfico (ver Figura 62). Para melhor compreender o que vem a ser o NPSH, vamos examinar como se comporta a pressão no interior de uma bomba centrífuga. Para tal utilizaremos a Figura 38. Vamos tornar a representar estas pressões no interior da bomba usan- do pressões absolutas (pressão manométrica + pressão atmosférica local) para que possamos comparar com a pressão de vapor, também mostrada no gráfico, que sempre é expressa desta forma. Todas as pressões desta figura estarão sob a forma de coluna de líquido. Se a pressão interna da bomba for sempre superior à pressão de vapor do líquido bombeado na temperatura de bombeamento, não teremos vapori- zação (Figura 58A – lado esquerdo). Ao contrário, se, em algum ponto do interior da bomba, tivermos uma pressão inferior à pressão de vapor, tere- mos a vaporização, que resultará na cavitação (Figura 58A – lado direito). PETROBRAS ABASTECIMENTO 122 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 118. Pense e Anote FIGURA 58A BOMBA OPERANDO SEM E COM VAPORIZAÇÃO 7 1. Tubulação de sucção 1 2 2. Flange de sucção 3 3. Olhal do impelidor 5 4. Entrada das pás 4 5. Saída do impelidor 6. Voluta 7. Cone de saída 6 Bomba sem cavitaçãoPressãoabsoluta Pdescem coluna absde líquido Pabs Pvap Regiões Bomba com cavitaçãoPressãoabsoluta Pressão Pdescem coluna absoluta absde líquido Pabs Pvap a b Regiões PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 123
  • 119. Como já havíamos chamado a atenção, a região de menor pressão é a imediatamente antes das pás do impelidor, região 4. No ponto “a” (Figura 58A – lado direito) a pressão interna passa a ser menor do que a pressãoPense e de vapor, o que levará à vaporização do líquido. Logo após as pás, o líqui-Anote do recebe energia do impelidor e a pressão interna aumenta, voltando a superar a pressão de vapor, ponto “b”. A partir deste ponto, o vapor retor- nará à fase líquida. No bombeamento com vaporização, quase sempre a vaporização é par- cial, ou seja, só uma parte do líquido é vaporizada. Vários pontos da re- gião 4 não terão a pressão inferior à pressão de vapor. Se a vaporização fosse total, a bomba ficaria completamente cheia de vapor, perderia a escorva e deixaria de bombear totalmente. Vejamos agora, de acordo com a Figura 59, montada a partir das Figu- ras 38 e 58A, como representaríamos na figura o NPSH disponível e o NPSH requerido. Nesta figura, reproduzimos as energias de pressão absoluta (pressão manométrica + atmosfética local) e de velocidade, já explicadas na Figura 38, e a energia total (energia de pressão + energia de velocidade) no flange de sucção (região 2), para uma determinada vazão. As energias estão repre- sentadas por colunas de líquido. NPSH requerido, para uma determinada vazão, por definição, é a ener- gia mínima total (pressão + velocidade) por unidade de peso que temos de ter no flange de sucção da bomba para que não ocorra vaporização no seu interior. Dispondo desta energia mínima, nenhum ponto no interior da bomba estará com pressão abaixo da pressão de vapor. Como o ponto de menor pressão é o 4 (antes das pás), o NPSH requerido será a diferença entre a energia total na sucção (pressão + velocidade) e o valor da pressão nesse ponto. Podemos dizer também que o NPSH requerido para uma va- zão é a soma da perda de carga entre o flange de sucção e o ponto 4 ( P da Figura 59) com a energia de velocidade no flange de sucção (v2/2g). Para uma mesma vazão, se aumentarmos ou reduzirmos a pressão de sucção da bomba, a curva da pressão total subirá ou descerá paralelamente à indicada na figura, não alterando o valor do NPSH requerido, uma vez que a perda de carga P e a velocidade só dependem da vazão. O NPSH requerido é uma característica apenas da bomba. NPSH disponível por definição, para uma determinada vazão, é a ener- gia total (de pressão + de velocidade) por unidade de peso que o sistema disponibiliza no flange de sucção da bomba acima da pressão de vapor (ver Figura 59). É uma característica do sistema no qual a bomba trabalha e da pressão de vapor do produto na temperatura de trabalho. Na Figura 59, estão representados dois casos. Do lado esquerdo, o NPSH disponível é maior do que o NPSH requerido. Nesse caso, nenhum ponto do interior da bomba fica com a pressão abaixo da de vapor; logo, não te- PETROBRAS ABASTECIMENTO 124 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 120. Pense e Anote mos vaporização. Do lado direito, o NPSH disponível é menor do que o requerido, permitindo então que a pressão na região 4 fique abaixo da pres- são de vapor, o que levará à vaporização de parte do produto bombeado. FIGURA 59CAVITAÇÃO, NPSH DISPONÍVEL E NPSH REQUERIDO PARA UMA DADA VAZÃO 7 10 x Pabs Energia de pressão = 1 2 3 V2 Energia de velocidade = 5 2g 4 Energia em m Pabs – pman + Patm em kgf/cm2 – Peso específico em gf/cm 3 ou densidade V – Velocidade média em m/s 6 g – Aceleração da gravidade = 9,8 m/s2 no nível do mar P = perda de carga entre pt2 e pt4 Bomba sem cavitação NPSH disp > NPSH req Pressão absoluta e velocidade em Energia total Pressão Pdesc coluna de líquido = Epres + Evel absoluta abs NPSH disp v2 2g NPSH req Velocidade Pabs P Pvap 2 v 2g Vsuc Vdesc Regiões Bomba com cavitação NPSH disp < NPSH req Pressão absoluta e velocidade em Energia total coluna de líquido = Epres + Evel NPSH disp Pdesc v2 Pressão abs NPSH absoluta 2g req Velocidade Pabs Pvap P v2 2g Vsuc Vdesc Regiões O líquido só irá vaporizar se a linha de pressão absoluta cair abaixo da pressão de vapor PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 125
  • 121. A condição para que ocorra a vaporização é que o NPSH disponível seja menor do que o NPSH requerido. É o que dá origem à cavitação clássica. Uma pergunta que alguns se fazem: Por que a velocidade de escoamento do líquido entra no cálculo do NPSH disponível se um líquido para vapo- rizar só depende de sua pressão estática?Pense e Anote A resposta a esta pergunta está na Figura 59. O termo de velocidade no flange de sucção, v2/2g, na realidade, não influi; ele é matematicamente cancelado, uma vez que entra no NPSH requerido e no disponível. Para evitar a vaporização, o que nos interessa é a diferença entre os NPSHs. PROBLEMA 4 Uma bomba trabalhando ao nível do mar com a vazão de 60m3/h bombeia água a 70ºC ( água = 0,98gf/cm3). A pressão indicada no manômetro de sucção é negativa de 0,5kgf/cm2. O manômetro está 30cm acima da linha de centro do impelidor. A tubulação em que está situado o manômetro é de 4"sch 40. O fabricante informa que, para a vazão de 60m3/h, o NPSH requerido é 2,5m. Analisar se teremos vaporização do líquido no interior da bomba. Dados: Ps = – 0,5kgf/cm2 NPSH requerido = 2,5m h = 30cm = 0,30m Patm = 1,033kgf/cm2 (nível do mar) água = 0,98gf/cm3 NPSH disponível = ? Q = 60m3/h T = 70ºC Tub = 4"sch 40 Para sabermos se haverá vaporização, devemos comparar o NPSH dis- ponível com o NPSH requerido. Para determinação da pressão de vapor do líquido é desejável dispor de uma tabela. Podemos obter um valor aproximado pela Figura 25, na qual temos para água (linha 26) com 70ºC (Pvap = 0,3bar). (a pressão de vapor correta para água a 70ºC é 0,312barA). Na Tabela 15, temos também que: 1bar = 1,02kgf/cm2 1,02kgf/cm2 Pv = 0,3barA x = 0,306kgf/cm2 A bar Da Tabela 18, com as dimensões de tubos, temos para 4"sch 40 (área = 82cm2). PETROBRAS ABASTECIMENTO 126 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 122. Pense e AnoteCálculo da velocidade de escoamento EQUAÇÃO 4 2,78 x Q 2,78 x 60 Vs = = = 2,03m/s A 82Cálculo do NPSH disponível EQUAÇÃO 6 10 x (Ps + Patm – Pvap) Vs2 NPSHdisp = + +h= 2g 10 x (– 0,5 + 1,033 – 0,306) 2,032 = + + 0,30 0,98 2 x 9,81 10 x 0,227 4,12 NPSHdisp = + + 0,30 = 2,27 + 0,21 + 0,30 = 2,78 ~ 2,8 m 1 19,62 O NPSH disponível = 2,8m está maior do que o NPSH requerido = 2,5m,indicando teoricamente que não haverá vaporização. Mas, como a mar-gem de NPSH (NPSHdisp – NPSHreq) está muito pequena, apenas 0,30m,é possível que tenhamos problemas. Para bombeamento de água, seriainteressante dispor de uma margem maior. A Figura 60 mostra as curvas de AMT x vazão de uma bomba operandonormalmente no encontro de sua curva com a curva do sistema (ponto 1), quecorresponde à vazão Q1 e AMT1. Se começasse a cavitar, dependendo da inten-sidade, passaria a trabalhar no ponto 2, por exemplo, com a vazão Q2 e AMT2.A bomba perdeu em vazão e em AMT devido às bolhas de vapor formadas noimpelidor. A queda de AMT é abrupta, quando a cavitação é significativa. As normas utilizam essa queda de AMT para determinar o NPSH reque-rido, o qual pode ser determinado por meio do NPSH disponível. O API 610, que na parte hidráulica segue o Hydraulic Institute, defineo valor do NPSH requerido para uma determinada vazão como o que levaa uma redução de 3% na AMT, bombeando água fria. Esse levantamentopode ser realizado em uma bancada de teste. Colocamos entre parênteses os dados correspondentes à Figura 61 parafacilitar o entendimento das explicações. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 127
  • 123. FIGURA 60 CURVA DE AMT X VAZÃO DE UMA BOMBA CAVITANDOPense eAnote AMT Curva Rend x Vazão cavitando na vazão Q2 Curva Rend x Vazão sem cavitação Curva do sistema Queda de 1 AMT p/ vazão Q2 2 Curva AMT x Vazão sem cavitação Curva Rend x Vazão cavitando na vazão Q2 Vazão Q2 Q1 Inicialmente, a bancada de teste é ajustada para a vazão na qual que- remos calcular o NPSH (suponhamos 200m3/h) e com uma pressão de suc- ção que resulte num NPSH disponível alto (pt 1 = 9m), bem superior ao NPSH requerido esperado (em torno de 6m), ou seja, a bomba estará ope- rando sem cavitar. Determina-se a AMT fornecida pela bomba para esta vazão (50m). Inicia-se então a redução do NPSH disponível (8m, 7m, 6m, 5,5m etc.). A cada redução, a vazão vai sendo ajustada para permanecer cons- tante (200m3/h) e torna-se a medir a AMT (em torno de 50m). Os valo- res de AMT versus NPSH disponível podem ir sendo plotados em um gráfico. Com a redução gradativa do NPSH disponível, teremos um va- lor (NPSH disp=5,5m) em que a cavitação da bomba faz com que ela tenha uma perda acentuada da AMT (46m). Calculamos então a média das AMTs dos pontos medidos antes de a bomba iniciar a queda da AMT (no caso, os valores com NPSH disp > 6m – AMTmédia = 50m). Traça- mos no gráfico uma linha com a queda de 3% desse valor médio da AMT [(3/100) x 50 =1,5m]. Determinamos o NPSH disponível (5,6m) como o correspondente ao ponto de encontro dessa linha com a curva traçada. O valor do NPSH dis- ponível assim obtido é o NPSH requerido pela bomba testada na vazão de 200m3/h. Repetindo o teste para outras vazões, podemos traçar a curva de NPSH requerido versus vazão da bomba. PETROBRAS ABASTECIMENTO 128 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 124. Pense e Anote FIGURA 61 DETERMINAÇÃO DO NPSH REQUERIDO Determinação do NPSH requerido p/ 200 m3/h AMT (m) Média AMT Pt 4 Pt 3 Pt 2 Pt 1 0,3 X 50 = 1,5 Pt 8 NPSH req NPSH disponível (m) EQUAÇÃO 6 10 x (Ps + Patm – Pvap) V S2 NPSH disp = + + hs 2g Examinando a equação 6, podemos alterar, numa bancada de teste, ovalor do NPSH disponível por meio de mudanças em Ps, Pvap ou . Avelocidade de sucção Vs está amarrada, uma vez que estamos testando oNPSH para uma vazão fixa. A pressão atmosférica e o valor da aceleraçãoda gravidade são características do local onde se encontra a bancada. O hsé simplesmente a correção da cota do manômetro; portanto, sua alturanão modificará o NPSH a ser calculado. Usualmente, a redução do NPSHdisponível é realizada pela redução da pressão na sucção. As bancadas deteste utilizam três métodos:a Restringindo a válvula de sucção.b Reduzindo o nível do reservatório de sucção.c Aumentando o vácuo no vaso de sucção (válido, somente, quando o teste é realizado em circuito fechado). Um outro modo de baixar o NPSH disponível seria aumentar a tempe-ratura do líquido na sucção, o que elevaria a pressão de vapor Pvap e,conseqüentemente, reduziria o NPSH disponível. Variando a temperatura,modificaríamos, além da Pvap, o peso específico do líquido. Esse méto-do não é muito usado, prevalecendo o da redução de pressão na sucção. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 129
  • 125. É interessante chamar a atenção para o fato de que, na determinação do NPSH requerido, a bomba já está perdendo em desempenho, ou seja, 3% de AMT. Logo, a bomba já está cavitando. Na realidade, o líquido co-Pense e meça a vaporizar bem antes, com um NPSH disponível acima do requeri-Anote do, mas não notamos perda de desempenho. É o que chamamos de cavi- tação incipiente, a qual já pode estar causando danos ao impelidor. Isso acontece bastante no bombeamento de água fria. A conclusão é que, com o NPSHdisp = NPSHreq, a bomba já estará ca- vitando, embora com pequena intensidade. Por esse motivo, é sempre de- sejável manter uma margem de NPSH, que alguns definem como diferen- ça (NPSHdisp – NPSHreq) e outros, como a relação (NPSHdisp/NPSHreq). Quanto maior o crescimento do volume do líquido ao vaporizar, maior deverá ser essa margem. A água fria é um dos piores produtos no que concer- ne a esse aspecto, como veremos adiante. Como na vaporização os produtos de petróleo crescem bem menos de volume do que a água, alguns estudos sugerem reduções para seus valores de NPSH requeridos. A norma API não aceita essas reduções, permanecendo os mesmos valores válidos para água. Colocando as curvas de NPSH disponível e do requerido num mesmo gráfico, Figura 62, vemos que o NPSH disponível no flange da bomba cai com o aumento de vazão, enquanto o NPSH requerido aumenta com a vazão. Logo, quanto maior a vazão, menor a margem de NPSH. O ponto de cruzamento das duas curvas fornece a vazão máxima teórica com que a bomba pode trabalhar sem cavitar. FIGURA 62 VAZÃO MÁXIMA EM FUNÇÃO DO NPSH NPSH (m) NPSH requerido Característica da bomba Margem NPSH disponível de NPSH Característica do sistema Vazão Q Qmax Ocorrendo a vaporização do líquido no interior da bomba, teremos a formação de bolhas de vapor. Elas se chocarão e crescerão de tamanho. Se a quantidade vaporizada de líquido for muito pequena, é provável que não notemos nenhum ruído, nem perda de desempenho da bomba. Por outro PETROBRAS ABASTECIMENTO 130 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 126. Pense e Anotelado, se a quantidade vaporizada for muito elevada, as bolhas formadasocuparão o espaço que deveria ser do líquido, prejudicando sua passagempelo impelidor, reduzindo o desempenho da bomba e fazendo com que avazão e a pressão de descarga sejam prejudicadas ou até inviabilizadas. As bolhas de vapor formadas são impulsionadas pelo impelidor e tam-bém arrastadas pelo líquido, atingindo regiões com maior pressão (verFigura 59). Ao atingir essas regiões, as bolhas entrarão em colapso, re-tornando à fase líquida. A pressão interna da bolha de vapor é a própriapressão de vapor. Quando a pressão externa for superior, ela retornará àfase líquida. O ruído e a vibração que ouvimos não são decorrentes da vaporiza-ção do líquido, mas sim do retorno do vapor à fase líquida. Esse retornoé denominado de implosão das bolhas (implosão é o oposto de explo-são). Essa mudança súbita de fase gera ondas de choques que se trans-formam em vibração. FIGURA 63 IMPLOSÃO DAS BOLHAS DE VAPOR COM ARRANCAMENTO DO MATERIAL Implosão das bolhas Pext Pv Pv Bolha inicial Início do colapso Microjato Pv Pv Formação do microjato Arrancamento de material Quando as bolhas de vapor retornam à fase líquida, o volume ocupa-do pelo líquido é muito inferior ao do vapor. Instantaneamente, fica umvazio que será preenchido pelo líquido, criando um jato de líquido, con-forme mostrado na Figura 63. Se estas bolhas estiverem no meio da cor-rente líquida, não acarretarão danos, mas se estiverem próximas das pa-redes metálicas da bomba, em face da não-existência de líquido junto àsparedes para preencher a bolha, o jato será formado no sentido da pare-de, atingindo a superfície metálica com alta velocidade e pressão. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 131
  • 127. Com a bomba operando na condição de cavitação, são formadas mi- lhares e milhares de pequenas bolhas continuamente, que acabam implo- dindo. É como se tivéssemos um martelamento contínuo na superfície metálica, ocasionando fadiga do material com o posterior arrancamento de partículas do metal.Pense e Anote Fadiga é o fenômeno da redução da resistência de um material devido a esforços repetitivos, como no caso de um arame que acaba partindo quando ficamos dobrando-o para um lado e para o outro seguidamente na mesma seção. A região de implosão das bolhas costuma ser logo após o início das pás. Nessa região, o líquido já está recebendo energia do impelidor e, portanto, aumentando a pressão. Quando essa pressão ultrapassa a pres- são de vapor, temos o colapso das bolhas. Na região da implosão, é que ocorre o arrancamento do material. Quando um líquido vaporiza, temos um aumento considerável de vo- lume, e quando ele condensa, temos o inverso, uma redução considerá- vel do volume. A seguir, mostramos uma tabela com o volume específico da água saturada e do vapor em equilíbrio para diversas temperaturas. Volume específico é volume por unidade de massa. Na Tabela 23, mostramos quantos cm3 são necessários para formar a massa de uma grama do líquido ou do vapor. TABELA 23 VOLUMES ESPECÍFICOS DA ÁGUA E DO VAPOR Temperatura (oC) Água (a)cm3/g Vapor (b) cm3/g Aumento de volume b/a 40 1,0078 19.550,3 19.398 70 1,0225 5.045,4 4.934 100 1,0434 1.672,52 1.603 200 1,1568 127,1 110 PETROBRAS ABASTECIMENTO 132 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 128. Pense e Anote Pela Tabela 23, vemos que cada grama de água vaporizada na tempera-tura de 200ºC terá seu volume aumentado em 110 vezes. Já na temperatu-ra de 40ºC, o aumento será bem maior, chegando a 19.398 vezes. Por isso,quanto mais frio o líquido, maior a severidade do problema de cavitação.Os produtos de petróleo apresentam um aumento de volume bem inferiorao da água ao vaporizarem. Por isso, a cavitação é menos intensa compara-tivamente, o que não quer dizer que não resultem em danos consideráveis. A vaporização é uma transformação que necessita de calor para suarealização. No caso da vaporização no interior da bomba, esse calor é re-tirado do próprio líquido, fazendo com que ocorra um resfriamento nasproximidades do ponto em que houve a vaporização. A perda de tempera-tura reduz a pressão de vapor Pv, o que aumenta o NPSH disponível (verFigura 55 e equação 6). Se não houvesse esse resfriamento, a intensidade da cavitação seriamaior. O resfriamento causado pela passagem de um líquido para vaporfica evidente quando abrimos para a atmosfera um vent de uma linhacontendo GLP. Nesse caso, a temperatura cai tanto que condensa a umi-dade do ar atmosférico, formando gelo. A cavitação gera vibração, forte ruído, oscilação dos manômetros desucção e de descarga, perda de desempenho (vazão e pressão), além dodesgaste da bomba, principalmente do impelidor, pelo arrancamento departículas metálicas. Agora que entendemos o que ocorre no interior da bomba, podemosdizer que cavitação é o fenômeno de formação de bolhas de vapor porinsuficiência de energia na sucção da bomba (NPSHdisp< NPSHreq), cres-cimento dessas bolhas e seu retorno à fase líquida (implosão), trazendotodos os inconvenientes já citados. Chamamos essa cavitação de clássicapara não confundir com outras cavitações que podem ocorrer na bomba,como a decorrente da recirculação interna, que será vista a seguir. FIGURA 64 IMPELIDORES COM DESGASTE DEVIDO À CAVITAÇÃO PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 133
  • 129. O nome de cavitação vem de cavidade, que significa vazio. No caso das bombas, a cavitação se deve ao vazio formado na implosão das bolhas de vapor.Pense eAnote Resumo Temos dois NPSHs (Net Positive Suction Head) que são expressos em metros ou em pés. Um é o NPSH requerido: a energia mínima que a bomba necessita ter em seu flange de sucção para cada vazão. O outro é o NPSH disponível: a energia que o sistema disponibiliza no flange de sucção da bomba para cada vazão. Para que não haja cavitação, temos que ter NPSHdisp > NPSHreq. Cavitação é o fenômeno que ocorre quando temos a vaporização do líquido bombeado, o crescimento das bolhas e a sua implosão. O ruído e a vibração não são provenientes da vaporização, mas da implosão das bolhas. A cavitação causa um ruído acentuado, desgaste no impelidor, vibração, oscilação das pressões, perda de vazão e de pressão. O desgaste no impelidor é na parte visível da sucção, logo no início das pás. Esses mesmos fenômenos acontecem quando temos recirculação interna e entrada de gases na bomba. A principal solução para a cavitação é aumentar a pressão de sucção, ou seja, aumentar o NPSH disponível. O NPSH disponível pode ser calculado por: EQUAÇÃO 6 10 x (Ps + Patm – Pvap) VS2 NPSHdisp = + + hs 2g EQUAÇÃO 4 2,78 x Q 3,54 x Q Vs = = A D2 NPSHdisp em m Ps – Pressão de sucção kgf/cm2 – Peso específico em gf/cm3 ou densidade Patm – Pressão atmosférica em kgf/cm2 Pvap – Pressão de vapor do líquido na temperatura de bombeamento em kgf/cm2A Vs – Velocidade de escoamento na sucção em m/s hs – Altura do manômetro em relação à linha de centro da bomba em m Q – Vazão em m3/h A – Área interna da tubulação em cm2 D – Diâmetro interno da tubulação de sucção PETROBRAS ABASTECIMENTO 134 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 130. Pense e AnoteRecirculação internaNo item anterior, vimos que a cavitação, devido à formação e à implosãodas bolhas, faz com que a bomba trabalhe com um ruído semelhante aode bombear pedras, forte vibração, oscilação dos ponteiros dos manôme-tros e perda de vazão e de pressão. Na realidade existem três fenômenosque podem levar a esses sintomas: a cavitação clássica, a recirculação in-terna e a entrada de gases na sucção da bomba. Vamos entender comocada um deles ocorre. Já vimos o que é a cavitação clássica. Vamos entender agora o que vema ser recirculação interna. Há algumas décadas, um fabricante de bombas preparou uma experiên-cia nos Estados Unidos. Colocou uma bomba centrífuga numa bancada deteste e convidou diversos interessados e especialistas em bombas, inclu-sive concorrentes, para assistirem ao experimento. Para facilitar a observação, as tubulações de sucção e de descarga foramfeitas de um material transparente chamado “plexiglass”. Na linha de suc-ção, afastado alguns metros do flange, foi colocado um pequeno tubo quepermitia injetar o corante azul de metileno (ver esquema na Figura 65). A bomba foi colocada em operação com a válvula de descarga total-mente aberta. Era então injetado um pouco de corante, e podiam ser vis-tos os veios coloridos de azul passar pela tubulação de sucção, entrar nabomba e sair pela descarga, conforme era esperado. A vazão foi sendo reduzida em etapas, por meio do fechamento gradativoda válvula de descarga da bomba. Em cada uma destas etapas, era realizadauma pequena injeção de corante. Quando foi atingida uma determinada va-zão, as pessoas que estavam assistindo ficaram perplexas. As linhas azuis docorante iam até o interior da bomba e voltavam vários metros na sucção,tornavam a entrar na bomba e a voltar diversas vezes. Os presentes ao expe-rimento estavam, naquele momento, tendo a oportunidade de ver o quepassou a ser conhecido como recirculação interna na sucção da bomba. FIGURA 65 TESTE DE RECIRCULAÇÃO INTERNA REALIZADO NUMA BANCADA DE TESTE Tubo para ejeção Tubo de corante transparente PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 135
  • 131. Esse fenômeno é bem conhecido hoje em dia, mas ainda não é perfei- tamente equacionado e só começou a aparecer com muita freqüência a partir da década de 1970. Os projetistas das unidades, para economizarPense e em tubulações e fundações, começaram a projetar os vasos e as torres emAnote cotas mais baixas. Com isso, passaram a especificar bombas com NPSH disponíveis menores. Para atender a essa solicitação, os fabricantes pas- saram a projetar bombas com NPSH requerido menor. Um dos modos de fazer essa redução é aumentando a área do olhal do impelidor, reduzindo a velocidade e, conseqüentemente, a perda de car- ga na sua entrada ( P da Figura 59). Os novos projetos das bombas passaram a utilizar impelidores com as velocidades específicas de sucção mais altas, o que eleva à vazão em que tem início a recirculação. As bombas passaram a ter uma faixa operacional muito mais estrei- ta, chegando a vazão mínima a ser, em alguns casos, de apenas 75% a 80% do BEP. Velocidade específica de sucção é um número adimensional que caracteriza o projeto da entrada do impelidor. É semelhante à velocidade específica da bomba que caracteriza o impelidor como um todo. Por conveniência, são usadas unidades que não se cancelam, sendo, portanto, necessário especificar quais estão sendo utilizadas. N Q NSS = NPSHreq NSS – Velocidade específica de sucção Em unidades americanas N → rpm Q → gpm NPSHreq → ft Em unidades métricas N → rpm Q → m3/h ou m3/s NPSHreq → m PETROBRAS ABASTECIMENTO 136 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 132. Pense e Anote Valem as mesmas observações usadas na velocidade específica da bom-ba, ou seja, os valores de Q e NPSHreq são os do BEP – Ponto de Máxi-ma Eficiência com o impelidor de diâmetro máximo. Bombas de duplasucção devem ter sua vazão dividida por dois. Existe um trabalho que mostra que as bombas projetadas com veloci-dades específicas menores do que 11 mil (unidades americanas) falhambem menos do que as projetadas acima desse número. Toda bomba centrífuga é projetada para trabalhar com uma vazão e AMTdeterminadas. É o BEP da bomba. Quando a bomba trabalha nessa vazão,seu rendimento é máximo. Nessa condição, o líquido entra alinhado comas pás do impelidor, tangenciando-as e causando o mínimo de turbulência. À medida que vamos reduzindo a vazão, o ângulo de incidência come-ça a ficar desfavorável (ver Figura 66). Se continuarmos reduzindo a vazão,atingiremos um ponto em que haverá descolamento do líquido da pare-de da pá do impelidor, criando um vazio, uma região de baixa pressão que,como vimos, proporciona a vaporização do líquido e também favorece aformação de vórtices (redemoinhos). As bolhas formadas pela vaporização deslocar-se-ão para regiões demaior pressão e retornarão à fase líquida (implosão), causando danos si-milares aos da cavitação clássica. FIGURA 66 RECIRCULAÇÃO INTERNA NA SUCÇÃO Pá do impelidor Ângulo de Underfilled incidência no BEP Overfilled Vórtices Ângulo de incidência com Rotação baixa vazão D1 D2 Fluxo de recirculação na sucção PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 137
  • 133. Os vórtices formados se propagarão para a sucção, ocasionando um fluxo contrário ao normal no interior da bomba. A recirculação, inicialmen- te, fica restrita à sucção da bomba, daí receber o nome de recirculação da sucção (ver Figura 66, lado direito). Se a vazão continuar a cair, o fenômeno aumentará de intensidade, fa-Pense e Anote zendo com que os vórtices atinjam a descarga da bomba, e, nesse caso, passaremos a ter a recirculação interna na descarga, também. FIGURA 67 VARIAÇÃO DA PRESSÃO DE SUCÇÃO E DA DESCARGA COM RECIRCULAÇÃO Pressão Pressão de descarga Pressão de sucção Vazão Recirculação na sucção e início de recirculação na descarga A bomba centrífuga tem uma vazão abaixo da qual esse fenômeno de recirculação interna ocorrerá. Nas bombas de baixa energia (baixa potên- cia e baixa AMT), a recirculação interna não causa grande preocupação, mas nas bombas de alta energia os danos podem ser severos. Existem diversas vazões mínimas numa bomba centrífuga. Nas folhas de dados mais antigas, com mais de 20 anos, geralmente, a vazão míni- ma citada era a vazão mínima térmica. Trabalhando com a vazão baixa, o rendimento da bomba é reduzido, ou seja, maior percentual da energia cedida pelo acionador irá virar calor, o que aumenta a temperatura do líquido, podendo fazer com que vaporize. PETROBRAS ABASTECIMENTO 138 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 134. Pense e Anote Nas bombas que trabalham próximo da linha de equilíbrio de fases,um pequeno acréscimo de temperatura pode levar à vaporização (ver Fi-gura 55). As bombas de água de alimentação de caldeira estão nesse caso.Por isso, costumam possuir uma válvula de fluxo mínimo (Figura 128),ou ter uma linha dotada de orifício de restrição que interliga a descargacom o desaerador, garantindo assim uma vazão mínima para a bomba.Essa vazão mínima que evita a vaporização pelo aquecimento do líquidono interior da bomba recebe o nome de vazão mínima térmica. Recentemente, com o aumento da preocupação com a recirculaçãointerna, as folhas de dados das bombas passaram a exigir do fabricante ofornecimento da vazão mínima de recirculação interna ou vazão mínimade operação estável, que costuma ser superior à vazão mínima térmica. A norma API 610 define a vazão mínima estável em função da vibra-ção. É a menor vazão que a bomba pode operar sem ultrapassar o limitede vibração estipulado pela norma, que para bombas horizontais é de3,9mm/s RMS (Figura 68). Isto não quer dizer que toda bomba que trabalhe com vibração aci-ma desse nível esteja com problemas de recirculação interna, uma vezque desalinhamento e desbalanceamento, entre outros, também podemcontribuir para a vibração da bomba. Nesse caso, a norma API está sereferindo às vibrações de origem hidráulica, como é o caso da recircula-ção interna. Teoricamente, a menor vibração de origem hidráulica ocor-re com a bomba trabalhando próxima da sua vazão de projeto (BEP –Ponto de Máxima Eficiência). Quanto mais afastada a vazão do BEP,seja para cima ou para baixo, mais desfavorável o ângulo de entrada dolíquido no impelidor, provocando choques que tendem a aumentar avibração (Figura 68). FIGURA 68 VAZÃO MÍNIMA DO API 610 EM FUNÇÃO DA VIBRAÇÃO 1. Região permitida de operação limitada pela 1 vibração 2 2. Região preferida de operação 70% a 120% do BEP AMT 3. Vibração máxima permitida nos limites de fluxo 3,9mm/s RMS BEP 4. Limite de vibração para bomba horizontal Pot <400 hp 3,0mm/s RMS Vibração 3 3,9mm/s RMS 3,0mm/s RMS 4 70% BEP BEP 120% BEP Vazão PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 139
  • 135. Examinando um impelidor com sinais de perda de material, podere- mos identificar se o problema foi ocasionado por cavitação clássica ou por recirculação interna.Pense e Quando temos cavitação, examinado o olhal do impelidor, o desgasteAnote tem início na parte visível das pás (região convexa). Quando temos recirculação interna na sucção, o desgaste tem início na parte não visível da pá, região côncava (próximo da região onde ocorre a vaporização do líquido; ver Figura 69), sendo necessário um pequeno espelho para ser vista. Quando a recirculação interna é na descarga, o desgaste aparece na junção da saída das pás com as laterais do impelidor. Nesse caso, ele é visível. Essa região fica cheia de poros devido à perda de material. Quando os danos são na parte central de saída da pá, o desgaste costuma ser decorrente da proximidade das pás do impelidor com a lin- güeta da voluta ou com o difusor. FIGURA 69 REGIÃO DE DANOS NO IMPELIDOR Região de danos por cavitação clássica Região de danos por proximidade com a lingüeta da voluta Região de danos por recirculação interna na descarga Região de danos por Região de danos recirculação na sucção por recirculação interna na descarga Região de danos por cavitação clássica Alguns autores afirmam que o ruído provocado pela cavitação é mais estável e repetitivo, enquanto o provocado pela recirculação interna é ale- atório e mais alto. PETROBRAS ABASTECIMENTO 140 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 136. Pense e Anote Dependendo da severidade da cavitação ou da recirculação interna, osdanos não ficam limitados apenas ao impelidor e podem atingir a carcaçaou o difusor. A região da carcaça próxima à lingüeta é de alta velocidade; logo, debaixa pressão, podendo, portanto, vir a cavitar. FIGURA 69A DETERMINAÇÃO DA VAZÃO MÍNIMA DE RECIRCULAÇÃO N Q Ns = 0,75 AMT N – rpm Q – m3/s AMT – m Faixa de trabalho Faixa de trabalho hidraulicamente instável estável Aumentando NSS Bombas de Faixa de refrigeração primária transição Impelidores com olhais grandes e alta velocidade específica de sucção Geração nuclear: bombas de condensado booster , água de alimentação e aquecimento-drenagem Vazão mínima como um percentual da vazão do BEP Na Figura 69A, temos um gráfico que permite uma previsão aproxima-da da faixa de operação de vazão de uma bomba em função da velocidadeespecífica Ns e da velocidade específica da sucção NSS. Para impelidores tipo Francis com Ns = 75, a vazão mínima seria de35% da vazão do BEP com uma faixa de transição entre 35% e 45%, naqual podem ocorrer instabilidades. Acima de 45%, seria uma região es-tável (impelidores com olhais pequenos). Para olhais grandes, o percen-tual de estabilidade seria aumentado, podendo chegar a 65% da vazãodo BEP. Com um impelidor axial, Ns = 200, a instabilidade pode come-çar em mais de 80% da vazão do BEP – Ponto de Máxima Eficiência. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 141
  • 137. ResumoPense eAnote Recirculação interna é um fenômeno que ocorre quando a bomba está trabalhando com baixa vazão. Temos dois tipos: a recirculação interna na sucção e na descarga. A recirculação na descarga ocorre numa vazão mais baixa do que a da sucção. Os sintomas são semelhantes ao da cavitação: ruído, vibração, oscilação das pressões, desgaste do impelidor. O desgaste no impelidor ocorre na área da sucção no lado invisível da pá e necessita de um pequeno espelho para ser visto quando está na fase inicial. Na área da descarga, o desgaste é na lateral das pás, na junção com os discos, na parte visível delas. O percentual em relação à vazão do BEP – Ponto de Máxima Eficiência, com o qual a bomba inicia a recirculação, está bastante ligado à velocidade específica (Ns) e à velocidade específica de sucção (NSS) da bomba. Quanto maiores esses valores, mais estreita a faixa de operação da bomba. Uma das principais causas da recirculação interna é o descolamento do fluxo do líquido, que ocorre quando o ângulo de sua entrada na pá do impelidor fica desfavorável. A solução para a recirculação interna é o aumento de vazão. Entrada de gases A entrada de ar ou gases misturados com o líquido no interior da bomba, a partir de um certo percentual, gera os mesmos fenômenos ocasionados pela cavitação e pela recirculação interna, ou seja, ruído, perda de desempenho, vibração, oscilação dos manômetros. A diferença é que as bolhas não são for- madas por vaporização no interior da bomba, mas já entram com o líquido. Um dos problemas da entrada de gás junto com o líquido é causado pela separação que ocorre pela centrifugação. O ar tende a ficar junto ao olhal do impelidor, prejudicando o fluxo. Existem controvérsias sobre os danos causados pela entrada de ar. Quanto à perda de desempenho, todos concordam. Quanto aos danos no impelidor, alguns autores afirmam que a entrada de gases não causa da- nos significativos às bombas, simplesmente reduz o desempenho pelo PETROBRAS ABASTECIMENTO 142 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 138. Pense e Anoteespaço ocupado pelos gases. Outros autores afirmam que os danos sãosemelhantes aos causados pela cavitação. Os gases podem já vir dissolvidos no líquido ou penetrar na tubulaçãode sucção pelas juntas dos flanges quando a pressão de sucção é negativa.Outros pontos de entrada de ar são na selagem por gaxetas e na tomadada linha de sucção. Esta última, se não tiver a submergência adequada,pode ocasionar a formação de vórtices (redemoinhos) (Figura 70). FIGURA 70 ENTRADA DE AR E FORMAÇÃO DE VÓRTICES POR BAIXA SUBMERGÊNCIA Ar + líquido Linha de sucção Vórtice Nível do líquido Submergência Os casos mostrados na Figura 70 são decorrentes de erro de projeto.Na parte de cima da figura, deveria existir uma chicana no reservatóriopara evitar que o fluxo de líquido fosse lançado diretamente para a sucçãoda bomba. Uma outra solução seria utilizar uma curva e mergulhar o tubode chegada no reservatório. Para o caso de baixo, uma solução seria au-mentar a submergência do tubo de sucção ou colocar grades horizontaisflutuantes na superfície, em torno do tubo, para evitar a formação dosvórtices (redemoinhos). Até o teor de 0,5% em volume de gases no líquido, não é usual obser-var qualquer efeito sobre o funcionamento da bomba. Quando valores de5% ou 6% são atingidos, o funcionamento fica seriamente prejudicado,podendo até fazer a bomba perder a escorva. Em percentuais bem pequenos, os gases ou o ar podem até ser benéfi-cos quando a bomba trabalhar cavitando. O ar forma um colchão de amor-tecimento, atenuando os efeitos da implosão das bolhas e reduzindo oruído e a vibração. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 143
  • 139. Curva do sistema e ponto de trabalho da bomba Já sabemos que a bomba trabalhará sobre um ponto de sua curva de AMT x vazão. Mas em qual deles? FIGURA 71Pense e Anote CURVA DO SISTEMA Para saber isso, é necessário conhecer o sistema no qual a bomba irá trabalhar de modo que possamos calcular a curva desse sistema. A curva do sistema representa as energias que necessitam ser vencidas para ir do vaso de sucção ao de descarga para cada vazão. Essas energias são: a diferença de pressão entre os dois vasos ( P), a diferença de níveis (H) e a perda de carga (h1, h2 etc.) nas linhas de suc- ção e de descarga em função da vazão. Se as pressões dos vasos e seus níveis forem constantes, somente a perda de carga irá variar. Todas es- sas perdas são expressas em metros de coluna. Quanto maior a vazão, maior a perda de carga do sistema e, portanto, a curva do sistema será ascendente com a vazão. PETROBRAS ABASTECIMENTO 144 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 140. Pense e Anote A curva do sistema nos informa para cada vazão o quanto de AMT (headou carga) o sistema exigirá. Na vazão nula, só seria necessário vencer acota H e o P, já que a perda de carga seria nula. A Figura 71 mostra acurva de um sistema com as perdas de carga de 7, 20 e 40 metros corres-pondentes às vazões de 60, 80 e 100m3/h, respectivamente. Foi visto que a bomba terá de trabalhar sobre sua curva de AMT x va-zão. O sistema também exige que a bomba trabalhe sobre sua curva. Secolocarmos essas duas curvas num mesmo gráfico, o ponto de encontrodelas é o único que satisfará à bomba e ao sistema simultaneamente.Portanto, esse será o ponto de trabalho. FIGURA 72 PONTO DE TRABALHO AMT (m) Curva da bomba Ponto de trabalho Curva do sistema m 3 /h Pelas curvas da Figura 72, a bomba trabalharia com 99m3/h e com aAMT de 76m. A bomba centrífuga sempre trabalhará no ponto de interseção da cur-va da bomba com a curva do sistema. Todavia, a maioria dos processos industriais necessita variar a vazão.Os seguintes modos de controle são empregados com essa finalidade embombas centrífugas: Recirculando a descarga para a sucção. Alterando a curva do sistema. Alterando a curva da bomba: • Pela mudança do diâmetro do impelidor. • Pela mudança da rotação. • Pela colocação de um orifício no flange de descarga da bomba. • Pelo ajuste das pás do impelidor. • Pelo controle de pré-rotação. Ligando e desligando bombas que operem em paralelo ou em série. Controlando por cavitação. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 145
  • 141. Vejamos como os modos mais usuais funcionam.Pense e Recirculando a descarga para a sucçãoAnote Consiste em retornar parte da vazão bombeada para a sucção através de uma válvula. É um método pouco usado em bombas centrífugas por desperdiçar a energia gasta bombeando o líquido que estaria sendo recirculado. É mais utilizado em situações em que queremos garantir uma vazão mínima da bomba, seja para evitar o aquecimento com vaporização do líquido bom- beado, seja devido a problemas de recirculação interna ou, ainda, para evitar esforço axial elevado. As bombas de deslocamento positivo utilizam bastante esse método. FIGURA 73 RECIRCULAÇÃO DA DESCARGA PARA A SUCÇÃO Se não houver um resfriamento do líquido recirculado, devemos colo- car a linha de retorno o mais afastada possível da sucção da bomba, evi- tando assim que o líquido já aquecido entre na bomba e receba mais ca- lor, o que poderá levar à sua vaporização. No caso de bombas axiais, esse método de controle é interessante, porque nesse tipo de bomba a potência cai com o aumento da vazão. Alterando a curva do sistema Esse é o método mais usado em unidades de processo. Consiste em utilizar uma válvula na linha de descarga, como, por exem- plo, uma válvula de controle que, ao ser mais aberta ou fechada, aumenta ou diminui a perda de carga na linha, alterando assim a curva do sistema. Isso modificará o ponto de trabalho, como pode ser visto na Figura 74. Não devemos nunca restringir o fluxo na linha de sucção das bombas devido ao problema de cavitação. PETROBRAS ABASTECIMENTO 146 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 142. Pense e Anote Modificando a abertura da válvula, podemos obter qualquer vazão nafaixa de trabalho da bomba. FIGURA 74 VARIAÇÃO DO PONTO DE TRABALHO POR VÁLVULA DE CONTROLE Ponto de trabalho x abertura de válvula AMT (m) Curva da bomba 50% 70% 100% aberta Vazão m 3 /h A Válvula 100% aberta – Q = 99m3/h AMT = 76m Válvula 70% aberta – Q = 72m3/h AMT = 85m Válvula 50% aberta – Q = 52m3/h AMT = 88mAlterando a curva da bombaTemos cinco modos de alterar a curva de uma bomba centrífuga: alteran-do o diâmetro do impelidor; variando a rotação; colocando um orifíciono flange de descarga da bomba; ajustando o ângulo das pás do impeli-dor; controlando a pré-rotação. A alteração do diâmetro exige a abertura da bomba para sua execução,portanto, não é um método que possa ser usado a toda hora. Além disso, esse tipo de controle possui uma limitação, ou seja, o diâ-metro mínimo do impelidor recomendado pelo fabricante, que costumaser em torno de 20% a 25% do diâmetro máximo. Quando uma válvulade controle trabalha permanentemente com abertura inferior a 70% (mais PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 147
  • 143. de 30% de fechamento), é uma ótima oportunidade para economizar energia por meio da redução do diâmetro do impelidor. Não é interes- sante que o corte leve a válvula de controle a trabalhar totalmentePense e aberta, porque, nesse caso, ficaria inviável um aumento de vazão numaAnote determinada necessidade do processo. O ideal é negociar com a equi- pe de operação um valor seguro para cada caso específico antes de cal- cular o corte do impelidor. Para utilizar o controle por rotação, o acionador tem de possibilitar esse recurso. As turbinas a vapor, os motores de combustão interna e os moto- res elétricos com variadores de freqüência são os principais acionadores que podem variar a rotação. Existem variadores hidráulicos a serem colo- cados entre o motor elétrico e a bomba, que também cumprem essa fun- ção. Esse modo de operar resulta em economia de energia quando com- parado com a atuação da válvula na linha de descarga, uma vez que esta reduz a vazão pelo aumento da perda de carga, ou seja, gastando parte da energia cedida pela bomba. FIGURA 75 VARIAÇÃO DA CURVA DA BOMBA COM O DIÂMETRO DO IMPELIDOR OU COM A ROTAÇÃO AMT (m) Curva do sistema N1 ou D1 N2 ou D2 N3 ou D3 m 3 /h N – Rotação D – Diâmetro impelidor N1 > N2 > N3 D1 > D2 > D3 Na Figura 75, temos a curva do sistema e três curvas da bomba corres- pondentes a rotações ou diâmetros diferentes. O ponto de operação será no encontro da curva do sistema com a curva da bomba. Os pontos de operação seriam: PETROBRAS ABASTECIMENTO 148 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 144. Pense e Anote N1 ou D1 – Q = 95m3/h e AMT = 79m N2 ou D2 – Q = 84m3/h e AMT = 63m N3 ou D3 – Q = 72m3/h e AMT = 50m Com a bomba em outras rotações ou com outros diâmetros, novospontos de operação poderiam ser obtidos. Posteriormente, o assunto seráabordado com maior profundidade. O uso da placa de orifício junto ao seu flange de descarga (Figura 76),permite fazer com que uma curva plana passe a ter uma inclinação, faci-litando o controle por meio de válvula. A placa de orifício é usada em bom-bas de baixa potência. Como a perda de carga no orifício aumenta com avazão, à medida que a vazão aumenta, a curva da bomba vai ficando maisafastada da curva original. O orifício também pode ser usado para ajustara AMT (pressão) de uma bomba que a tenha em excesso e esteja traba-lhando próximo do final da curva. Se cortarmos o impelidor nesse caso, avazão poderá não ser atendida. FIGURA 76 MODIFICAÇÃO DO PONTO DE TRABALHO POR MEIO DE ORIFÍCIO RESTRIÇÃO NO FLANGE DE DESCARGA AMT Sem orifício AMT2 Com orifício AMT1 Perda de carga devido ao orifício Curva do sistema Q1 Q2 Q O método de ajuste das pás do impelidor é aplicado em bombas defluxo misto ou axial de grandes dimensões, e o ganho de energia compen-sa o custo desse sistema. Nesse caso, as pás do impelidor são pivotadasno cubo do impelidor de modo que podem ser ajustadas, modificando acurva da bomba. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 149
  • 145. O controle por pré-rotação é realizado por pás guias móveis que ficam situadas na frente do impelidor. As pás do impelidor se mantêm fixas. É um sistema semelhante aos usados em compressores, sendo utilizado ape- nas em bombas de fluxo misto ou axial de elevadas vazões. Esses sistemas de controle, ajuste de pás do impelidor e controle dePense e Anote pré-rotação, não são normalmente empregados em bombas de refinarias. Ligando e desligando bombas que operem em paralelo ou em série Esse método é usado quando a variação de vazão é muito elevada, como ocorre em unidades de processo que variam bastante a carga, como no abastecimento de água de uma cidade (durante a noite o consumo cai bastante), ou em alguns sistemas de água de refrigeração. Nesse caso, em vez de usar bombas de grande capacidade, são utilizadas bombas menores que vão sendo colocadas ou retiradas de operação de acordo com a demanda. FIGURA 77 VARIAÇÃO DE VAZÃO LIGANDO E DESLIGANDO BOMBAS AMT (m) Sistema 1 Bomba 2 Bombas 3 Bombas 4 Bombas No exemplo da Figura 77, poderíamos ter as seguintes vazões: 140m3/h – 1 bomba funcionando 265m3/h – 2 bombas funcionando 370m3/h – 3 bombas funcionando 460m3/h – 4 bombas funcionando PETROBRAS ABASTECIMENTO 150 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 146. Pense e AnoteControlando por cavitaçãoEsse método é empregado em pequenas bombas de condensado. Ele usao fato de a cavitação reduzir a vazão da bomba para controlar o nível dabota do condensador. FIGURA 78 CONTROLE DE CAPACIDADE POR CAVITAÇÃO AMT Pontos de operação Pontos de operação com cavitação sem cavitação Curva do sistema NPSHdisp NPSHreq NPSH completa cavitação Condensador Válvula aberta Bota h Como a pressão no condensador é normalmente uma pressão muitobaixa (alto vácuo), o NPSH é crítico nesse tipo de aplicação. O NPSH dispo-nível é praticamente o valor da cota “h” do nível da bota em relação àbomba (Figura 78). Para entender como funciona o sistema, vamos partir de uma situaçãoem equilíbrio, ou seja, a quantidade de condensado que chega à bota éigual à que a bomba retira, o que garante o nível constante. Nessa situa-ção, a bomba estaria operando, por exemplo, no ponto A com cerca de92% da vazão máxima e com uma ligeira cavitação. Suponhamos que o consumo de vapor da turbina caia, chegando menoscondensado na bota. Como inicialmente a bomba continua com a mesmavazão, o nível h começará a cair e o NPSH disponível vai ser reduzido, fa-zendo com que aumente a cavitação e, como conseqüência, caia a vazão dabomba até o nível voltar a equilibrar-se no ponto B, 75% da vazão. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 151
  • 147. Caso ocorra o contrário, ou seja, um aumento do consumo de vapor na turbina, teremos mais condensado chegando à bota e elevando seu nível. Com isso, aumenta o NPSH disponível, aumentando a vazão daPense e bomba até que seja atingida uma outra vazão de equilíbrio correspondenteAnote ao ponto C. Para usar esse sistema, o material da bomba tem que ser apropriado para suportar a cavitação, e a energia cedida em cada estágio da bomba deve ser baixa, ou seja, inferior a 50m, para não potencializar os danos. A grande vantagem desse sistema é a sua simplicidade, não exigindo todo o aparato de uma malha de controle de instrumentação. Conjugação de dois dos métodos anteriores Por exemplo: cortando o impelidor e usando uma válvula de controle na descarga. Embora tenhamos visto os métodos usualmente praticados para modifi- car o ponto de trabalho, devemos ter em mente que toda bomba centrífuga possui limitações de vazão, tanto de vazão máxima, quanto de vazão mínima. Resumo A curva do sistema indica o quanto de energia o sistema exigirá para cada vazão. Essa energia é composta pela diferença de níveis entre o vaso de sucção e o de descarga, a diferença de pressão entre esses dois vasos e a perda de carga para a vazão em questão. A bomba sempre irá trabalhar no ponto de encontro de sua curva de AMT x vazão com a curva de AMT x vazão do sistema. O método mais usado na indústria para controle de vazão é a utilização de uma válvula de controle na linha de descarga. O mais econômico, do ponto de vista de consumo de energia, é por meio da variação de rotação. Curvas características de bombas centrífugas As curvas características de uma bomba recebem esse nome por serem as curvas que caracterizam seu desempenho. PETROBRAS ABASTECIMENTO 152 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 148. Pense e Anote As curvas características são: Altura manométrica total (AMT) x vazão Potência x vazão Rendimento ( ) x vazão NPSH requerido x vazão A curva de potência muda com o produto bombeado em função do pesoespecífico. As outras curvas características independem do fluido, desdeque a viscosidade do mesmo seja baixa. As curvas características são fornecidas pelos fabricantes das bombas. Quando a bomba é importante para o funcionamento da unidade, parater certeza do seu desempenho, é comum pagar ao fabricante para le-vantar as curvas de cada bomba na bancada de teste. A exceção fica porconta da curva de NPSH requerido, que só é solicitada quando a diferen-ça é pequena em relação ao NPSH disponível (normalmente quando in-ferior a 1metro).Curva de AMT x vazãoA altura manométrica total é também conhecida pelos nomes de carga dabomba, head (em inglês), ou MCL (metros de coluna de líquido). A AMT representa a energia cedida pela bomba por unidade de peso dolíquido bombeado. FIGURA 79 CURVA TÍPICA DE AMT X VAZÃO DE UMA BOMBA CENTRÍFUGA AMT x vazão AMT ou H – metros Vazão m 3 /h Modelo 3 x 2 x 8 dia 200mm 3.550rpm PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 153
  • 149. Curva de rendimento x vazão Rendimento ou eficiência de uma bomba é a relação entre a potência que ela fornece ao líquido e a potência recebida do acionador.Pense eAnote Rendimento = Potência fornecida ao líqudo Potência recebida do acionador Por exemplo, a bomba está recebendo no seu eixo uma potência de 100hp. Se ela estiver cedendo ao líquido 60hp, seu rendimento será de 0,6 ou 60%. Nesse caso, os 40% restantes do rendimento, correspondentes a 40hp, estão sendo consumidos pelos atritos (dos mancais e do líquido), choques e mudanças de direção do líquido no interior da bomba. Toda essa perda de energia é transformada em calor. Parte desse calor aquece o líquido bombeado e outra parte é transmitida para a atmosfera. O rendimento da bomba é calculado com base na potência recebida pelo seu eixo, não importando a potência de placa do acionador. Na Figura 80, temos uma curva característica do rendimento de uma bomba centrífuga que mostra sua variação com a vazão. FIGURA 80 CURVA DE RENDIMENTO DE UMA BOMBA CENTRÍFUGA Rendimento x vazão Rendimento % BEP Vazão m 3/h O rendimento cresce com a vazão até um determinado ponto, passa por um valor máximo e começa a cair. Na curva mostrada, na figura acima, esse valor máximo de rendimento da bomba ocorre na vazão de 80m3/h. PETROBRAS ABASTECIMENTO 154 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 150. Pense e AnoteTal ponto é o ponto de máxima eficiência, usualmente chamado de BEP– Ponto de Máxima Eficiência (best efficiency point) da bomba. A va-zão do BEP é a vazão para a qual a bomba foi projetada. O rendimentoé máximo porque o líquido entra no impelidor com o ângulo mais fa-vorável em relação às pás, praticamente sem choques (ver Figura 66).Por esse motivo, as bombas apresentam valores menores de vibraçõesquando trabalham próximas desse ponto (ver Figura 68). A curva de rendimento é válida para qualquer líquido, desde que a vis-cosidade não seja alta. Sendo alta, deverá ser corrigida por meio de umfator apropriado (ver Figura 110).Curva de potência x vazãoNa Figura 81, temos uma curva característica de potência x vazão de umabomba centrífuga. FIGURA 81 CURVA DE POTÊNCIA DE UMA BOMBA CENTRÍFUGA Potência x vazão Potência em hp Vazão m 3/h Curva para água 1gf/cm 3 Modelo 3x2x8 3.550rpm Nos catálogos gerais dos fabricantes, a curva fornecida é para água fria enecessita ser corrigida se o líquido tiver peso específico diferente. Nos catá-logos próprios da bomba, a curva mostrada geralmente já está corrigida. Pela Figura 81, para a vazão de 90m3/h, temos que a potência consu-mida pela bomba é de 38hp. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 155
  • 151. A potência consumida por uma bomba pode ser obtida pela fórmula: EQUAÇÃO 7 EQUAÇÃOPense e Anote .H.Q Pot = 274 Pot – Potência em hp – Peso específico em gf/cm3 ou densidade H – AMT em metros Q – Vazão em m3/h – Rendimento Como vemos, a potência é diretamente proporcional ao peso específi- co . Se ele cair pela metade, a potência cairá também pela metade. Como essa curva é feita para água (g = 1gf/cm3), para saber a potência consumi- da por outro líquido, basta multiplicar o valor achado para a curva para água pelo valor do peso específico ou densidade do novo líquido. Se o líquido for viscoso, H, Q e sofrerão correções e, conseqüente- mente, a potência mudará (Figura 110). PROBLEMA 5 Calcular a potência consumida por uma bomba que possui as curvas carac- terísticas de AMT e de rendimento, segundo as Figuras 79 e 80, bombean- do água fria ( =1,0gf/cm3) na vazão de 90m3/h. Da Figura 79, temos para 90m3/h: AMT = H = 80m Da Figura 80, temos para 90m3/h: = 70% = 0,70 De acordo com a equação 7, para água temos: .H.Q 1 x 80 x 90 Pot = = = 37,54hp 274 274 x 0,70 PETROBRAS ABASTECIMENTO 156 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 152. Pense e Anote Caso tenhamos a curva de potência, mostrada na Figura 81, a potênciapoderia ser lida diretamente a partir da vazão. Se nossa bomba estivesse trabalhando com GLP ( = 0,5gf/cm3) nessamesma vazão, a única variável da fórmula que mudaria em relação à águaseria o peso específico (já vimos que a AMT ou H não dependem do flui-do). Portanto, a potência seria: Para GLP .H.Q 0,5 x 80 x 90 Pot = = = 18,77hp 274 274 x 0,70 Como era esperado, devido ao peso específico (ou densidade) do GLPser a metade do peso específico da água, a potência para GLP foi exata-mente a metade da potência para água. Modificando o líquido bombeado e mantendo a mesma vazão, altera-mos a potência e a pressão de descarga da bomba. Temos de tomar cuida-do quando a bomba de um produto vai bombear outro, como no caso delavagem de uma unidade, onde é comum o bombeio de água pelas bom-bas. Se a bomba tiver sido selecionada para um líquido leve e for traba-lhar com água, que possui = 1gf/cm3, a potência consumida para amesma vazão aumentará. O acréscimo de pressão fornecido pela bombatambém aumentará. Portanto, temos de avaliar se os equipamentos exis-tentes na descarga suportam essa nova pressão e se o motor da bombaestá dimensionado para essa nova condição. No gráfico da Figura 81, note que a potência é crescente com a vazão,o que é próprio da bomba centrífuga radial. Mais adiante, veremos queisso não ocorre com as bombas axiais. A corrente de partida de um motor elétrico pode atingir até seis ve-zes a corrente nominal. Por esse motivo, devemos partir a bomba cen-trífuga, exigindo a menor potência possível do motor, ou seja, com amenor vazão, que corresponde à descarga fechada. Assim, teremos umaaceleração mais rápida, evitando que o motor fique submetido muitotempo a uma corrente alta, o que, além de encurtar a vida do enrola-mento elétrico, pode levar à atuação do sistema de proteção, desar-mando o motor. Existem alguns casos especiais de bombas com parti-da automática, que no projeto já são especificados motores dimensio-nados para partir a bomba centrífuga com a descarga aberta. Nessa si-tuação, não há necessidade de preocupação com a partida no que serefere ao aspecto de corrente. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 157
  • 153. Curva de NPSH requerido O NPSH requerido pela bomba é fornecido pelo fabricante. A curva mos- tra a energia mínima requerida no flange de sucção da bomba para as di-Pense e versas vazões, energia esta expressa sob a forma de metros ou de pés deAnote coluna de líquido. Essa energia no flange de sucção deve ser tal que garan- ta que não ocorrerá a vaporização do líquido bombeado no ponto de menor pressão no interior da bomba (ver Figura 58A). O fabricante informa o NPSH requerido para a bomba trabalhando com água fria. Não há problema na comparação deste NPSH com o disponível, que é calculado para o líquido bombeado, uma vez que a pressão de vapor é subtraída (ver equação 6). FIGURA 82 CURVA CARACTERÍSTICA DE NPSH REQUERIDO X VAZÃO NPSH x vazão NPSH req (m) Vazão m 3/h O NPSH disponível deve ser sempre maior do que o NPSH requerido. Caso contrário, teremos vaporização de produto no interior da bomba (cavitação). O NPSH requerido é sempre crescente com a vazão. PROBLEMA 6 Uma bomba cuja curva de NPSH requerido é representada pela Figura 82, instalada ao nível do mar, está bombeando álcool etílico na vazão de 80m 3/h e na temperatura de 55ºC ( = 0,76gf/cm3). A pressão de suc- ção é de – 0,50kg/cm 2M (pressão negativa) medida com um manova- cuômetro colocado a 20cm acima da linha de centro. A linha de sucção, onde foi medida a pressão, é de 4”sch 40. Avaliar essa bomba quanto à cavitação. PETROBRAS ABASTECIMENTO 158 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 154. Pense e Anote FIGURA 83 CÁLCULO DE NPSH DISPONÍVEL Medidor de vazão FI Dados Pd Fluido: álcool etílico Vd Q = 80m3 /h T = 55oC Ps = –0,5kgf/cm 2M Ps hs = 0,20m hs Patm = 1,033kgf/cm2 L.C. = 076gf/cm3 Vs 4”sch 40 Inicialmente, vamos calcular a velocidade no local do manômetro e obtera pressão de vapor do líquido na temperatura de bombeamento. Com es-ses dados e a pressão de sucção, podemos calcular o NPSH disponível. Da tabela de tubos (Tabela 18), temos: Área interna do tubo D= 4"sch 40 Ai = 82,1cm2 Velocidade no local do manômetro: EQUAÇÃO 4 2,78 x Q 2,78 x 80 Vs = = = 2,7m/s As 82,1 Pressão de vapor: Figura 25 Álcool etílico a 55ºC (curva 2) Pvap = 0,35barA PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 159
  • 155. Da Tabela 15, temos que 1 bar = 1,02kgf/cm2. 1 bar = 1,02kgf/cm2Pense eAnote 1,02kgf/cm 2 Pvap = 0,35barA x = 0,357kgf/cm2 A ~ 0,36kgf/cm2 A bar Usando a equação 6, podemos calcular o NPSH disponível: 10 x (Ps + Patm – Pvapor) Vs2 NPSHdisp = + + hs = 2g 10 x (– 0,5 + 1,033 – 0,36) 2,72 = + + 0,20 = 0,76 2 x 9,8 = 2,31 + 0,37 + 0,20 = 2,88 2,9m Para a vazão de 80m3/h, a Figura 82 fornece um NPSH requerido de 3m. Como o NPSH disponível é de 2,9m, temos o NPSHdisp<NPSHreq; logo, teoricamente a bomba irá cavitar. Seria conveniente que houvesse alguma folga no NPSH para evitar a cavitação. Se uma bomba nessa situ- ação estiver operando com ruído, vibração ou apresentando desgaste no impelidor, adotar um ou mais dos procedimentos listados no item Análi- se de Problemas em Bombas Centrífugas. Resumo As curvas características de uma bomba centrífuga são: AMT; potência; rendimento e NPSH versus a vazão. AMT, head, carga ou coluna de líquido é a energia cedida pela bomba por unidade de peso para cada vazão. O rendimento de uma bomba é dado por: pot fornecida ao líquido = pot recebida do acionador PETROBRAS ABASTECIMENTO 160 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 156. Pense e Anote EQUAÇÃO 7 EQUAÇÃO EQU A potência consumida por uma bomba pode ser obtida pela fórmula: .H.Q Pot = 274 Pot – Potência em hp – Peso específico em gf/cm3 ou densidade H – AMT em metros Q – Vazão em m3/h – Rendimento O ponto de máximo rendimento corresponde ao de projeto da bomba e é denominado de BEP – Ponto de Máxima Eficiência (best efficient point ). Numa bomba centrífuga, a AMT decresce com a vazão, enquanto a potência e o NPSH requerido crescem. O rendimento inicialmente cresce com a vazão até o BEP, decrescendo depois.Curvas características para bombasde fluxos misto e axialPara efeito de comparação, estão representadas na Figura 84 as curvascaracterísticas das bombas: centrífuga radial, de fluxo misto e de fluxo axial. FIGURA 84 CURVAS CARACTERÍSTICAS POR TIPO DE BOMBA Fluxo radial Fluxo radial tipo Francis Fluxo misto Fluxo axial Ns = 13 Ns = 33 Ns = 100 Ns = 200 Fluxo axial AMT AMT AMT AMT AMT AMT Pot Pot AMT Pot AMT AMT AMT Pot Pot Q Q Q Q Q BEP BEP BEP BEP BEP Examinando as curvas características para os diversos tipos de impeli-dor, podemos concluir: PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 161
  • 157. Curvas de AMT x vazão Conforme aumenta a velocidade específica Ns, a curva de AMT fica mais inclinada. A curva de AMT correspondente ao impelidor de fluxo axial, mostrada à direita, na figura 84, apresenta o que chamamos de instabili- dade, ou seja, possui uma região onde, para uma mesma AMT, podemosPense e Anote ter duas ou mais vazões distintas. Não é aconselhável operar nessa região. Por isso, quando uma bomba apresenta essa anomalia, temos de garantir que irá operar com uma vazão acima da correspondente dessa instabili- dade. Temos, nesse caso, um novo tipo de vazão mínima, que é devido à instabilidade da curva de AMT. Curvas de potência x vazão A potência das bombas centrífugas puras ou de fluxo radial cresce com o aumento de vazão. Nas de fluxo axial, a potência cai com o aumento de vazão. Por esse motivo, as bombas de fluxo radial devem partir com a válvula de descarga fechada, e as de fluxo axial, com a descarga aberta, condição de potência mínima. Nas bombas de fluxo misto, a parte final da curva de potência tende a ficar plana e, em algumas, pode até chegar a cair. Como a menor potência corresponde à vazão nula, as bombas de fluxo misto devem partir prefe- rencialmente com a válvula de descarga fechada. Nesse aspecto, elas são menos críticas que as radiais e as axiais, porque a diferença entre as po- tências com a vazão máxima e com vazão nula é menor. Influência do diâmetro do impelidor no desempenho da bomba centrífuga Numa bomba centrífuga, quanto maior a força centrífuga fornecida ao líquido, maior a vazão, a AMT e a potência consumida. O oposto também é verdadeiro. Se reduzirmos a força centrífuga, estas três variáveis também serão reduzidas. Temos dois modos de alterar a força centrífuga numa bomba: varian- do o diâmetro do impelidor ou variando a rotação. Podemos também usar os dois métodos simultaneamente. Para alterar o diâmetro do impelidor, temos de abrir a bomba; portanto, é um método que não pode ser aplica- do continuamente como a modificação da rotação. Vejamos como as variáveis se comportam com a modificação do diâ- metro do impelidor e da rotação em uma bomba centrífuga. A vazão varia diretamente com o diâmetro do impelidor. Q2 D2 = Q1 D1 PETROBRAS ABASTECIMENTO 162 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 158. Pense e Anote A AMT varia com o quadrado do diâmetro do impelidor. 2 AMT2 AMT1 = ( ) D2 D1 A potência varia com o cubo do diâmetro do impelidor. 3 Pot2 Pot1 = ( ) D2 D1 O NPSH requerido varia com o diâmetro do impelidor. Para uma mes- ma vazão, quanto maior o diâmetro, menor o NPSH. Não existe uma relação matemática definida. Só podemos levar em conta esta va- riação quando o fabricante fornece essas curvas, como mostra a Fi- gura 85. FIGURA 85 VARIAÇÃO DO NPSH REQUERIDO EM FUNÇÃO DO DIÂMETRO DO IMPELIDOR 200mm dia 259mm dia Resumindo, a variação com o diâmetro do impelidor pode ser obtidaaproximadamente por: EQUAÇÃO 8 EQUAÇÃO 8 AÇÃO 2 3 Q2 Q1 = D2 D1 AMT2 AMT1 = ( ) D2 D1 Pot2 Pot1 = ( ) D2 D1 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 163
  • 159. PROBLEMA 7 Uma bomba centrífuga trabalha com um impelidor de 200mm de diâmetro, com a vazão de 100m3/h e AMT de 76m, consumindo uma potência de 46hp.Pense e Quais seriam as novas condições de trabalho se reduzíssemos o diâmetroAnote do impelidor para 180mm? Dados Para D1 – 200mm D2 – 180mm Q1 – 100m 3/h Q2 – T2 AMT 1 – 80m AMT2 – ? Pot1 – 46hp Pot2 – ? Aplicando a equação 8, temos: Vazão Q2 D2 Q2 180 100 x 180 = Q1 D1 ➜ 100 = 200 ➜ Q2 = 200 = 90m3/h AMT 2 2 AMT2 AMT1 = () D2 D1 ➜ AMT2 80 = ( ) 180 200 AMT2 = 80 x 0,92 = 64,8m Potência 3 3 Pot2 Pot1 = () D2 D1 ➜ Pot2 46 = ( ) 180 200 Pot2 = 46 x 0,93 = 33,5hp Na realidade, o novo ponto de trabalho da bomba não seria exatamen- te no ponto calculado. Seria na intercessão da nova curva de AMT para o impelidor de 180mm com a curva do sistema, ponto 2 da Figura 86. PETROBRAS ABASTECIMENTO 164 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 160. Pense e Anote FIGURA 86 NOVO PONTO DE TRABALHO COM MUDANÇA DE DIÂMETRO AMT Sistema Diâmetro 200mm Diâmetro 180mm Vazão Resumo A variação com o diâmetro D do impelidor é dada por: EQUAÇÃO 8 2 Q2 Q1 = D2 D1 AMT2 AMT1 = () D2 D1 3 Pot2 Pot1 = () D2 D1Influência da rotação N da bomba nodesempenho da bomba centrífugaVejamos agora o comportamento da bomba centrífuga com a modifica-ção da rotação N: PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 165
  • 161. A vazão varia diretamente com a rotação. Q2 N2Pense e Q1 = N1Anote A AMT varia com o quadrado da rotação. 2 AMT2 AMT1 = () N2 N1 A potência varia com o cubo da rotação. 3 Pot2 Pot1 = () N2 N1 O NPSH requerido varia com o quadrado da rotação. 2 NPSHreq2 NPSHreq1 = () N2 N1 EQUAÇÃO 9 EQUAÇÃO 2 Q2 Q1 = N2 N1 AMT2 AMT1 = () N2 N1 3 2 Pot2 Pot1 = ( ) N2 N1 NPSHreq2 NPSHreq1 = () N2 N1 Conhecendo a curva atual, para saber a curva para uma nova rotação, basta escolher alguns pontos da curva conhecida e aplicar as equações acima, seja a curva de AMT, de potência, ou de NPSH requerido. A aplicação da variação de rotação como meio de controle em bom- bas acionadas por motor elétrico está crescendo bastante com o barate- amento dos dispositivos que permitem o controle da velocidade nesses acionadores. Os pontos obtidos com a variação da rotação são denominados pon- tos homólogos. Na Figura 87, mostramos a mudança desses pontos de A1, B1 e C1 para A2, B2 e C2 ao passarem da rotação rpm1 para uma rotação PETROBRAS ABASTECIMENTO 166 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 162. Pense e Anotemais alta, rpm2. Os rendimentos dos pontos homólogos são iguais, ouseja, o rendimento de A1 é igual ao de A2, o de B1 é igual ao de B2, e assimsucessivamente. FIGURA 87 PONTOS HOMÓLOGOS OBTIDOS COM A MUDANÇA DE ROTAÇÃO Pontos homólogos AMT Pot A1 – A2 xQ xQ B1 – B2 A2 1 2 C1 – C2 A1 B2 Pot2 x Q Índice 1 – rpm1 Pot1 x Q Índice 2 – rpm2 B1 C2 rpm2 > rpm1 AMT 2 x Q C1 AMT1 x Q Q (m 3/h) PROBLEMA 8Sabendo que a curva de AMT de uma bomba centrífuga gira a 3.550rpm eestá representada na Figura 88, traçar a curva de AMT para a rotação de3.000rpm. FIGURA 88 CURVA DE AMT X VAZÃO AMT ou H – metros Vazão m 3/h Modelo 3 x 2 x 8 dia 200mm 3.550rpm PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 167
  • 163. Temos: N1= 3.550rpm N2 = 3.000rpm Vamos obter da curva da Figura 88 as AMTs para 4 pontos de vazõesPense e Anote diferentes: TABELA 24 PONTOS DA CURVA DE AMT X VAZÃO Ponto Vazão – m3/h AMT – m 1 0 90 2 60 86 3 80 83 4 110 72 Aplicando a equação 9 nos pontos da Tabela 24, teremos: Ponto 4 para 3.000rpm: Q2 N2 Q2 3.000 110 x 3.000 = = Q2 = = 93,0 Q1 N1 100 3.550 3.550 e 2 2 AMT2 AMT1 = ( ) N2 N1 AMT2 72 = ( ) 3.000 3.550 AMT2 = 72 x 0,8452 = 51,4 Repetindo estes cálculos para os pontos 1, 2 e 3, teremos: TABELA 25 PONTOS DE TRABALHO PARA DIFERENTES ROTAÇÕES N1 = 3.550rpm N2 = 3.000rpm Ponto Q1 AMT 1 Q2 AMT 2 1 0 90 0,0 64,3 2 60 87 50,7 62,1 3 80 83 67,6 59,3 4 110 74 93,0 52,4 Plotando os pontos em um gráfico, obtemos a curva para a rotação em questão. PETROBRAS ABASTECIMENTO 168 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 164. Pense e Anote FIGURA 89 CURVAS AMT X VAZÃO PARA DIVERSAS ROTAÇÕES AMT (m) Pt 1 N 1 = 3.550rpm Pt 2 Sistema Pt 3 Pt 4 Pt1’ N2 = 3.000rpm Pt2’ Pt3’ Pt 4’ m 3/h Os novos pontos de operação serão sempre no encontro das novas cur-vas de AMT da bomba com a curva de AMT do sistema. Se a curva do siste-ma fosse igual à mostrada na Figura 89, os pontos de operação seriam: Pt A N1 = 3.550rpm Q1 = 98m3/h AMT1 = 77m Pt B N2 = 3.000rpm Q2 = 80m3/h AMT2 = 55m O controle da vazão pela variação da rotação é o melhor método doponto de vista da economia de energia. Do mesmo modo que calculamos a curva para 3.000rpm, podemoscalcular para diversas rotações e plotá-las num mesmo gráfico. Resumo A variação com a rotação N é dada por: EQUAÇÃO 8 2 3 2 Q2 Q1 = N2 N1 AMT2 AMT1 = ( )N2 N1 Pot2 Pot1 = ( ) N2 N1 NPSHreq2 NPSHreq1 = () N2 N1 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 169
  • 165. Forças radiais e axiais no impelidor Sempre que uma pressão atua numa área, o resultado é uma força. Como as áreas do impelidor de uma bomba ficam submetidas a dife-Pense e rentes pressões, serão criados esforços, tanto no sentido radial quanto axial.Anote Os mancais é que são os responsáveis por absorver estes esforços. Esforços radiais As bombas que possuem voluta simples, quando trabalham na sua vazão de projeto (BEP), possuem ao longo de toda a voluta aproximadamente a mesma pressão (ver Figura 90). Com isso, as forças radiais que atuam na largura do impelidor se cancelam e a resultante radial é praticamente nula. À medida que reduzimos ou aumentamos a vazão, a pressão ao longo do impelidor já não será constante e, quanto mais nos afastamos do ponto de projeto, maior a resultante da força radial. Quanto maior essa força, mais o eixo irá fletir, facilitando a ocorrência de roçamentos internos e de vibrações. FIGURA 90 ESFORÇO RADIAL COM VOLUTA SIMPLES Força radial Vazão Vazão de projeto Vazão de projeto Vazão diferente da de projeto Quando é utilizada a dupla voluta, temos uma resultante para cada voluta. Como elas são aproximadamente iguais, as resultantes também serão parecidas. Devido à oposição das volutas (ver Figura 91), a tendên- cia é cancelar essas resultantes, mesmo que a bomba venha a operar fora do ponto de projeto. Por isso, a força resultante final é pequena em qual- quer faixa de vazão. Na Figura 91, é mostrado um gráfico comparativo dos esforços radiais em função do tipo da carcaça. PETROBRAS ABASTECIMENTO 170 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 166. Pense e Anote FIGURA 91 ESFORÇO RADIAL COM DUPLA VOLUTA Fr Carga radial BEP Concêntrica Simples voluta Dupla voluta Fr Vazão As bombas de menor porte, até 4 polegadas de flange de descarga, sãoquase sempre de simples voluta. Somente a partir de 6 polegadas na des-carga, é que os fabricantes passam a oferecer bombas projetadas com duplavoluta. Embora existam bombas de simples voluta com bons projetos demancais, havendo opção entre os dois tipos, as bombas de dupla volutadevem ser tecnicamente preferidas devido ao seu menor esforço radial. O uso de difusor em vez da voluta também anula os esforços radiais,uma vez que a pressão em volta do impelidor passa a ser sempre igual.Esforços axiaisA Figura 92, correspondente a um impelidor em balanço, mostra as árease as pressões que nelas atuam, resultando em forças axiais. FIGURA 92 FORÇA AXIAL NO IMPELIDOR SEM ANEL DE DESGASTE Fa P1 = P2 = P 3 = P 4 Pvol Pvol Cancela Somente no BEP Psuc Cancela Pvol Pvol PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 171
  • 167. Na parte externa ao olhal do impelidor, reina a pressão da voluta tanto na parte traseira quanto na dianteira. As forças geradas nessa área tendem a cancelar-se devido ao fato de a pressão ser a mesma de ambos os lados. NaPense e área do olhal, de um lado temos a pressão de sucção e, do outro, a pressãoAnote da voluta. Em bombas com impelidor em balanço, a área traseira é menor devido ao eixo. As diferenças de área, com as pressões atuando sobre elas, geram uma resultante axial que terá de ser suportada pelo mancal de escora. O contato do líquido contra os discos do impelidor girando tende a expulsá-lo para a periferia, o que leva à redução da pressão à medida que se aproxima do eixo. A pressão ao longo da voluta só é homogênea na vazão de projeto da bomba. Fora dessa vazão, a pressão é diferente em cada ponto. Para reduzir o esforço axial podem ser usados: ANEL DE DESGASTE TRASEIRO COM FURO DE BALANCEAMENTO NO IMPELIDOR FIGURA 93 ESFORÇO AXIAL EM UM IMPELIDOR DE SIMPLES SUCÇÃO EM BALANÇO d1 2 A1 = F1 = Ps x A1 Fa 4 Pvol Pvol F4 A4 (D2 – d12) A2 F2 A2 = F2 = Pvol x A2 F3 A3 4 Ps A1 (d32 – d22) Ps F1 A3 = F3 = Ps x A3 D d1 d2 d3 D 4 (D2 – d32) A4 = F4 = Pvol x A4 F3 A3 4 Ps A2 F2 F4 A4 Fa = F1 + F2 – F3 – F4 Pvol Pvol A Figura 93 mostra as áreas de um impelidor de simples sucção e as pressões que atuam sobre elas. Na parte frontal do impelidor, temos a área interna ao anel de desgaste (A1), na qual atua a pressão de sucção (Ps), e a área externa ao anel de desgaste (A2), em que atua a pressão da voluta (Pvol). Na parte posterior do impelidor, a área compreendida entre o eixo e o anel de desgaste traseiro (A3) fica submetida a uma pressão próxima da de sucção (Ps) e, na área externa ao anel de desgaste (A4), atua a pressão da voluta (Pvol). As pressões que atuam nessas áreas gerarão quatro forças, duas num sentido (F1 e F2) e duas no sentido inverso (F3 e F4). A resultante delas será a força axial que o mancal de escora terá de suportar. PETROBRAS ABASTECIMENTO 172 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 168. Pense e Anote O cálculo da força axial é complexo por não sabermos exatamente quala pressão reinante em cada ponto dos discos do impelidor (pressão davoluta), conforme comentado anteriormente. Mesmo a pressão na parteinterna do anel de desgaste traseiro não é igual à de sucção, é ligeiramen-te superior. Dependendo da vazão, a AMT se modifica e, conseqüentemente, a pres-são da voluta é alterada, podendo modificar o sentido dos esforços axiais.Daí a necessidade de usar mancais de escora em ambas as direções. Bombas que trabalham com alta pressão de sucção costumam ter es-forços axiais elevados. Os fabricantes costumam limitar a pressão máxi-ma de sucção. Alguns projetos de bombas permitem o uso de três rolamentos, fican-do dois em série, no sentido da resultante da carga axial, conforme podeser visto na parte inferior da Figura 41. Bombas de alta pressão na sucçãosão candidatas a esse arranjo. O anel de desgaste na parte traseira do impelidor, conforme mostradona Figura 93, é uma das formas de reduzir o esforço axial. Variando seudiâmetro, podemos alterar a resultante da força axial.PÁS TRASEIRAS NO IMPELIDORAs pás traseiras ou pás de bombeamento bombeiam o líquido da partede trás do impelidor, reduzindo a pressão nesta região e, conseqüente-mente, o esforço axial. O API 610 não permite que a redução de pressão pela ação das pás tra- seiras seja considerada no dimensionamento dos mancais. FIGURA 94 IMPELIDOR COM PÁS TRASEIRAS Pás traseiras do impelidor Pvol Pvol Psuc Redução de pressão devido às pás traseiras PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 173
  • 169. IMPELIDORES MONTADOS EM OPOSIÇÃO Quando temos bombas multiestágios, cada impelidor gera um empuxo axial no mesmo sentido. Se os impelidores forem instalados em série, os esforços serão somados, resultando uma força considerável, a qual pode- rá sobrecarregar o mancal. Para atenuar essa força axial, uma das soluçõesPense e Anote é inverter o sentido de metade dos impelidores. FIGURA 95 IMPELIDORES EM OPOSIÇÃO CANCELANDO O ESFORÇO AXIAL F F F F F F Essa solução implica interligar o fluxo que sai do meio da bomba com a outra extremidade, tornando mais complexa a fundição da carcaça. TAMBOR DE BALANCEAMENTO FIGURA 96 EQUILÍBRIO AXIAL COM TAMBOR DE BALANCEAMENTO Câmara de balanceamento (pressão primária Para sucção da sucção) Bucha do tambor F F F F F1 Tambor de Pressão da descarga balanceamento PETROBRAS ABASTECIMENTO 174 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 170. Pense e Anote Com esse método, os impelidores são mantidos em série, sendo colo-cado um tambor de balanceamento após o último impelidor com umabucha externa com folga bem justa. Temos sempre um vazamento da des-carga para a câmara de balanceamento por essa folga. Como a câmara debalanceamento é ligada por uma linha à sucção da bomba, a pressão rei-nante nela fica próxima da de sucção. Assim, o tambor de balanceamentoterá, de um lado, a pressão de descarga e, do outro, a pressão de sucção,gerando uma força axial, Ft, que é oposta às geradas pelos impelidores,reduzindo, dessa forma, o esforço a axial.DISCO DE BALANCEAMENTOEssa solução é semelhante à do tambor, só que, neste caso, é utilizadoum disco com esse propósito. O líquido, sob a pressão de descarga, após o último impelidor, passaatravés de uma pequena folga axial, indo para uma câmara de balancea-mento. Dessa câmara, sai uma linha para a sucção da bomba com umorifício de restrição. Por meio desse arranjo, a câmara de balanceamentomantém com uma pressão intermediária entre a pressão de sucção e a dedescarga. O disco de balanceamento fica submetido, de um lado, à pres-são de descarga e, do outro, à pressão da câmara de balanceamento. Essadiferença de pressões nos lados do disco gera uma força axial que se opõeà soma das forças geradas pelos impelidores, reduzindo significativamen-te o esforço axial. FIGURA 97 BALANCEAMENTO AXIAL POR MEIO DE DISCO Orifício de restrição Recirculação Câmara de para sucção balanceamento (pressão intermediária) Folga axial Pressão de descarga F imp F disco Disco de balanceamento PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 175
  • 171. Vejamos como trabalha o disco. Devido à diferença de pressão e de áreas, o disco sempre irá gerar uma força no sentido da sucção para a descarga. Suponhamos que o sistema esteja funcionando em equilíbrio.Pense e Num dado momento, ocorreu um aumento do esforço axial dos impeli-Anote dores, deslocando o conjunto rotativo no sentido de reduzir a folga axial do disco. A passagem do líquido para a câmara de balanceamento será reduzida, caindo a pressão intermediária dessa câmara. Isso elevará a for- ça de compensação do disco, restaurando a posição do conjunto rotativo. Ocorrendo o deslocamento do conjunto no sentido de aumentar a folga axial, a pressão da câmara aumentará, reduzindo a força de compensação do disco e retornando o conjunto ao equilíbrio. Para cada força gerada pelos impelidores, teremos uma folga axial no disco de escora, que a compensará. É fácil notar que, para esta solução fun- cionar, os mancais devem permitir a movimentação axial do eixo, o que não ocorre quando são utilizados mancais de rolamentos. Portanto, essa solução só é aplicada em bombas com mancais de deslizamento na escora. DISCO E TAMBOR DE BALANCEAMENTO CONJUGADOS Essa solução só é aplicada em bombas com vários impelidores em série e também exige, a exemplo do disco de balanceamento, a utilização de mancais de deslizamento. FIGURA 98 DISCO E TAMBOR DE BALANCEAMENTO Orifício de restrição Para sucção Bucha Câmara de balanceamento Disco e tambor de balanceamento F imp F imp F disco / tambor Câmara intermediária Temos, após o último impelidor, um tambor de balanceamento, se- guido de um disco de balanceamento. Essa solução é uma soma das duas anteriores. PETROBRAS ABASTECIMENTO 176 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 172. Pense e Anote Quando o impelidor da bomba é de dupla sucção e está instalado entreos mancais, bombas BB, o empuxo axial tenderá a compensar-se, ficando aresultante praticamente nula. Se esse impelidor for instalado em balanço,teremos o empuxo axial devido à não-compensação da área do eixo. Resumo Quanto mais nos afastamos da vazão de projeto, maior o esforço radial numa bomba de simples voluta. Na de dupla voluta, os esforços são menores e não variam tanto com o afastamento da vazão de projeto. Nas bombas com difusor, o esforço radial é sempre compensado. Axialmente, os esforços podem ser reduzidos por: Anel de desgaste traseiro com furos de balanceamento. Pás traseiras. Impelidores montados em oposição. Tambor de balanceamento. Disco de balanceamento. Misto (tambor e disco de balanceamento).Bombas operando em paraleloA operação de duas ou mais bombas em paralelo objetiva, normalmente,o aumento de vazão. É comum ouvir afirmações de que a vazão de duas bombas operandoem paralelo é o dobro da que teríamos com apenas uma bomba em ope-ração. Como veremos a seguir, isso não ocorre. Na Figura 99, temos um esquema de duas bombas operando em para-lelo (bombas A e B). É usual nesse tipo de operação a existência de umaválvula de retenção na descarga de cada bomba, evitando que ela venha agirar ao contrário. Sempre que existir a possibilidade de ocorrer um fluxoreverso pela bomba, há necessidade do uso de uma válvula de retenção. As pressões nos pontos X e Y são iguais para as duas bombas. Podemosafirmar que as AMTs das duas bombas serão sempre iguais, desde que asperdas de carga nos ramais das bombas sejam também iguais. Para qual-quer AMT, cada bomba irá contribuir com a sua vazão correspondente. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 177
  • 173. FIGURA 99 ESQUEMA DE BOMBAS EM PARALELOPense eAnote Para obter a curva das bombas operando em paralelo, basta somar as vazões delas para cada AMT. Vejamos na Figura 100 a obtenção da curva para esse tipo de operação. Escolhemos três AMTs e marcamos as vazões “a”, “b” e “c”. Dobramos esses valores e passamos uma linha pelos no- vos pontos para obter a curva correspondente às duas bombas operando em paralelo. Se fossem três bombas em paralelo, marcaríamos três vezes o valor de “a”, de “b” e de “c”. Para quatro bombas, marcaríamos qua- tro vezes e assim sucessivamente para qualquer número de bombas. FIGURA 100 CURVA DE OPERAÇÃO EM PARALELO AMT – m a a a Curva do sistema b b b c c c 1 Bomba 2 Bombas 3 Bombas Vazão m 3/h PETROBRAS ABASTECIMENTO 178 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 174. Pense e Anote O ponto de trabalho, como sempre, será na intercessão da curva dabomba com a do sistema. Na Figura 100, a curva do sistema interceptará acurva para uma bomba na vazão de 28m3/h. Portanto, quando tivermosapenas uma bomba operando, a vazão será esta. Se duas bombas estive-rem operando, o ponto de operação será de 52m3/h, cada bomba contribu-indo com 26m3/h. Com três bombas em paralelo, a vazão seria de 66m3/h,ou seja, cada uma contribuindo com 22m3/h. A vazão com duas bombas em operação só seria o dobro se a curvado sistema fosse uma reta paralela ao eixo da vazão, o que na práticanão ocorre devido à perda de carga crescente que as tubulações apre-sentam com o aumento de vazão. Quanto mais vertical a curva do sis-tema, ou seja, com maior perda de carga na linha, menor o aumentode vazão ao acrescentar bombas em paralelo, conforme pode ser vistona Figura 101. FIGURA 101 VARIAÇÃO DA VAZÃO COM DIFERENTES CURVAS DO SISTEMA AMT – m Curva do sistema 2 Curva do sistema 1 1 Bomba 2 Bombas 3 Bombas Vazão m3 /h Com a curva do sistema 2, a vazão com uma bomba seria de 25m3/h,com duas, seria de 37m3/h, e com três bombas, seria de 43m3/h. A opera-ção da terceira bomba só acrescentaria 6m3/h de vazão ao conjunto. Se as curvas das bombas forem diferentes, como no caso de bombasde modelos distintos, ou se uma delas estiver desgastada, o que resulta-ria em um baixo desempenho, a bomba em melhor estado vai absorveruma vazão maior, conforme pode ser visto na Figura 102. Para obtenção dessa curva, marcamos em ambas curvas as AMTs para150, 120, 90 e 60m e determinamos as respectivas vazões a1, a2, a3 e a4para a bomba A e as vazões b1, b2, b3 e b4 (b1=0). Acima de 150m de AMT,apenas a bomba A terá vazão. A bomba B, mesmo no seu shutoff, não tem PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 179
  • 175. como vencer a pressão de descarga da bomba A nessa região da curva. Abai- xo de 150m de AMT, as duas bombas começam a trabalhar juntas. A Figura 102C mostra a soma das vazões das bombas A e B em paralelo. FIGURA 102Pense e Anote DUAS BOMBAS COM CURVAS DIFERENTES OPERANDO EM PARALELO A Bomba A B Bomba B C Bomba A + B D Bomba A + B + sistema A+B Pt3 PtC Pt1 A PtD Pt2 B PETROBRAS ABASTECIMENTO 180 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 176. Pense e Anote Supondo que a curva do sistema seja a mostrada na Figura 102D, abomba A, operando isoladamente, trabalharia no ponto Pt1 com a vazãode 36m3/h. A bomba B, também operando isoladamente, no ponto Pt2com 33m3/h. As duas, operando em paralelo, no ponto Pt3 com 54m3/h.Nessa condição, a bomba A estaria contribuindo com 30m3/h (ponto C)ea bomba B com 24m3/h (ponto D). A pressão de descarga (AMT) da opera-ção em paralelo é superior à pressão de cada bomba individualmente. PelaFigura 102, se a vazão das duas bombas operando em paralelo caísse paramenos de 23m3/h, apenas a bomba A teria vazão. Nesse caso, a bomba B ficaria operando em shutoff!!! Para saber a contribuição da vazão de cada bomba quando estiverem operando em paralelo, basta conhecer a AMT dessa condição de operação. No caso da Figura 102 é de ~105m. Com esse valor de AMT, basta verificar na curva de cada bomba qual a vazão correspondente. Devemos evitar o uso em paralelo de bombas que possuam os seguin-tes tipos de curvas:BOMBAS COM CURVAS DIFERENTESBOMBAS CURVPela Figura 102D podemos ver que a divisão de vazão é desigual e, de-pendendo da vazão total, uma das bombas pode ficar trabalhando comvazão nula ou com uma vazão muito baixa.BOMBAS COM CURVAS ASCENDENTES E DESCENDENTES(CURVAS INSTÁVEIS)Acompanhar pelas Figuras 103A e 99. Essas curvas passam por um valormáximo de AMT. Suponhamos que a bomba A esteja operando perto daAMT máxima (inferior a 30 m3/h). A sua pressão de descarga estará atu-ando externamente na válvula de retenção da bomba B (ver). Se parti-mos a bomba B, ao atingir sua rotação final, ela estará inicialmente coma pressão de shutoff, que é inferior à pressão da bomba A. Portanto, a PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 181
  • 177. válvula de retenção da bomba B não abrirá, funcionando o sistema ape- nas com a bomba A.Pense e CURVAS PLANASAnote Acompanhar pela Figura 103B. Se uma das bombas estiver desgastada (bomba B mostrada), vai operar com vazão baixa ou até não bombear nada, trabalhando no shutoff. No caso mostrado, abaixo de 40m3/h de vazão, somente a bomba A irá contribuir no bombeamento. A bomba B ficaria trabalhando no shutoff. A curva ideal de bombas para trabalho em paralelo é a que tem um caimento razoável e seja ascendente. FIGURA 103 CURVA DE AMT ASCENDENTE/DESCENDENTE E CURVAS PLANAS CURVA ASCENDENTE/DESCENDENTE A AMT – m Vazão m 3/h CURVAS PLANAS B AMT – m A B Vazão m 3/h Caso seja necessário operar bombas de curvas planas em paralelo, um dos recursos que pode ser usado é o de utilizar um impelidor um pouco maior do que o necessário e colocar um orifício de restrição na descarga da bomba. O orifício irá gerar uma perda de carga crescente com a vazão. Com isso, a curva da bomba ficará inclinada (ver Figura 104). Do ponto de vista de gasto de energia esta solução não é boa. Por isto só é aplicada em bombas de pequena potência. PETROBRAS ABASTECIMENTO 182 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 178. Pense e Anote FIGURA 104 CURVA DA BOMBA COM ORIFÍCIO DE RESTRIÇÃO AMT (m) Curva sem orifício hs1 hs2 Curva com orifício hs3 Vazão m 3/h Placa de orifícioResumoPara obtenção da curva de duas ou mais bombas em paralelo,basta somar as vazões correspondentes às mesmas alturasmanométricas.Duas bombas que operem em paralelo não fornecem o dobro davazão do que teria apenas uma bomba operando. Isso ocorredevido à inclinação da curva do sistema.Deve-se evitar operar em paralelo bombas com: Curvas muito diferentes de AMT x vazão. Curvas instáveis (ascendente/descendente). Curvas planas. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 183
  • 179. Bombas operando em série Geralmente, quando usamos bombas em série, estamos querendo aumen- tar a pressão fornecida ao sistema. Mas, em algumas situações, esse tipoPense e de operação é usado para aumentar a vazão.Anote FIGURA 105 ESQUEMA DE BOMBAS EM SÉRIE Pelo esquema da Figura 105, vemos que a vazão que passa pela bomba A é a mesma que passa pela bomba B. A primeira bomba, A, fornece uma AMT para uma determinada vazão. A segunda bomba, B, acrescentará nes- sa mesma vazão sua AMT. Para elaborar a curva das bombas operando em série, basta somar as AMTs de cada bomba para a vazão em questão. É raro ter mais de duas bombas operando em série, mas, se ocorrer, basta somar suas AMTs. FIGURA 106 BOMBAS IGUAIS OPERANDO EM SÉRIE AMT (m) a 2 Bombas b 1 Bomba c a b c PETROBRAS ABASTECIMENTO 184 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 180. Pense e Anote FIGURA 107 BOMBAS COM CURVAS DIFERENTES EM SÉRIE AMT (m) Bomba A a1 a2 a3 m 3 /h AMT (m) Bomba B b1 b2 b3 m 3/h AMT (m) Bomba A + B em série b1 b2 a1 a2 b3 a3 m 3 /h A curva das bombas iguais operando em série, Figura 106, foi obtidadobrando os valores de AMT “a”, “b” e “c” correspondentes às vazõesde 10, 25 e 40m3/h. A curva das bombas diferentes, Figura 107, foi obtidasomando a AMT da bomba A (a1) com a AMT da bomba B (b1) para a vazãode 10m3/h. Usando o mesmo processo para outras vazões, no caso foramzero, 25 e 40m3/h, obtivemos outros pontos. Basta unir esses pontos eteremos a curva correspondente da operação em série. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 185
  • 181. A operação em série é bastante usada quando o NPSH disponível é muito baixo. Nesse caso, escolhe-se a primeira bomba com baixa rotação, o que resulta em um NPSH requerido menor. Como a primeira bomba eleva a pressão do líquido, o NPSH disponível para a segunda fica bastante con- fortável. Essa segunda bomba é a que costuma ser a grande responsávelPense e Anote pela parcela de AMT do sistema (pressão). Quando usado este sistema, a segunda bomba recebe o nome de booster. As curvas planas são interessantes para operação em série, diferente- mente do que ocorre para as bombas que operam em paralelo. Os ganhos obtidos em relação a uma bomba dependerão da inclinação da curva da bomba e também da inclinação da curva do sistema. Na Figura 108, são mostrados dois exemplos. Na esquerda, as curvas das bombas são bem inclinadas e a curva do sistema é relativamente pla- na. Na direita, temos o inverso, curvas das bombas são planas e do siste- ma, inclinadas. No primeiro caso, o ganho de vazão foi de 10m3/h e, no segundo, de 17m3/h. FIGURA 108 AUMENTO DE VAZÃO COM OPERAÇÃO EM SÉRIE AMT (m) AMT (m) 2 Bombas 1 Bomba Sistema Vazão Vazão m³/h m³/h Para operação de bombas em série, devem ser tomados os seguintes cuidados: Verificar se o flange de sucção e o selo da segunda bomba suportam a pressão de descarga da primeira bomba. As vazões das bombas devem ser compatíveis, ou seja, não podemos colocar uma bomba capaz de bombear muito mais do que a outra. A vazão ficará limitada pela bomba de menor capacidade e, nesse caso, a de maior vazão poderá ter problema de recirculação interna. PETROBRAS ABASTECIMENTO 186 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 182. Pense e Anote Resumo Para obtenção da curva de duas bombas operando em série, basta somarmos as AMTs correspondentes a cada vazão das bombas. É comum a colocação de bombas em série quando temos baixo NPSH disponível. A primeira bomba normalmente é escolhida com baixa rotação, o que reduz o NPSH requerido. Como a segunda bomba terá na sucção a pressão de descarga da primeira, não deverá ter problema de NPSH.Correção para líquidos viscososAs curvas características das bombas centrífugas são elaboradas para água,que possui uma viscosidade muito baixa. Quando utilizamos um líquidocom viscosidade maior, os atritos do líquido no interior da bomba aumen-tam, restringindo o desempenho, sendo necessário corrigir as curvas ela-boradas para água. FIGURA 109 INFLUÊNCIA DA VISCOSIDADE NAS CURVAS DAS BOMBAS H(m) 1cSt Bomba de centrífuga 120cSt 1.200cSt Bomba de deslocamento positivo Q (m³/h) PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 187
  • 183. Pela Figura 109, vemos que, ao aumentar a viscosidade, as bombas centrífugas vão sendo mais afetadas no seu desempenho. Já as bombas de deslocamento positivo são pouco influenciadas, chegando até a me-Pense e lhorar um pouco o desempenho com o aumento da viscosidade.Anote O Hydraulic Institute (HI) fez testes com um grande número de bom- bas diferentes e elaborou uma carta (Figura 110) para determinar os fato- res de correção para vazão, AMT e rendimento das bombas que trabalham com líquidos viscosos. Essa carta é seguida por todos para corrigir o efeito da viscosidade no desempenho das bombas centrífugas radiais. Ela não é válida para bombas de fluxo misto e axial. Embora a carta tenha sido elaborada para corrigir a curva da bomba como um todo, podemos usá-la para um ponto de trabalho apenas. Para determinar os fatores de correção, entrar com a vazão em m3/h pelo eixo inferior do gráfico. Se o impelidor for de dupla sucção, dividir a vazão por 2. Subir verticalmente até o valor da AMT por estágio (havendo mais de um estágio, dividir a AMT total pelo número deles). Deslocar ho- rizontalmente até encontrar o valor da viscosidade. Subir verticalmente e ler os valores de correção: Ch, CQ e CH. São quatro curvas para CH. Qoo corresponde à vazão do ponto de rendimento máximo (BEP – Ponto de Máxima Eficiência) da bomba. Logo, as curvas para obtenção do CH significam: ➜ 0,6Qoo seria para 60% da vazão do BEP – Ponto de Máxima Eficiência. ➜ 0,8Qoo seria para 80% da vazão do BEP – Ponto de Máxima Eficiência. ➜ 1,0Qoo seria para 100% da vazão do BEP – Ponto de Máxima Eficiência. ➜ 1,2Qoo seria para 120% da vazão do BEP – Ponto de Máxima Eficiência. Quando não dispomos da curva original para saber a vazão no BEP, ado- tamos a curva média, que é a de 1,0Qoo. PETROBRAS ABASTECIMENTO 188 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 184. Pense e Anote Para obter os valores corrigidos, aplicamos as fórmulas: Qvisc = Qag x CQ AMTvisc = AMTag x CH visc = ag x C Qvisc x AMTvisc x Potvisc = 274 x visc Q – Vazão (m3/h) AMT – Altura manométrica total (m) – Rendimento Pot – Potência (hp) visc – Viscoso ag – Água CQ – Fator de correção para vazão C – Fator de correção para rendimento CH – Fator de correção para AMT. São quatro fatores: 0,60; 0,80; 1,00; e 1,2 do BEP. – Peso específico em gf/cm3 (o valor numérico é igual ao da densidade) PROBLEMA 9Calcular a vazão, a AMT, o rendimento e a potência de uma bomba que bom-beará um óleo com densidade 0,86 e com viscosidade de 72cSt, sabendoque, para água, esta bomba forneceria 130m3/h, AMT = 58m e um rendimentode 0,66 (66%). A vazão de maior rendimento da bomba é de 170m3/h. Dados Água Qag – 130 m3/h AMTag – 58m ag – 0,66 Óleo Qoo – 170 m3/h dens óleo – 0,86 visc – 72cSt A vazão de 130m3/h corresponde a Q ag 130 = = 0,76 ou 76% do BEP Q oo 170 Adotaremos 0,8Qoo. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 189
  • 185. Entrando com esses dados na carta de viscosidade (Figura 110 – linha pontilhada), obteremos:Pense e C = 0,80 CQ = 0,99 CH = 0,96 (p/ 0,8Qoo)Anote Cálculo do rendimento viscoso: visc = ag x C = 0,66 x 0,80 = 0,53 Cálculo da vazão viscosa: Qvisc = Qag x CQ = 130 x 0,99 = 128,7m3/h Cálculo da AMT viscosa: AMTvisc = AMTag x CH = 58 x 0,96 = 55,7m Cálculo da potência viscosa: Qvisc x AMTvisc x 128,7 x 55,7 x 0,86 Potvisc = = = 42,45hp 274 x visc 274 x 0,53 Resumo Quando a bomba trabalha com líquidos viscosos, a AMT, a eficiência e a vazão sofrem uma redução. O Hydraulic Institute publicou uma tabela na qual, em função da vazão, da AMT e da viscosidade, podemos obter os fatores de correção para as variáveis citadas. As curvas dos fatores de redução da AMT são mostradas para 4 vazões distintas, correspondentes a 60; 80; 100; e 120% da vazão de projeto (BEP – Ponto de Máxima Eficiência) da bomba. Os novos valores para os produtos viscosos são obtidos multiplicando-se os valores para desempenho da bomba para água pelos fatores de correção obtidos. Qvisc = Qag x CQ AMTvisc = AMTag x CH visc = ag x C Qvisc x AMTvisc x Potvisc = 274 x visc PETROBRAS ABASTECIMENTO 190 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 186. Pense e Anote FIGURA 110 CARTA DE CORREÇÃO DE VISCOSIDADE Ch 0,6Qoo 0,8Qoo 1,0Qoo 1,2Qoo Cq Cn mm²/s = cSt 11 19 45 91 22 16 12 61 15 16, 60, 22 6,2 30 4 0 6 5 8 70 17 0 2 21, 11, 80 5 5 31 4 5 350 33, 45, 76 2 8 90 760 4 2 AMT (m) 200 150 100 80 60 40 420 30 25 20 15 10 300 8 1 ,5 8 30 6 4 ,5 6 2 25 2 ,5 3 10 120 80 15 20 50 220 60 100 40 160 4 Engler°LubrificaçãoA lubrificação adequada é fundamental para proporcionar campanhas lon-gas para as bombas.O objetivo da lubrificação de uma bomba, como a de qualquer outro equi-pamento, é o de reduzir o atrito e o desgaste. Para tal, é necessário man-ter um filme de lubrificante separando as superfícies metálicas que pos-sam entrar em contato. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 191
  • 187. FIGURA 111 FILME LUBRIFICANTE SEPARANDO DUAS SUPERFÍCIESPense e Anote F F Contato metálico F F Filme lubrificante Ampliando uma superfície metálica usinada, ou mesmo retificada, veremos que ela é formada por picos e vales. São as rugosidades. Havendo um deslizamento entre duas dessas superfícies, os picos se chocarão e quebrarão, formando novos picos que, com a continuação do movimento, também serão quebrados, e assim sucessivamente. Esse ar- rancar de pequenas partículas levará ao desgaste do material. Colocando entre essas superfícies uma película lubrificante, um óleo que mantenha os picos afastados, eles não mais se tocarão e não haverá mais desgastes. Além de reduzir ou eliminar o desgaste, se houver a formação desse filme lubrificante, teremos uma redução do atrito, uma vez que necessi- taremos de menor força para cisalhar o lubrificante do que para quebrar os picos do material metálico. A finalidade da lubrificação é a de manter um filme de uma espessura adequada através de um produto com características lubrificantes, evitando o contato metálico entre as duas superfícies. Sempre que a espessura des- se filme for inferior à altura dos picos, teremos contato de metal contra metal e, conseqüentemente, desgaste. A propriedade mais importante do lubrificante para garantir esse filme de óleo é a viscosidade. São dois os tipos de mancais utilizados em bombas: mancal de rola- mento e mancal de deslizamento. Algumas bombas usam os dois tipos simultaneamente. Vejamos como funcionam. PETROBRAS ABASTECIMENTO 192 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 188. Pense e Anote FIGURA 112 POSIÇÃO DO EIXO NO MANCAL DE DESLIZAMENTO Óleo Óleo Óleo Eixo Eixo Eixo Eixo parado Eixo partindo Eixo girando Óleo Óleo Eixo Eixo F F Pressão de óleo Distribuição da pressão MANCAL DE DESLIZAMENTOQuando o eixo está parado, apóia-se na parte inferior do mancal, ocasio-nando um contato metálico. Ao iniciar a rotação, a tendência do eixo ésubir no mancal. Mas, ao começar a girar, o eixo bombeia o óleo lubrifi-cante que se encontra entre ele e o mancal, criando uma pressão de óleo.Essa pressão irá gerar uma força, que elevará o eixo ligeiramente do man-cal. Devido ao formato da curva de pressão criada, a tendência do eixo édeslocar-se para o lado oposto de seu movimento inicial. Se o filme deóleo formado for mais espesso que as irregularidades da superfície do eixo,só teremos desgaste na partida da máquina. Se o filme de óleo romper-se, teremos contato metal com metal. Para evitar danos no eixo, a maio-ria desses mancais utiliza uma cobertura de metal bastante macio, cha-mada metal patente. Devido ao formato que o óleo assume no interiordo mancal, é usual falar em cunha de óleo. MANCAIS DE ROLAMENTOA esfera de um rolamento possui uma área de apoio muito reduzida,praticamente um ponto. Qualquer força atuando numa área reduzida gerauma pressão muito elevada. Com esses esforços, ocorre uma deformaçãotanto na esfera quanto na pista, mas dentro do limite elástico, ou seja, PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 193
  • 189. uma vez cessada a força, a deformação deixa de existir. Essa deformação aumenta a área de contato, reduzindo a pressão. O óleo lubrificante é bombeado pelas esferas, formando um filme de óleo, que separa as esfe-Pense e ras das pistas do rolamento.Anote O óleo possui uma propriedade bastante interessante, que é a de au- mentar a viscosidade com o aumento da pressão. Nos rolamentos, o lubri- ficante fica submetido a pressões tão altas que se torna praticamente sóli- do, o que evita o rompimento do filme de óleo formado. Pelos motivos explicados, esse tipo é denominado de lubrificação elasto-hidrodinâmica. Em um rolamento submetido a uma carga, como o peso próprio do con- junto rotativo, somente as esferas inferiores absorverão os esforços. As es- feras na parte superior do rolamento estarão sem carga. Como as esferas giram, ora estarão com carga, ora sem carga, o que pode levar à falha por fadiga, que é um dos principais modos de falha dos rolamentos. As bombas centrífugas horizontais utilizam, com freqüência, mancais de rolamentos. Caso as condições de rotação, juntamente com a carga, levem a uma vida curta dos rolamentos, empregam-se mancais de desli- zamento. O API 610 fixa a vida mínima em 3 anos. Nas bombas verticais, são utilizados principalmente mancais guias (buchas) para manter o eixo centrado na coluna. Para sustentação do con- junto rotativo, algumas bombas utilizam mancal próprio, enquanto ou- tras são sustentadas pelo mancal do acionador. Os fabricantes de rolamentos afirmam que apenas 9% dos rolamentos atingem sua vida normal, ou seja, 91% falham antes do prazo esperado. Portanto, os mancais (com sua lubrificação) e a selagem são os itens que merecem mais atenção nas bombas. Sendo bem tratados e acompanha- dos, podem proporcionar muitos ganhos. Total atenção com mancais e selagem prolonga o tempo de campanha do equipamento!!! A falha catastrófica dos mancais é muito grave nas bombas, já que ocasiona a falha do selo mecânico, com o conseqüente vazamento do lí- quido bombeado. Leva também a roçamentos que podem gerar faíscas, o que, dependendo do produto bombeado, pode gerar um incêndio. Nor- malmente, uma bomba, quando chega a fundir os mancais, terá uma ma- nutenção de alto custo e de tempo prolongado. PETROBRAS ABASTECIMENTO 194 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 190. Pense e Anote Os principais produtos utilizados na lubrificação das bombas são: Graxa. Óleo lubrificante. • Por nível. • Forçada (ou pressurizada). • Por névoa de óleo. • Próprio produto bombeado, fazendo as vezes do lubrificante.Lubrificação por graxaNão é muito usada em mancais de bombas centrífugas nas refinarias, fi-cando restrita a algumas bombas pequenas, bombas de deslocamento po-sitivo e em alguns tipos de acoplamentos (de engrenagem e de grade). Nosmotores elétricos, predomina a utilização da graxa na lubrificação dos ro-lamentos. Nas indústrias, em que o ambiente tem pós em suspensão, éusual o emprego da graxa. Com graxa, as rotações máximas admissíveis nos rolamentos são me-nores do que com óleo. Por exemplo, o rolamento de contato angular7316B pode trabalhar até 3.200rpm com graxa, ou até 4.300rpm com óleo.As caixas de mancais lubrificadas por graxa devem ser preenchidas, nomáximo, até 2/3 do seu volume. Os fabricantes das bombas, na sua mai-oria, recomendam usar graxa à base de sabão de lítio e de consistência 2.Óleo lubrificanteÉ o principal produto utilizado na lubrificação de bombas centrífugas ho-rizontais. Existem três tipos principais de lubrificação com óleo.Lubrificação por nívelÉ usada com óleo lubrificante. O nível de óleo na caixa de mancais é man-tido por meio de um copo nivelador. O nível ficará sempre na linha maisalta do chanfro do copo nivelador (Figura 113A). Para mancais de rolamento, o nível deve ficar situado no centro da es-fera inferior, nível este que é medido com a bomba parada. Para garantira lubrificação, é usual dotar o eixo de anel salpicador de óleo (ver Figura113B). O anel salpicador fica parcialmente mergulhado no nível de óleoe, ao girar, lança o óleo contra a parede da caixa de mancais. Este óleoescorre e cai numa canaleta coletora, que o direciona para os rolamentos.No lado do rolamento radial, o furo E leva o óleo para a parte traseira dorolamento, passa pelo interior do mesmo, retornando ao depósito da caixade mancais. Do lado do mancal de escora, o óleo passa pelo furo F e vaipara a parte traseira dos rolamentos, passando parte dele por dentro dosrolamentos. Para evitar que o nível fique alto nesta região, existe um furoG, que se comunica com o reservatório, garantindo que o nível máximonão será ultrapassado atrás do rolamento. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 195
  • 191. FIGURA 113A LUBRIFICAÇÃO POR NÍVEL NORMAL E COM ANEL PESCADORPense eAnote Copo nivelador Oleadeira Oleadeira Copo nivelador Nível Nível de óleo Dreno Submergência Dreno de óleo FIGURA 113B LUBRIFICAÇÃO COM ANEL SALPICADOR Canaleta coletora de óleo B E F F G G Secção B-B B Vista superior da caixa de mancais Algumas caixas de mancal de rolamentos usam anel pescador. Esse anel trabalha apoiado no eixo da bomba e é arrastado pelo seu giro. Como fica parcialmente mergulhado no óleo, ao girar, arrasta o óleo pela sua superfície interna, depositando-o no eixo e seguindo daí para o mancal, que pode ser de rolamento ou de deslizamento. O óleo empregado na lubrificação de bom- bas é geralmente um tipo turbina com viscosidade ISO 68. Lubrificação forçada ou pressurizada Esse tipo de lubrificação é utilizado somente para mancais de deslizamen- to. Esse sistema é empregado quando a geração de calor no mancal é alta, seja devido à carga, seja à rotação. O sistema de lubrificação forçado ne- cessita, no mínimo, de: uma bomba para circular o óleo, um filtro de óleo PETROBRAS ABASTECIMENTO 196 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 192. Pense e Anote(geralmente duplo), um resfriador e uma válvula de segurança. Alguns sis-temas adotam apenas uma bomba de óleo lubrificante, acionada pelo eixoda bomba principal. Nesse caso, necessitam de um anel pescador nos man-cais para garantir a lubrificação durante a partida e a parada da bomba.Os sistemas mais sofisticados podem ter uma lubrificação segundo o API614, em que temos duas bombas de lubrificação, dois resfriadores de óleo,dois filtros, duas válvulas de alívio, sistema de controle de pressão do óleolubrificante, alarmes e cortes por pressão de óleo e por temperatura dosmancais, entre outros dispositivos.Lubrificação por névoaEsse tipo de lubrificação trabalha com uma mistura de ar e óleo na propor-ção de 200 mil partes de ar para 1 parte de óleo (5ppm). Essa mistura épreparada em um gerador, no qual é empregado um sistema de vórtice parapulverizar o óleo e misturá-lo com o ar. Do gerador, saem as linhas de dis-tribuição da névoa, geralmente de 2 polegadas de diâmetro. Elas possuemum pequeno caimento de modo que qualquer óleo condensado que venhaa aparecer retornará ao tanque do sistema gerador. A pressão de distribui-ção é bem baixa, geralmente de 50mbar, o que equivale a 0,05kgf/cm2 ou20pol H2O. A névoa gerada possui partículas de óleo inferiores a 3 mícrons,sendo adequada para ser transportada, mas não é boa para lubrificação. Próximo de cada equipamento, sai pelo topo da linha de distribuiçãouma linha de 3/4” de diâmetro, que desce até cerca de 1 metro de alturada bomba, onde é instalado um distribuidor. Este possui uma válvula dedrenagem de óleo condensado e seis conexões roscadas, em que são ins-talados os reclassificadores. Para cada ponto a ser lubrificado, correspon-de um reclassificador. O reclassificador possui duas funções básicas: a primeira é dosar a quan-tidade de névoa que será fornecida, e a segunda é a de coalescer (reclassificarou aumentar o tamanho) as partículas de óleo para diâmetros superiores a 3mícrons de modo que fiquem adequadas para lubrificação. A partir do reclas-sificador, sai uma linha de inox de 1/4” que vai até o ponto a ser lubrificado. Nesse tipo de lubrificação, a caixa de mancal trabalha sem nível de óleo.O óleo condensado e a névoa residual saem pelo dreno da caixa de man-cal da bomba, onde existe um coletor transparente, que permite avaliarvisualmente o estado do óleo. Na parte inferior desse coletor transparen-te, temos uma válvula que possibilita drenar o óleo. Na parte superior, temos uma tubulação de inox de 3/8” que vai atéuma caixa com cerca de 4 litros, denominado coletor ecológico. Na tam-pa desta caixa temos uma linha de vent, pela qual sai a névoa não con-densada para a atmosfera ou para um sistema de recuperação de névoaresidual. O óleo condensado fica na caixa ecológica, da qual posteriormenteretirado. As principais vantagens desse sistema são: Aumento da vida dos rolamentos. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 197
  • 193. Redução da temperatura da caixa de mancais (em média 15%). Os rolamentos trabalham com um óleo sempre limpo. Por ficar levemente pressurizada, não entram umidade nem pós na caixa de mancais. Como o coeficiente de atrito é menor, a potência consumida pela bomba cai.Pense e Anote Na maioria dos casos, a água de resfriamento pode ser eliminada da caixa de mancais. Eliminação do uso de copo nivelador, do cachimbo, anéis salpicadores e pescadores (este último só no caso de rolamentos). FIGURA 114 SISTEMA DE GERAÇÃO E DE DISTRIBUIÇÃO DE NÉVOA Sistema de LubriMist ® Típico Motor Tubo 3/4” Reclassificador elétrico Perna de Bomba dreno Tubulação principal 2” Distribuidor Reclassificador Válvula de dreno Distribuidor Console gerador de névoa modelo IVT Coletor ecológico Baixada Sistema de Distribuição Distribuidor FIGURA 115 NÉVOA PURA PARA BOMBAS API ANTIGAS E NOVAS Reclassificador Distribuidor Tubing 1/4” Coletor transparente Vent Tubing 3/8” Ladrão Coletor Dreno de cléo ecológico Névoa para bombas antigas Névoa para bombas API novas PETROBRAS ABASTECIMENTO 198 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 194. Pense e Anote Nas bombas tipo API anteriores à 8a edição, a névoa entra pelo centroda caixa de mancais e sai pelo centro. Nas novas, quando especificado queserão lubrificadas por névoa, o fabricante já fornece entradas independentespara cada mancal, obrigando toda névoa injetada a passar pelos rolamen-tos (Figura 115). O reclassificador mais usado é o tipo névoa (ver Figura 116). Somenteeste modelo é montado no distribuidor. Os outros são montados próxi-mo ao ponto a ser lubrificado. O reclassificador do tipo névoa possui anumeração 501, 502, 503, 504 e 505. Quanto maior o número, maior avazão de névoa. O tipo spray forma uma névoa mais densa e é usadoquando temos rolamentos de rolos. O tipo condensado forma gotículasmaiores de óleo e é utilizado para engrenagens. O reclassificador direcional é empregado principalmente em bombasBB, sendo roscado na caixa de mancal e com seu furo apontado para ocentro da esfera do rolamento (ver Figura 117). Ele possui uma marca ex-terna para orientar a posição do furo durante a montagem. FIGURA 116 TIPOS DE RECLASSIFICADORES Spray Névoa Condensado Direcional Furo PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 199
  • 195. FIGURA 117 UTILIZAÇÃO DO RECLASSIFICADOR DIRECIONALPense eAnote Reclassificador direcional Reclassificador direcional Coletor ecológico O sistema de névoa até agora descrito é denominado névoa pura. Exis- te também o de névoa de purga. FIGURA 118 NÉVOA DE PURGA Reclassificador Distribuidor Válvula de dreno Controle de nível Óleo Visor de Para caixa acrílico coletora Os mancais de deslizamento necessitam de óleo para a formação da cunha que irá garantir a sustentação do eixo. Por isso, nesse tipo de man- cal, é adotado o sistema de névoa de purga, sendo mantido o nível de lubrificante original. Essa névoa serve para pressurizar a caixa de mancal (evitar a entrada de umidade e pós) e para completar o nível de óleo. PETROBRAS ABASTECIMENTO 200 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 196. Pense e AnoteLubrificação pelo próprio fluidoMuito usada em bombas verticais, nas quais o próprio fluido bombeadolubrifica os mancais guias. Nas bombas com acoplamento magnético e nasbombas canned, ambas sem selagem, também é usual o líquido bombe-ado ser utilizado na lubrificação dos mancais. Nessas bombas, o mancalcostuma ser de carbeto de tungstênio ou carbeto de silício. A bomba canned, que significa “enlatada” em inglês, possui o impelidor montado no eixo do motor elétrico. As bobinas do motor ficam separadas do rotor por um cilindro de chapa, daí seu nome. FIGURA 119 BOMBAS CANNED E DE ACOPLAMENTO MAGNÉTICO Bomba Canned Estator do motor Mancal Radial Vendação dos cabos Luva de eixo Impelidor Mancal de escora Bomba de acoplamento magnético Ímãs Mancais Caixa de mancais convencional PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 201
  • 197. As principais falhas dos mancais das bombas são devido: À MONTAGEM INADEQUADA Pancadas, sujeiras etc.Pense eAnote À ENTRADA DE FLUIDOS ESTRANHOS NA CAIXA DE MANCAL Água, produto bombeado, vapores e gases. À ENTRADA DE SÓLIDOS NA CAIXA DE MANCAL Catalisadores, pós etc. AO NÍVEL DE ÓLEO OU À QUANTIDADE DE GRAXA INADEQUADOS NAS CAIXAS DE MANCAIS AOS ESFORÇOS ELEVADOS Vibração, desalinhamento entre bomba e acionador, desbalanceamen- to, esforços da tubulação etc. ÀS TOLERÂNCIAS INCORRETAS Diâmetro do eixo, diâmetro da caixa, raios de concordância etc. AO DESALINHAMENTO ENTRE OS DOIS ALOJAMENTOS DOS ROLAMENTOS À QUALIDADE DOS ROLAMENTOS Falsificação, produtos de 2a linha, estocagem inadequada etc. À QUALIDADE E LIMPEZA DO LUBRIFICANTE Viscosidade não adequada, abastecimento com funil ou regador sujo etc. AO AQUECIMENTO EXCESSIVO DO LUBRIFICANTE Oxidação e redução da vida do óleo. À OPERAÇÃO DA BOMBA FORA DO PONTO DE PROJETO Cavitação, recirculação, aumento de esforços radiais e axiais. A umidade no óleo lubrificante é um dos vilões que o levam a falhar prematuramente por deficiência de lubrificação. Estudos dos fabricantes de rolamentos indicam que a vida de um rolamento cai para menos da metade quando o óleo lubrificante possui 300ppm de água. O fabricante do óleo já o fornece com 100ppm de água. Nesses níveis, a água está dis- solvida no óleo e não é percebida. Para identificá-la, é necessária a realiza- ção de testes específicos de laboratório. Nem por centrifugação ela conse- gue ser separada porque está dissolvida. Somente com aplicação de vá- PETROBRAS ABASTECIMENTO 202 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 198. Pense e Anotecuo ou com processos de transferência de massa é conseguida a separa-ção. Após 350ppm, nas temperaturas usuais da caixa de mancal, é que aágua consegue ser detectada visualmente no óleo, porque fica emulsio-nada. A principal fonte de água no óleo é a umidade do ar. 300ppm de teor de água significa que temos 300 partes de água em cada 1.000.000 de partes da mistura água/óleo. Isto corresponde a 300 3 0,03 300 ppm = = = = 0,03% 1.000.000 10.000 100 o que significa algumas gotas numa caixa de mancais. Na Figura 120, temos um gráfico com a vida relativa do rolamento emfunção da umidade existente no óleo. Com 100ppm de água, a vida dorolamento é considerada normal, recebendo o valor de 100%. Se a umida-de do óleo baixasse em quatro vezes, ficando em 25ppm, o rolamentoteria uma vida relativa de 230%, o que significa que o rolamento aumen-taria sua vida em 2,3 vezes. Se a falha ocorresse a cada ano, passaria a sera cada 2,3 anos. Por outro lado, se a umidade aumentar três vezes, indo para 300ppm,a vida será reduzida para 45% da normal. O rolamento que teria vida útilde 1 ano passaria para 0,45 ano, ou pouco mais de 5 meses. Provavel-mente, a maioria dos óleos das caixas de mancais das bombas deve estarcom mais de 300ppm de água, o que reduz significativamente sua vida. A Figura 120 mostra que, ao passar de 100 para 200ppm, a redução éde quase 50% na vida útil. Depois dos 1.000ppm, a queda passa a ser bemlenta. Nos percentuais mais baixos de água, um pequeno aumento na con-centração de água causa redução considerável. A temperatura de trabalho do óleo é um fator importante para sua vidae, como conseqüência, a do mancal. Quanto maior a temperatura, maiora oxidação, degradando rapidamente o óleo. Os óleos usados em lubrifi-cação possuem aditivos antioxidantes que são consumidos mais rapida-mente à medida que o trabalho é executado em temperaturas altas. NaFigura 121, a SKF mostra que um óleo trabalhando na temperatura de 30ºCdura 30 anos. O mesmo óleo a 100ºC dura apenas 3 meses. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 203
  • 199. FIGURA 120 VIDA RELATIVA DOS ROLAMENTOS VERSUS TEOR DE ÁGUA NO ÓLEO Vida relativa dos rolamentosPense e Anote baseada em 100% para 100ppm de água % da vida relativa ppm da água no óleo FIGURA 121 VIDA DO ÓLEO EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA DE TRABALHO Vida do óleo Vida em anos Temperatura (°C) PETROBRAS ABASTECIMENTO 204 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 200. Pense e Anote Resumo Os mancais das bombas são lubrificados por: graxa, óleo lubrificante ou pelo próprio produto bombeado. A principal graxa utilizada nos rolamentos é à base de sabão de lítio e de consistência 2. As caixas de mancais para graxa devem ser preenchidas apenas com 2/3 do seu volume. Os óleos lubrificantes usados nas bombas são normalmente do tipo turbina com viscosidade ISO 68 como, por exemplo, o Marbrax 68. A lubrificação por óleo pode ser por: LUBRIFICAÇÃO POR NÍVEL Pode ser com ajuda de anel salpicador (fixo ao eixo), ou anel pescador (arrastado pelo giro do eixo). LUBRIFICAÇÃO FORÇADA A vazão e a pressão de óleo são fornecidas por uma bomba de lubrificação. LUBRIFICAÇÃO POR NÉVOA A lubrificação é realizada por uma mistura de ar com óleo na proporção de 5ppm de óleo. O nível de óleo normalmente é no meio da esfera inferior do rolamento. A temperatura do óleo lubrificante e o teor de água no óleo são dois fatores que, quando altos, reduzem sensivelmente a vida dos lubrificantes e, conseqüentemente, dos mancais.AcoplamentoA função básica do acoplamento é a de transmitir o torque do acionadorpara a bomba. Os acoplamentos flexíveis possuem como funções complementares:absorver desalinhamentos e amortecer vibrações que poderiam sertransmitidas de uma máquina para outra. Os acoplamentos rígidos nãopossuem essas funções. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 205
  • 201. FIGURA 122 TIPOS DE ACOPLAMENTOSPense e Anote A GRADES B LÂMINAS FLEXÍVEIS C GARRAS D PINOS COM E CORRENTES F LÂMINAS COM ELASTÔMEROS ESPAÇADOR G GRADES COM EIXO H ENGRENAGENS I TIPO PNEU FLUTUANTE J RÍGIDO K LÂMINAS COM ESPAÇADOR Furo máximo Diâmetro máximo DBSE distância entre pontas de eixo DE LÂMINAS FLEXÍVEIS PETROBRAS ABASTECIMENTO 206 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 202. Pense e Anote Existe uma grande diversidade de acoplamentos. Os principais tiposempregados são: Rígido. De lâminas ou discos flexíveis. De engrenagens. De garras com elastômero. Tipo pneu. De pinos amortecedores. De correntes. O acoplamento rígido é simplesmente uma conexão. É bastante usadoem bombas verticais quando seu eixo é sustentado pelo mancal doacionador. Bombas horizontais não utilizam esse tipo de acoplamento. Para facilitar a desmontagem das bombas, é comum o uso de umespaçador no acoplamento. No caso de bombas em balanço, como as OH1e OH2, é o espaçador que permite que elas sejam retiradas da base semnecessidade de movimentar o acionador e a sua carcaça. Em bombas comimpelidor entre os mancais, tipo BB, é o espaçador que permite a trocado rolamento e do selo do lado acoplado sem grandes desmontagens. Quando a distância é muito grande entre as pontas de eixo, o empregodo espaçador pode levar a um peso excessivo no acoplamento. Nessescasos, podemos adotar o acoplamento com eixo flutuante. Consiste no usode dois acoplamentos, um em cada extremidade, interligados por um eixo.Geralmente, os dois acoplamentos utilizados são híbridos, metade flexívele metade rígido. Atualmente, a preferência é pelos acoplamentos que não exigemlubrificação. Os lubrificados possuem as seguintes desvantagens: Necessidade de parar a bomba para sua lubrificação, o que ocorre a cada 6 meses. Necessidade de abrir o acoplamento para retirar a graxa antiga. Se lubrificarmos sem abrir o acoplamento, a graxa tomará caminhos preferenciais, realizando apenas uma renovação parcial. Custo da mão-de-obra e da graxa empregada na lubrificação. Na seleção de um acoplamento, devemos sempre utilizar o catálogodo fabricante. Os acoplamentos são dimensionados principalmente pelotorque. Temos sempre de verificar se a rotação máxima recomendada pelofabricante atende à de trabalho do equipamento e se o furo máximopermitido comporta tanto o eixo da bomba quanto o do acionador. Esteúltimo costuma ter o diâmetro maior. Nos catálogos, são fornecidos coeficientes de segurança ou de serviço,FS, que são valores a serem multiplicados pela potência para a seleção.No caso de bombas centrífugas, os fabricantes quase sempre especificam PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 207
  • 203. FS = 1,0 . Entretanto, é aconselhável usar segurança adicional, principalmente nos acoplamentos de lâminas flexíveis, adotando, por exemplo, FS = 1,1.Pense e Para efeito de dimensionamento, sempre utilizamos a potência de placaAnote do acionador, embora saibamos que a bomba normalmente exige menos potência. Essa sobra fica como um fator de segurança adicional. PROBLEMA 10 Selecionar um acoplamento para uma bomba que gira a 3.550rpm e cujo motor possui a potência de 60hp. O diâmetro na região do acoplamento do eixo da bomba é de 60mm e do motor é de 70mm. A distância entre as pon- tas dos eixos é de 127mm (5"). Usar a tabela fornecida a seguir para aco- plamento tipo M. Dados: Potência – 60hp Rotação – 3.550rpm Diâmetro eixo bomba – 60mm Diâmetro eixo motor – 70mm TABELA 26 DADOS DO ACOPLAMENTO rpm Máx. hp/ Furo Peso kg Tamanho máximo 1.000rpm máximo s/furo 4M 6.000 1,3 33 2,7 5M 6.000 2,2 38 3,6 6M 6.000 3,0 46 4,5 7M 6.000 5,9 56 6,8 8M 5.000 11,8 67 14,0 9M 4.500 17,7 71 16,0 10M 3.750 23,7 83 23,0 11M 3.600 34,0 91 27,0 Adotando o fator de segurança de 1,1, temos: Potência para seleção = Pot. acionador x FS = 60 x 1,1 = 66hp PETROBRAS ABASTECIMENTO 208 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 204. Pense e AnoteCálculo do torque: Pot Pot 66 66 Torque = = = = = 18,6 hp/1.000rpm Rot rpm/1.000 3.550/1000 3,55A divisão da rpm por 1.000 é devido ao fato de a tabela de seleção estarbaseada em hp/1000rpm. Esta unidade é bastante comum nos catálogosde seleção dos acoplamentos.Entrando na tabela com o valor imediatamente acima de 18,6, achamos23,7hp/1.000rpm, o que corresponde ao acoplamento 10M. Sua rotaçãomáxima admitida é de 3.750rpm (a da bomba é 3.550rpm) e o furo máximoadmissível é de 83mm (bomba 60mm e motor 70mm). Portanto, oacoplamento escolhido atende e deverá ser de 10M com espaçador de127mm.Se o furo máximo fosse inferior ao desejado, teríamos de selecionar umtamanho acima que comportasse o diâmetro do eixo.Se a rotação máxima permitida do acoplamento selecionado for inferior àdesejada, poderemos consultar o fabricante do acoplamento sobre o novolimite de rotação, caso ele seja balanceado dinamicamente. Se ainda assimnão atender, escolher um outro modelo de acoplamento que comporte arotação desejada.Em alguns desenhos de equipamentos vindos do exterior, aparecem as letrasDBSE com relação ao acoplamento. Essas letras são de Distance BetweenShafts End, que significa “o afastamento entre as pontas dos eixos doacionador e do acionado”.Resumo Há uma preferência por acoplamentos sem lubrificação em face da necessidade de parar as bombas para abrir o acoplamento a fim de realizar uma lubrificação adequada. Quando dimensionar um acoplamento para bombas, usar sempre um fator de serviço, FS, igual ou superior a 1,1. Os acoplamentos são dimensionados pela capacidade de transmitir torque (potência/rotação). Uma vez selecionado, há necessidade de verificar se ele comporta os diâmetros dos eixos da bomba e do acionador. Temos também de verificar se a rotação máxima especificada pelo fabricante do acoplamento atende à rotação da bomba. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 209
  • 205. Seleção de bombas As bombas são escolhidas, principalmente, em função das suas caracte- rísticas. Exemplificando, se o NPSH disponível pelo sistema for muitoPense e baixo, podemos especificar uma bomba de dupla sucção ou uma comAnote indutor de NPSH, que possuem NPSH requerido mais baixo. Se, ainda assim, essas bombas não atenderem, podemos optar por uma bomba vertical com o comprimento adequado, de modo que teremos uma co- luna de líquido sobre o impelidor, aumentando o NPSH disponível. Al- gumas partes da especificação provêm de normas, como no caso do API 610 que, entre outras coisas, recomenda carcaça partida radialmente para os seguintes casos: Temperatura do produto maior ou igual a 200ºC. Líquidos inflamáveis ou perigosos com densidade menor do que 0,7 na temperatura de bombeamento. Líquidos inflamáveis ou perigosos com pressão de descarga acima de 100bar. É usual, antes de fazer a especificação final, consultar alguns fabricantes para garantir a existência e a disponibilidade de bombas que atendam ao desejado. Uma vez escolhido o fabricante e o tipo da bomba a ser usada, entramos com a vazão e a AMT na carta de seleção para identificar o tamanho da bomba e a rotação de trabalho que irá atender ao especificado. Escolhido o tamanho da bomba, entramos na sua família de curvas e definimos o diâmetro do impelidor, o NPSH requerido e o rendimento, o que permite o cálculo da potência consumida. O NPSH requerido na vazão especificada terá de ser menor do que o NPSH disponível. Sempre que possível, a bomba deve ser escolhida para trabalhar perto do seu BEP – Ponto de Máxima Eficiência, evitando assim que venha a ter problemas de recirculação interna e esforços radiais maiores. Vamos a um exemplo de seleção de uma bomba. PROBLEMA 11 Determinar o modelo da bomba, o diâmetro do impelidor, o NPSH requeri- do e a potência para uma bomba que irá trabalhar nas seguintes condições: Vazão – 50m3/h Produto bombeado – querosene Pressão de sucção – 0,6kg/cm2M Densidade – 0,80 Pressão de descarga – 16,6kg/cm2M Temperatura – 30ºC AMT – 200m Viscosidade – 1,55cSt NPSHdisp – 10m Pressão de vapor a 80ºC – 0,8kg/cm2A PETROBRAS ABASTECIMENTO 210 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 206. Pense e Anote Com a vazão de 50m3/h e com a AMT = 200m, entramos na Figura123 para bombas com 3.550rpm e determinamos a bomba 40-315. FIGURA 123 CARTA DE SELEÇÃO DE TAMANHOS H (m) n = 3500 40 - 315 50 - 315 50 65 32 - 250 40 - 250 250 80 - 250 250 40 80 - 200 50 - 200 32 - 200 200 100 65 - 200 200 32 - 160 40 - 160 50 65 160 160 100 80 - 160 160 32 - 125 40 - 125 50 - 125 65 125 Q (m³/h) Como a viscosidade do querosene é baixa, não necessitamos de fatoresde correção. Entramos nas curvas da bomba 40-315, Figura 124, com a vazão e coma AMT, e marcamos o ponto de trabalho. Com esse ponto, obtemos o diâmetro do impelidor, o rendimento, oNPSH requerido e a potência para água. Diâmetro do impelidor = 322mm. Rendimento = 49% NPSHreq = 7m Potência = 76cv para água cuja densidade = 1 A potência varia diretamente com a densidade (ou peso específico). Paraquerosene com densidade de 0,8, a potência será de: Pot = 76 x 0,8 = 60,8cv Da Tabela 11, temos: 1cv = 0,986hp PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 211
  • 207. A potência consumida em hp será: hp Pot = 60,8cv x 0,986 = 59,9hp cvPense e Anote Poderíamos também ter estimado a potência de uma forma mais precisa pela fórmula: EQUAÇÃO 7 Q x AMT x 50 x 200 x 0,8 Pot = = = 59,6hp 274 274 x 0,49 FIGURA 124 CURVAS DA BOMBA 40-315 PETROBRAS ABASTECIMENTO 212 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 208. Pense e Anote A pequena diferença de potência encontrada pelos dois métodos édevido à imprecisão do gráfico. Como o NPSH disponível é de 10m e o requerido é de 7m e, portanto,o NPSHdisp > NPSHreq, a bomba selecionada atende. Se o NPSH não atender, podemos tentar uma bomba de tamanhoimediatamente acima ou uma outra com menor rotação, o que logicamentelevaria a uma bomba maior. Resumo Depois de escolhidos o tipo e o fabricante da bomba, entramos na carta de seleção com a vazão e a AMT desejadas e determinamos o tamanho da bomba e a rotação em que será necessário operar. Com o tamanho escolhido, entramos na família de curvas de AMT x vazão dessa bomba para escolher o tamanho do impelidor que irá atender ao especificado. Podemos retirar também o rendimento e o NPSH requerido a partir da vazão desejada. Verificamos então se o NPSH requerido é inferior ao NPSH disponível do sistema. A potência para água pode ser obtida diretamente do gráfico, devendo ser corrigida para a densidade (ou peso específico) do líquido que será bombeado. Podemos também calcular a potência pela sua fórmula (equação 7).Análise de problemas de bombascentrífugasToda bomba que deixa de atender ao processo ou apresenta algum sinto-ma que resulta em risco operacional, como vazamento ou vibração alta,necessita de análise para determinar as ações a serem tomadas. Antes de abrir uma bomba que não esteja cumprindo seu papel ade-quadamente, devemos ter certeza de que o problema é da bomba. Muitasvezes o problema está nas condições do processo ou no sistema e, nessecaso, a abertura da bomba não é a solução para o caso. Algumas situações permitem um diagnóstico imediato da falha, comoo vazamento pelo selo ou o travamento do conjunto rotativo, problemas PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 213
  • 209. estes que são visíveis. Na abertura da bomba, as peças devem ser exami- nadas para identificar o motivo da falha. Outros tipos de situações neces- sitam de uma investigação para determinar sua causa.Pense e Não devemos apenas substituir as peças danificadas, mas tentar en-Anote tender que motivo levou à falha e tomar as providências para evitar sua repetição. A seguir, analisaremos os problemas mais freqüentes que ocorrem na operação de bombas centrífugas e que necessitam de investigação. Vamos dividi-los em cinco categorias principais: Bombas que não estão atendendo em vazão ou pressão de descarga. Bombas que apresentam vibração ou ruído. Bombas que estão exigindo potência acima da esperada. Bombas que apresentam aquecimento excessivo nos mancais. Bombas com vazamentos. Muitas vezes, o problema pode ser enquadrado em mais de uma das situações acima. Bombas que não estão atendendo em vazão ou pressão na descarga Uma bomba, estando em boas condições, deve trabalhar sobre suas cur- vas de AMT e de potência versus vazão. Entende-se como em boas con- dições: 1. NPSH disponível acima do requerido (sem cavitação). 2. Vazão acima da mínima de fluxo estável (sem recirculação interna). 3. Rotação correta. 4. Impelidor no diâmetro correto e sem problemas de desgaste ou obs- trução interna. 5. Carcaça ou difusores sem desgaste. 6. Folgas de anéis de desgaste e das buchas dentro de valores recomen- dados. 7. Líquido dentro das condições de projeto (densidade e viscosidade). Pequenos desvios em relação aos pontos das curvas são aceitáveis, seja pela imprecisão do método de medição no campo, seja pela diferença de desempenho de um impelidor para outro que, por serem peças fundidas, sempre apresentam pequenas variações na forma. No diagrama de bloco a seguir, Figura 125, procuramos fazer essa aná- lise partindo das verificações mais fáceis de serem executadas para as mais trabalhosas. Partimos do pressuposto de que a bomba operava satisfato- riamente antes, ou seja, não é um problema de projeto ou da seleção da bomba para a aplicação na qual está sendo utilizada. PETROBRAS ABASTECIMENTO 214 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 210. Pense e Anote FIGURA 125 DIAGRAMA PARA DETERMINAÇÃO DE PROBLEMAS DE VAZÃOOU BAIXA PRESSÃO DE DESCARGA EM BOMBAS CENTRÍFUGAS Problema de baixa vazão ou pressão na descarga INÍCIO N N Verificar abrindo Bomba opera Bomba está vent da carcaça cavitando? escorvada? (cuidado se a bomba tiver vácuo na sucção) S S N N Vazão > projeto? Rotação correta? Corrigir rotação S S Viscosidade e N Solicitar correção Corrigir a vazão densidade para operação normais? S S N N Pressão de Ponto AMT x Q sucção normal? igual da curva? Desgaste interno S Ponto POT x q N Desgaste interno Desgaste interno igual da curva? S Verificar motivo do aumento da perda de carga Bomba em na sucção bom estado PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 215
  • 211. A BOMBA ESTÁ CAVITANDO? BOMBA CAVIT VITANDO? Começamos com esta pergunta por ser a mais fácil de responder. A cavita- ção é facilmente identificável pelo ruído característico, parecido com o dePense e “batida de pedras” na carcaça, pela alta vibração e pela oscilação das pres-Anote sões de sucção e da descarga. Cavitação ocorre, normalmente, quando a bomba está trabalhando com vazões altas, tornando o NPSH disponível inferior ao NPSH requerido. Como a bomba está apresentando baixo desempenho, ou seja, não está conseguindo aumentar sua vazão, a recirculação interna, que ocorre quan- do trabalhamos com vazões baixas, não é uma causa provável. Nos casos de bombas com pressão de sucção negativa, convém verificar a possibilida- de de estar entrando ar pelas juntas dos flanges ou pela selagem. Se a resposta à pergunta sobre cavitação for positiva, uma das prová- veis causas é o aumento da perda de carga na linha de sucção (redução do NPSH disponível), que pode ter sua origem em: ✔Alguma obstrução parcial na linha de sucção, como válvula parcialmen- te fechada, filtro sujo etc. ✔Bomba operando com vazão mais alta do que a de projeto. Vazão maior significa maior NPSH requerido e menor NPSH disponível, portanto, mais propício à cavitação. ✔Aumento da viscosidade do líquido (caso de líquidos viscosos), que pode ocorrer pela redução da temperatura de bombeamento. O aumen- to da viscosidade aumenta as perdas de carga, reduzindo a pressão de sucção e o NPSH disponível. Se for decorrente do desgaste da bomba (aumento do NPSH requeri- do), sua origem é: ✔Bomba com folgas internas altas; por exemplo, se os anéis de desgaste ou a luva espaçadora entre o primeiro e o segundo estágios estiverem com folga excessiva, uma boa parte da vazão irá retornar internamen- te da descarga para a sucção. Para efeito de cavitação, é como se esti- vesse bombeando adicionalmente esse acréscimo de vazão. ✔Desgaste no impelidor, alterando suas características na região de suc- ção. Desgastes na região da voluta não afetam o NPSH requerido. Cavitação só ocorre no primeiro estágio de bombas multi-estágios. No segundo estágio, o NPSH disponível já é alto. PETROBRAS ABASTECIMENTO 216 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 212. Pense e Anote Os meios de tirar uma bomba da condição de cavitação, por ordem defacilidade, são:1. Verificar a possibilidade de aumentar o nível do líquido no vaso de suc- ção. Alguns sistemas possuem controle de nível nesse vaso, bastando, nesse caso, alterar o valor de controle (set point).2. Reduzir a perda de carga na linha de sucção, por exemplo, verificando se o filtro da sucção está sujo ou se alguma válvula está parcialmente fechada.3. Limitar a vazão máxima da bomba em um valor em que não tenha- mos ruído ou vibração.4. Resfriar o líquido (reduz a pressão de vapor), desde que as condições demandadas pelo processo (antes e depois da bomba) o permitam.5. Verificar com o fabricante da bomba se existe outro modelo de impe- lidor que atende a necessidade do processo e com NPSH requerido mais baixo para essa carcaça.6. Verificar se o modelo da bomba permite a instalação de um indutor de NPSH.7. Avaliar se o aumento do diâmetro da linha de sucção, ou a simplificação do encaminhamento da linha, ou a eliminação de acessórios instalados nela, com a conseqüente redução da perda de carga, trará o ganho ne- cessário para evitar a cavitação.8. Elevar o vaso de sucção ou rebaixar a bomba.9. Alterar o material do impelidor para aço inoxidável, o qual resiste mais à cavitação. Dentre os materiais usuais, o que apresenta menor des- gaste é o ASTM A-743 CA6NM, que possui 12% de Cr. Essa solução ten- ta atenuar o efeito da cavitação. É usada para conviver com o proble- ma, aumentando apenas o tempo de falha do impelidor. Quando a bomba succiona de um vaso fechado, em que temos equilíbrio entre as fases líquidas e de vapor (ver Figura 126), o NPSH disponível para uma determinada vazão irá depender apenas do nível da coluna do líquido e da perda de carga entre o vaso e a bomba. A pressão de vapor acaba se cancelando, uma vez que a ela é somada para aumentar a pressão na sucção Ps, mas depois ela é subtraída para obter o NPSH disponível. Portanto, alterar a temperatura do líquido para mudar a pressão de vapor no caso de vasos fechados não resolverá o problema. O melhor meio de aumentar o NPSH disponível é aumentar a altura da coluna de líquido (nível do vaso), ou reduzir as perdas de carga na linha de sucção. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 217
  • 213. FIGURA 126 PRESSÃO DE VAPOR E NPSHPense e Anote Pvap Altura da coluna do líquido Ps h Ps = P vapor + P col líq – perdas de carga Ps + Patm – Pvap V2 NPSHdisp = + +h 2g Caso a bomba não esteja cavitando, passamos ao seguinte questiona- mento: A BOMBA ESTÁ ESCORVADA? A verificação pode ser feita com a bomba em funcionamento. Podemos abrir um pouco o vent da carcaça. Se vapores saírem, é sinal de que não temos apenas líquido no interior da bomba, o que reduzirá seu desempe- nho. As razões para isso podem ser: ✔A bomba pode não ter sido completamente cheia de líquido (escorva- da) antes da partida. ✔Entrada de ar pelas juntas da linha de sucção ou pelas gaxetas (somen- te no caso de bomba com pressão negativa na sucção). ✔A submersão da linha de sucção pode ser pequena, permitindo a for- mação de vórtice e, conseqüentemente, entrada de ar ou de gases. ✔O líquido contém quantidade excessiva de gases dissolvidos. Se tudo estiver correto, vamos ao passo seguinte. A ROTAÇÃO ESTÁ CORRETA? Sabemos que a vazão varia diretamente com a rotação e a AMT com o seu quadrado. Portanto, se a rotação estiver mais baixa, a bomba pode não atender ao processo. A solução, nesse caso, é ajustar a rotação. Caso não consigamos devido ao fato de a potência do acionador já ser a máxima, temos de diagnosticar se o problema é da bomba, que está exigindo mai- or potência ou do acionador, que apresenta alguma deficiência. PETROBRAS ABASTECIMENTO 218 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 214. Pense e Anote A rotação pode ser medida por meio de tacômetros com fita de refle-xão ou por meio de aparelhos de vibração que possuam filtros de freqüên-cias. Podem também ser usados freqüencímetros de lâminas (tacômetrosde Frahm), muito empregadas nas turbinas mais antigas. Baixa rotação só ocorre em turbinas a vapor, motores de combustãointerna, ou com motores elétricos que possam ter sua rotação modifica-da. Motores elétricos comuns trabalham sempre na rotação especificada,ou próximo a ela, devido a um pequeno aumento da carga. Se não tive-rem potência suficiente para trabalhar na rotação especificada, irão atuaro sistema de proteção por alta corrente elétrica ou queimarão.O PRODUTO ESTÁ COM SUAS ESPECIFICAÇÕES CORRETAS?O aumento de viscosidade atua de dois modos negativos no desempenhoda bomba: aumenta a perda de carga nas linhas de sucção e de descarga,exigindo da bomba para a mesma vazão AMT maior; e afeta negativamen-te o desempenho da bomba, reduzindo a AMT, a vazão e o rendimento.Portanto, não devemos desprezar sua importância no diagnóstico de pro-blemas nas bombas que trabalham com líquidos viscosos. A alteração da temperatura de bombeamento é uma das principais res-ponsáveis pela alteração da viscosidade. Quanto menor a temperatura,maior a viscosidade. Quanto maior a viscosidade, menor a vazão e a pres-são de descarga numa bomba centrífuga. A modificação da temperatura influencia também o peso específico (oua densidade) do produto. Na prática, para um mesmo produto, essas va-riações de densidade costumam ser pequenas, a não ser em casos de gran-des variações de temperaturas. Ocorrendo modificação do peso específi-co ( ), temos alteração das pressões e da potência. A AMT (head) fornecida pela bomba centrífuga para uma determinadavazão é sempre a mesma. Se o peso específico for reduzido, a pressãotambém será reduzida na mesma proporção. A potência também irá variar diretamente com o peso específico.A BOMBA ESTÁ OPERANDO EM UM PONTO DA SUACURVA DE AMT X VAZÃO?De posse da AMT e da vazão da bomba, podemos verificar se está traba-lhando sobre sua curva original. Se a bomba estiver com folgas internas excessivas nos anéis de desgas-te, nas buchas entre estágios ou, ainda, com o impelidor e/ou a carcaçadesgastada, ela terá seu desempenho alterado. Dependendo dessa altera-ção, ela poderá não atender às necessidades do processo. A viscosidadetambém altera a curva da bomba. Necessitamos, portanto, saber a vazão e a AMT da bomba e dispor desua curva para essa verificação. Grande parte das bombas usadas em refi- PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 219
  • 215. narias tem medidor de vazão. Caso ele não exista, analisar se é possível calcular a vazão pela variação do nível de um vaso ou tanque na sucção ou na descarga. Existe a possibilidade de obter a vazão por meio de medi-Pense e dores externos adaptados à linha.Anote A AMT pode ser calculada simplificadamente com um manômetro na sucção e outro na descarga. 10 x (Pd – Ps) AMT = AMT – Altura manométrica total em m Pd – Pressão de descarga em kg/cm2 Ps – Pressão próxima ao flange de sucção em kg/cm2 – Peso específico do líquido na temperatura de bombeamento em gf/cm3, valor que é numericamente igual à densidade Nem sempre a bomba dispõe de um manômetro na sucção. Nesse caso, podemos adaptar um dreno ou vent próximo da bomba. É desejá- vel ter uma válvula de bloqueio antes do manômetro, que pode servir para amortecer pulsações da pressão. Em último caso, normalmente no flange de sucção da bomba, costuma ter um orifício de 1/4”, que pode servir para adaptar o manômetro. Nessa região, costumam ocorrer pul- sações, o que dificulta a medição. Manômetros próximos de curvas ou de qualquer acidente, como válvulas, oscilam muito e falseiam as pres- sões lidas. Se os manômetros estiverem muito afastados da linha de centro da bomba, corrigir os valores da pressão. Quando não dispomos de indicação de vazão, é usual levantar a AMT com vazão nula (shutoff). Cuidados devem ser tomados com a duração do teste devido à possibilidade de vaporização do líquido bombeado. Comparamos o ponto de AMT levantado com o da curva da bomba para a mesma vazão. Se o desvio for pequeno, a bomba está boa. O problema então deve ser do sistema ou do líquido bombeado. Anteriormente, pelo roteiro, já verificamos o NPSH, a escorva, a rotação e as condições do pro- duto (a densidade e a viscosidade), estando todos dentro dos valores con- siderados normais. Caso o ponto levantado esteja fora da curva da bomba, o problema é da bomba. Na maioria das vezes, ela necessita ser aberta para verificar internamente qual é o problema. PETROBRAS ABASTECIMENTO 220 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 216. Pense e AnoteVERIFICAR SE A POTÊNCIA ESTÁ SOBRE A CURVAEssa verificação é feita para complementar o diagnóstico. Quando a bomba é acionada por motor elétrico, podemos avaliar gros-seiramente a sua potência, medindo a sua corrente e comparando-a coma da plaqueta, usando uma proporcionalidade. Se a corrente estiver aci-ma de 80% da nominal do motor, o erro será pequeno. Caso queiramossaber a potência do motor elétrico com mais precisão, teremos de obter,além da corrente, a voltagem real, o fator de potência e o rendimento domotor. Os setores de elétrica possuem aparelhos que permitem esses le-vantamentos. O rendimento do motor tem de ser tirado de uma tabelaou de uma curva do fabricante. A potência fornecida por um motor elétrico é dada por: 3 x V x I x x FP Para sistemas trifásicos Pot = 745,7 Pot – Potência em hp V – Voltagem em V I – Corrente em A FP – Fator de potência – Rendimento do motor. Ex.: 90% – usar 0,90 745,7 – Fator de conversão de Watt para hp Segue uma tabela de motores da WEG com exemplos de alguns valoresde rendimento e FP para motores de 2 pólos e 60Hz (~3.550rpm), com220V, trifásicos com grau de proteção IP55. Esses valores variam confor-me o fabricante e o tipo de motor. Embora a tabela seja para 220V, osvalores são válidos para 440V também. TABELA 27 RENDIMENTO E FATOR DE POTÊNCIA DOS MOTORES ELÉTRICOS Potência (cv) Rendimento % Fator de potência (cos ) 50% carga 75% carga 100% carga 50% carga 75% carga 100% carga 25 89,5 90,5 90,5 0,78 0,85 0,88 50 89 91,1 92,2 0,86 0,88 0,90 75 89 91,3 92,5 0,85 0,88 0,90 100 90 92,1 93,1 0,85 0,90 0,91 150 89 91,4 92,7 0,82 0,86 0,88 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 221
  • 217. Caso o acionador seja uma turbina a vapor, a avaliação da potência é mais difícil, a não ser que tenhamos a curva de potência x consumo de va- por e a medição da vazão do vapor consumido. No caso de turbina acionan-Pense e do bombas, dificilmente dispomos desse dado. O que podemos verificar éAnote se a potência máxima já foi atingida, tentando aumentar a rotação. Os acionadores costumam ter uma folga de potência em relação à ne- cessária para a bomba. Para motores elétricos, o API 610 recomenda: Pot < 30hp – 125% 25 < Pot < 75hp – 115% Pot > 75hp – 110% Se a bomba estiver consumindo mais potência para a vazão indicada, é porque o rendimento dela caiu, ou seja, está com algum problema in- terno. Essa afirmação só deve ser feita depois de eliminarmos as hipóte- ses anteriores. Bombas que apresentam vibração e/ou ruído A vibração numa bomba centrífuga, geralmente, é ocasionada por um dos seguintes fatores: Desalinhamento entre a bomba e o acionador. Desbalanceamento dinâmico do conjunto rotativo ou do acoplamento. Problemas de tensão provocada pelas linhas de sucção e descarga. Tubulação próxima à bomba não apoiada corretamente nos suportes. “Pé manco” (apoio desigual) do motor ou da bomba. Pés do motor ou da bomba não apertados adequadamente. Chumbadores da base soltos. Base não grauteada adequadamente. Roçamento interno. Cavitação. Vazão abaixo da de fluxo mínimo estável (recirculação interna). Distância da periferia do impelidor para a lingüeta da voluta ou para difusor não adequada. Mancal de deslizamento com folga alta. Mancal de rolamento com desgaste. Folgas internas altas. Impelidor com um canal obstruído (desbalanceamento hidráulico). Para verificar qual dessas causas ocasiona a vibração, podemos reali- zar uma análise de vibração, determinando as freqüências envolvidas. PETROBRAS ABASTECIMENTO 222 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 218. Pense e AnoteDesalinhamento entre a bomba e o acionadorÉ uma das principais causas da vibração, juntamente com o desbalancea-mento. Para diagnosticar se o problema é de desalinhamento, levantar asfreqüências da vibração. O desalinhamento pode causar vibração nas fre-qüências de 1N, 2N, 3N, 4N e 6N. As mais usuais são 1 e 2N, onde N é afreqüência de rotação. Quando a freqüência predominante é de 2N, a cau-sa mais provável é desalinhamento. Testes efetuados em laboratório mostraram não ser verdadeira a afir-mação de que desalinhamentos angulares se manifestam mais como vi-bração axial e de que desalinhamentos paralelos se manifestam maiscomo vibração radial. Esses testes também mostraram que desalinhamento vertical afeta avibração horizontal e vice-versa. Esse estudo mostrou as seguintes freqüên-cias como as mais prováveis para diagnosticar desalinhamentos em fun-ção do tipo de acoplamento: TABELA 28 FREQÜÊNCIA DE VIBRAÇÃO PARA DIFERENTES TIPOS DE ACOPLAMENTOS Tipo do Resposta da vibração Melhor freqüência indicativa acoplamento ao desalinhamento do desalinhamento Grade (Falk) Boa 4N Garras com elastômero Boa 3N (Lovejoy) Pneu (Ômega da Rexnord) Boa na vertical 2N Pobre na horizontal 2N Engrenagem de borracha Pobre 6N (Woods) Lâminas (Thomas) Muito pobre 6N N – rotação da máquina. Não foi realizado teste com acoplamento de engrenagens metálico. A classificação de boa resposta à vibração significa que a amplitude devibração aumentava com o aumento do desalinhamento angular, ou como paralelo. O de melhor resposta foi o de grade, e o de pior resposta foi ode lâminas.Desbalanceamento dinâmicoÉ uma das principais causas de vibração em equipamentos mecânicos.No desbalanceamento, a freqüência radial é de 1N porque a força centrí-fuga, responsável pela vibração, ocorre na freqüência de rotação. Quan-do essa vibração é muito alta, provoca também vibração axial, podendo PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 223
  • 219. ser confundida com desalinhamento. O desbalanceamento dinâmico é causado por uma distribuição desigual de massa, oriunda de desgastes ou de roçamentos. Algumas vezes, um balanceamento realizado no cam- po no acoplamento pode reduzir a vibração, prolongando por algum tempo a vida da bomba, mas, na maioria das vezes, é necessário abrir aPense e Anote bomba para correção. Tensão nos flanges da bomba provocada pelas linhas de sucção ou de descarga Esse tipo de esforço nos flanges da bomba, quando elevados, provo- cam uma torção na carcaça, causando o desalinhamento entre os seus mancais. Quando exagerada, essa tensão pode até causar roçamento interno. O projeto da bomba em si, dos pedestais e das bases são os responsá- veis pela limitação das deformações. A norma API 610 e os fabricantes das bombas fixam os valores dos esforços máximos que a tubulação pode trans- mitir para a bomba. A verificação da tensão pode ser feita com auxílio de dois relógios com- paradores colocados no flange do acoplamento, um na vertical e outro na horizontal. Ver Figura 127. Zerar os relógios com os flanges soltos. Apertar o flange de sucção e anotar as leituras dos relógios. Tornar a zerar os relógios e repetir a operação de aperto no flange de descarga. O ideal é que no aperto de cada flange as leituras não ultrapassem 0,05mm. FIGURA 127 MEDIDA DA TENSÃO DOS FLANGES PETROBRAS ABASTECIMENTO 224 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 220. Pense e Anote Geralmente o problema maior costuma ser na tubulação de sucçãopor esta possuir um diâmetro maior do que o de descarga. A tensãoocasionada pelas tubulações em bombas que trabalham com produtosquentes é mais crítica do que a de serviço frio devido à dilatação daslinhas ao se aquecerem.Tubulação com suporte não apoiadoQuando a tubulação não está bem apoiada nos suportes próximos àbomba, poderá ocasionar tensão nos flanges da bomba e gerar vibra-ção. Mesmo que o suporte esteja afastado da bomba, a linha pode vi-brar e transmitir para a bomba. Nesses casos, a freqüência de vibra-ção costuma ser bem baixa. A solução é inspecionar as linhas, verifi-cando se elas estão encostando nos suportes. Nos suportes com mo-las, teremos de ver se eles estão com a mesma tensão que foi especi-ficada no projeto.Pé manco (apoio desigual)Pé manco ocorre quando os pés de uma máquina não estão no mesmoplano e/ou as placas da base é que não estão no mesmo plano. Quandoisso ocorre, ao apertar os parafusos de fixação, torcemos o pedestal damáquina, desalinhando-a. É mais freqüente aparecer em motores elétri-cos. Durante o alinhamento das máquinas, é usual sua verificação. Colo-ca-se um relógio comparador sobre o pedestal e compara-se a indicaçãodo relógio com ele solto e apertado. A variação de leitura deve ser infe-rior a 0,05mm.Pés do motor ou da bomba não apertadosadequadamenteNão é muito comum, a não ser nos casos de vibração muito elevada quepodem levar ao afrouxamento dos parafusos de fixação das máquinas. Podeser verificado facilmente com auxílio de uma chave nos parafusos.Chumbadores soltosOs chumbadores soltos costumam ocorrer em bombas que ficam muitotempo submetidas a vibrações altas. Nesse caso, o chumbador pode sesoltar da base. Se ocorrer, deve ser removido e reinstalado com auxíliode massa epóxi, que é apropriada para melhorar sua fixação. A vibraçãodeve ser diagnosticada e corrigida para evitar a repetição do problemacom o chumbador. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 225
  • 221. Base inadequadamente grauteada A importância do grauteamento bem feito é fundamental para o resul- tado de baixas vibrações na bomba. Ele é o responsável por garantir aPense e união da base metálica da bomba à base de concreto e pelo aumentoAnote da rigidez da base metálica. Como o bloco de concreto pesa cerca de 5 vezes mais que a bomba, é fácil perceber a redução de vibração para uma mesma força perturbadora que essa união pode provocar. Batendo-se com um pequeno martelo na base metálica, pode-se iden- tificar se existem pontos vazios. A chapa no local do vazio deve receber dois furos nas suas extremidades, um deles para colocar a massa epóxi e o outro para sair o ar, mesmo que o graute original seja de cimento. Quando o graute está muito danificado, a base metálica deve ser re- movida e refeito o grauteamento. Existem cimentos próprios para graute, mas o epóxi é considerado superior, embora mais caro. A norma API 610 sugere a adoção de epóxi para grauteamento, no lugar de cimento, para melhorar a aderência entre a base metálica e a fundação. Roçamento interno O roçamento interno ocorre geralmente nas partes de menor folga, como anéis de desgaste e buchas. Pode ser ocasionado por má qualidade da centralização das peças (guias), tensões exageradas nos flanges, vibrações excessivas, uso de folgas inadequadas, ou por objetos estranhos no inte- rior da bomba. As freqüências da vibração costumam ser diversas devido ao efeito da excitação das velocidades críticas. Nem sempre o ruído cau- sado pelo roçamento é audível. Os roçamentos severos provocam desba- lanceamento, o que somado com o aumento das folgas, que reduzem o efeito de sustentação, fazem com que a vibração cresça bastante. Como o roçamento causa aquecimento localizado, uma termografia da bomba pode indicar o local do roçamento se o mesmo for severo e próximo da carcaça. Cavitação clássica Ocorre quando temos o NPSH disponível inferior ao requerido. O ru- ído é característico (como se estivesse bombeando pedras). Costuma gerar vibrações altas juntamente com o ruído e oscilações nas pres- sões. A vibração aparece numa ampla faixa de freqüências. É usual excitar as freqüências naturais e diversas outras freqüências. Alguns autores afirmam que o espectro mostra uma ampla faixa próxima de 2.000Hz. Muitas vezes a cavitação clássica é confundida com recircu- lação interna, também uma forma de cavitação. Os manômetros, tanto de sucção quanto de descarga, ficam oscilando. Ver o item seguinte sobre fluxo mínimo. PETROBRAS ABASTECIMENTO 226 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 222. Pense e AnoteFluxo abaixo do mínimo estável(recirculação interna)Ocorre quando estamos trabalhando com vazões baixas. O fenômeno é muito parecido com a cavitação e com a entrada de gases.Um dos modos de distinguir qual dos problemas está ocorrendo é alterara vazão em pelo menos 10%.AUMENTO DA VAZÃO DA BOMBA Se o problema for de fluxo mínimo, a vibração e o ruído diminuirão. Se o problema for de cavitação clássica, a vibração e o ruído aumen- tarão. Se não alterar a vibração e o ruído, o problema pode ser de entrada de gases.REDUÇÃO DA VAZÃO DA BOMBA Se o problema for de fluxo mínimo, a vibração e o ruído aumentarão. Se o problema for de cavitação clássica, a vibração e o ruído dimi- nuirão. Se não alterar a vibração e o ruído, o problema pode ser de entrada de gases. Ao tentar provocar a alteração de vazão para o teste, devemos ter cer-teza de que a vazão variou. Muitas vezes, ao atuar na válvula de descarga,fechando-a parcialmente para esse fim, a válvula de controle abre mais,mantendo a mesma vazão anterior. A recirculação interna gera vibrações na freqüência de passagem daspás e em baixas freqüências, em torno de 5Hz (300CPM). As freqüênciasnaturais da bomba também são excitadas. De uma maneira geral, podemos dizer que a cavitação clássica éum fenômeno que aparece com altas vazões e a recirculação interna,com baixas vazões da bomba (embora existam bombas que com 75%da vazão do BEP já estejam recirculando). A solução para o problema de recirculação interna é aumentar a va-zão. Existem válvulas denominadas “válvulas de fluxo mínimo” que ga-rantem que a bomba sempre trabalhará acima dessa vazão crítica. Quan-do o sistema está com a vazão normal, o ramal de fluxo mínimo ficafechado (Figura 128). Se a vazão começar a cair, a ponto de causar pro-blema de recirculação interna, a válvula abre uma passagem e começaa complementar a vazão do sistema (Figura 128B). Se o sistema nãotiver vazão nenhuma, a válvula de fluxo mínimo irá abrir o suficientepara garantir a operação da bomba acima da vazão mínima, como podeser verificado na Figura 128A. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 227
  • 223. FIGURA 128 VÁLVULA DE FLUXO MÍNIMOPense eAnote Fluxo principal Fluxo principal Recirculação fechado e recirculação fechada A B C Distância mínima do impelidor As pás do impelidor, quando passam muito próximas da lingüeta da volu- ta, geram um pulso que se transforma em vibração. O mesmo ocorre quando a distância das pás para o difusor também é pequena. Nas bom- bas ditas de alta energia (potência por estágio maior do que 300hp ou AMT maior do que 200m), esta vibração pode ser bastante acentuada. Quando surgir vibração com a freqüência igual ao número de pás do impelidor x rotação, é conveniente verificar se a folga radial é superior à mínima recomendada, dada pela fórmula a seguir: FIGURA 129 FOLGA MÍNIMA EXTERNA DO IMPELIDOR COM A VOLUTA E COM O DIFUSOR R3 R3 R2 R2 PETROBRAS ABASTECIMENTO 228 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 224. Pense e Anote R2 – Raio da pá do impelidor (não é o raio das laterais do impelidor). R3 – Raio da voluta na região da lingüeta, ou raio interno do difusor. (R3 – R2) x 100 Folga mínima % = R2 Para bomba com voluta – folga mín. > 6 % Para bomba com difusor – folga mín. > 3% PROBLEMA 12Uma bomba com impelidor de 300mm trabalha com um raio de 160mm nalingüeta. Calcular se podemos ter problemas de freqüência de passagem daspás do impelidor. Dados: R3 = 160mm R2 = 300/2 = 150mm (R3 – R2) x 100 (160 – 150) x 100 1.000 Folga mínima % = = = = 6,25% R2 160 160 Como estamos com mais de 6% de folga, não devemos ter problemas. O raio R3 nas bombas bipartidas e nas com difusor é fácil de ser medi-do. Nas bombas OH é um pouco complicado porque temos de determinara linha de centro do eixo da bomba na voluta. Num torno, fica fácil, bastacentrar pela guia da carcaça, que possui a mesma linha de centro do eixo. Exemplificando, uma bomba com impelidor de cinco pás, girando a3.550rpm, terá freqüência de vibração de: Freqüência de vibração = número de pás x rotação = = 5 x 3.550 = 17.750CPM = 17.750/60 = 296CPS ou Hz ou 5N. Para aumentar a distância e solucionar o problema, usinar internamenteo difusor ou esmerilhar um pouco a lingüeta da voluta. A redução do diâ-metro do impelidor seria uma outra solução, desde que não comprome-tesse o desempenho da bomba. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 229
  • 225. A freqüência correspondente à passagem das pás ocorre também quan- do temos recirculação interna na descarga e cavitação clássica. Folga alta do mancal de deslizamentoPense e Anote Todo mancal de deslizamento possui uma folga mínima e uma máxima de projeto. Quanto menor essa folga, menor a vibração da bomba. A folga míni- ma é para garantir uma vazão mínima de óleo necessária para retirar o calor gerado. Quando ultrapassamos a folga máxima, o mancal deixa de cumprir sua função adequadamente, permitindo que a bomba vibre. Na falta da folga do fabricante, usar os valores recomendados no item Dados Práticos. Mancais de rolamentos com danos Quando estão danificados, os rolamentos apresentam vibração cuja freqüên- cia varia de acordo com a parte danificada: pista interna, pista externa, gaiola ou esferas. Os programas que acompanham os coletores de dados costumam disponibilizar estas freqüências. FIGURA 130 ROLAMENTO DE CONTATO ANGULAR n – Número de esferas ou rolos Ângulo de contato fR – Rotação por segundo Diâmetro – Ângulo de contato da esfera da esfera (BD) BD – Diâmetro da esfera PD – Diâmetro do círculo das esferas Pitch Diâmetro (PD) As partes danificadas também podem ser identificadas pelas fórmulas: Defeito na pista externa n BD f (Hz) = fR (1 – cos ) 2 PD PETROBRAS ABASTECIMENTO 230 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 226. Pense e AnoteDefeito na pista interna n BD f (Hz) = fR (1 + cos ) 2 PDDefeito na esfera [( )] 2 n BD f (Hz) = fR 1– cos ) 2 PD Se o rolamento não for de contato angular, o ângulo é zero. Quando os danos dos rolamentos já estão acentuados, a vibração ocorretambém na freqüência de rotação.Folgas internas altasQuando os anéis de desgaste ou as buchas ficam com folgas altas, essaspartes deixam de funcionar como mancais auxiliares, aumentando emmuito a vibração. As bombas com dois estágios em balanço são bastantesuscetíveis a esse tipo de vibração, mesmo quando o aumento das folgasé pequeno.Impelidor com canal obstruídoSe o impelidor tiver um dos canais obstruídos, seja por uma falha de fundi-ção, seja pela entrada de algum corpo estranho que fique preso na sua en-trada, ao girar, esse canal ficará parcial ou totalmente vazio de líquido, de-pendendo do grau de obstrução. Isso resultará em uma distribuição de massairregular no impelidor (desbalanceamento dinâmico), causando vibraçõeselevadas na freqüência de 1N. Em impelidores pequenos, a visualização dessaobstrução pode ser difícil. Caso tenha dúvidas, passe um arame por dentrode cada canal, ou examine-os com o auxílio de uma lanterna. Neste caso, averificação do balanceamento na balanceadora não resolverá o problema,uma vez que só irá aparecer quando estiver com líquido.Bombas que estão exigindo potênciaacima da esperadaAs causas mais freqüentes de bombas com potência acima da esperadaestão listadas a seguir: PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 231
  • 227. Vazão mais elevada do que a de projeto A curva de potência de uma bomba centrífuga radial cresce com a vazão. Portanto, se a vazão estiver acima da especificada, a bomba exigirá po-Pense e tência maior.Anote Na bomba de fluxo axial a potência cai com a vazão, e na de fluxo mis- to a potência tende a se estabilizar nas vazões mais altas; portanto, não deverá ocorre exigência de potências excessivas. Anéis de desgaste ou buchas folgadas Com as folgas maiores, teremos uma quantidade maior de líquido pas- sando da descarga para a sucção, ou de um estágio para outro nas bom- bas multi-estágios. Essa vazão adicional consome uma potência adicional. Roçamento severo O atrito provocado pelo roçamento consome uma potência adicional. Quando ocorre roçamento, as vibrações ficam instáveis. Aumento da viscosidade Com o aumento da viscosidade, o rendimento da bomba cai, aumentando a potência consumida para fornecimento de uma mesma vazão. Aumento do peso específico (densidade) A potência varia linearmente com a densidade (ou peso específico ). QxHx Pot = 274 x Desgaste interno O desgaste do impelidor ou da carcaça reduz o rendimento da bomba, ele- vando a potência consumida. Aumento da rotação Só pode ocorrer no caso de acionadores de velocidade variável. A potência varia com o cubo da rotação. Portanto, uma variação de 5% na rotação aumenta em quase 16% a potência (1,053= 1,16). Nesse caso, a vazão também deveria ter sido alterada com a rotação. PETROBRAS ABASTECIMENTO 232 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 228. Pense e AnoteBombas que apresentam aquecimentono mancalAs principais causas de aquecimento dos mancais são:✔Rolamentos danificados.✔Contaminantes no óleo, principalmente água.✔Desalinhamento entre os mancais da bomba, ou entre o eixo da bom- ba e do acionador.✔Forças hidráulicas radiais, ou axiais elevadas.✔Nível alto de óleo nos rolamentos.✔Quantidade de óleo insuficiente chegando aos mancais.✔Óleo com viscosidade inadequada.✔Graxa em excesso na caixa de mancais.✔Carga demasiadamente baixa no rolamento.✔Bomba operando com alta vibração.✔Tolerâncias do eixo ou da caixa fora do recomendado.✔Linha de sucção não adequada no caso de bombas de dupla sucção, que irão gerar esforços axiais elevados (ver Figura 154). As razões anteriores são óbvias. O aumento dos esforços, ou do coefi-ciente de atrito, irá aumentar a geração de calor, elevando, conseqüente-mente, a temperatura dos mancais. Se a quantidade de óleo que chega aos mancais for inadequada, o óleoe os mancais aquecerão porque será retirado menos calor do que o gera-do. Se o nível de óleo estiver alto, as esferas do rolamento passam a bom-bear uma quantidade maior de óleo, aquecendo-o mais. Portanto, o óleodeve ser na quantidade adequada em função do sistema de lubrificaçãoque está sendo usado. Quando a lubrificação é por névoa, o tamanho daspartículas de óleo garante a lubrificação, mas mesmo assim elas devemestar dosadas na quantidade adequada. Os rolamentos radiais de esferas com folga interna maior do que anormal reduzem a temperatura de trabalho da caixa de mancal. Por outrolado, devido à sua folga maior, aumentam ligeiramente a vibração. Quanto maior a temperatura, mais rápida a oxidação do óleo. A oxida-ção dá origem a lamas, gomas e vernizes. Quanto mais oxidado, mais escu-ro o óleo. Quanto mais frio o óleo, maior a sua vida. Ver Figuras 120 e 121. A norma API 610 limita a temperatura do óleo lubrificante nos man-cais, com anel pescador ou com anel salpicador, em 82ºC ou 40ºC acimada temperatura ambiente. Se a temperatura ambiente for de 30ºC, a tem-peratura máxima do óleo será de 70ºC. Quando o rolamento trabalha sem carga ou com carga baixa, as esfe-ras tendem a deslizar em vez de rolar. Isso provoca o rompimento do fil-me de óleo, levando a esfera a ter contato com a pista, o que aquece eencurta a vida do rolamento. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 233
  • 229. Bombas que apresentam pressão elevada na sucção são sempre candi- datas a elevados esforços axiais e, conseqüentemente, altas temperaturas nos mancais. Alterando o diâmetro dos anéis de desgaste, podemos redu-Pense e zir o esforço axial e reduzir a temperatura, desde que seja o empuxo axialAnote o responsável pelo aquecimento. As bombas de carcaça que operam com simples voluta e fora da vazão de projeto (BEP) também podem ter problemas de temperatura nos man- cais devido ao aumento dos esforços radiais. As bombas que utilizam impelidor com dupla sucção, caso tenham uma curva na tubulação de sucção próxima à bomba, devem ter essa cur- va perpendicular ao eixo. Se a curva ficar paralela ao eixo, a força centrífu- ga fará com que o líquido preferencialmente vá mais para o lado externo, o que provoca diferença de vazões em cada lado do impelidor, afetando o balanceamento axial (Figura 145). Algumas vezes, esse esforço axial é tão grande que dá para observar visualmente a movimentação de alguns mi- límetros do eixo da bomba, juntamente com seu mancal. Bombas com vazamentos O vazamento, se visível, é facilmente identificado. O local mais comum de ocorrer vazamento do produto é pela selagem. Podemos também ter vazamento pela junta da carcaça, embora menos comum. Na selagem por gaxetas, é normal um pequeno vazamento. Esse vazamento serve para lubrificar e refrigerar as gaxetas. Nos selos mecânicos, o local mais comum de vazamento é pelas sedes. Quando o vazamento é entre a luva e o eixo, se a luva prolongar-se além da sobreposta, como ocorre nos selos tipo cartucho, fica fácil sua determinação. Uma vez iniciado o vazamento do selo mecânico, raramente este volta a ficar estanque. A exceção fica por conta de alguns produtos leves que, durante a partida, vazam um pouco e, posteriormente, as sedes se acomodam, ou o processo passa a trabalhar em condições mais favoráveis e o vazamento cessa. Temos também alguns selos que começam a vazar e estabilizam o vazamento, trabalhando muito tempo sem evolução. Quando o vazamento vai aumentando progressivamente, temos de abrir o selo para reparo. PETROBRAS ABASTECIMENTO 234 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 230. Pense e AnoteDados práticosApresentamos a seguir algumas recomendações relativas à manutençãodas bombas.Folgas e excentricidades permitidasNa montagem de uma bomba horizontal em balanço (OH1 e OH2), sem-pre que possível, monte a caixa de selagem na caixa de mancais com oeixo na posição vertical. Vale o mesmo para a montagem da carcaça. Mon-tando na posição horizontal, as folgas das guias ficarão sempre do mes-mo lado, facilitando um possível roçamento. A RPBC (Refinaria Presidente Bernardes – Cubatão) recomenda os seguintes ajustes de montagem: TABELA 29 TOLERÂNCIAS RECOMENDADAS Local Ajuste Acoplamento/eixo H7 / j6 Impelidor/eixo H7 /g6 Luva do eixo (selo)/eixo H7 / g6 Luva espaçadora/eixo H7 / g6 Rolamento/eixo – / k6 Alojamento rolamento/rolamento H6 / – Guia da carcaça/caixa de selagem H7 / f7 Guia caixa selagem/caixa de mancais H7 / f7 Anéis de desgaste do impelidor/carcaça H6 / – As tolerâncias dos diâmetros internos são dadas por letras maiúsculas, e as do diâmetro externo por letras minúsculas. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 235
  • 231. TABELA 30 AJUSTES ISO UTILIZADOS EM BOMBAS – VALORES EM m Diâmetro (mm) H6 H7 f7 g6 h6 j6 k6 m6 >10 a 18 Máx. +11 +18 –16 –6 0 +8 +12 +18Pense e Anote Mín. 0 0 –34 –17 –11 –3 +1 +7 >18 a 30 Máx. +30 +21 –20 –7 0 +9 +15 +21 Mín. 0 0 –41 –20 –13 –4 +2 +8 >30 a 50 Máx. +16 +25 –25 –9 0 +11 +18 +25 Mín. 0 0 –50 –25 –16 –5 +2 +9 >50 a 80 Máx. +19 +30 –30 –10 0 +12 +21 +30 Mín. 0 0 –60 –29 –19 –7 +2 +11 >80 a 120 Máx. +22 +35 –36 –12 0 +13 +25 +35 Mín. 0 0 –71 –34 –22 –9 +3 +13 >120 a 180 Máx. +25 +40 –43 –14 0 +14 +28 +40 Mín. 0 0 –83 –39 –25 –11 +3 +15 >180 a 250 Máx. +29 +46 –50 –15 0 +16 +33 +46 Mín. 0 0 –96 –44 –29 –13 +4 +17 >250 a 315 Máx. +32 +52 –56 –17 0 +16 +36 +52 Mín. 0 0 –108 –49 –32 –16 +4 +20 >315 a 400 Máx. +36 +57 –62 –18 0 +18 +40 +57 Mín. 0 0 –119 –54 –36 –18 +4 +21 >400 a 500 Máx. +40 +63 –68 –20 0 +20 +45 +63 Mín. 0 0 –131 –60 –40 –20 +5 +23 PROBLEMA 13 Que diâmetro devemos usar em um eixo com um rolamento de 49,999mm de diâmetro interno? Pela Tabela 29 – ajuste recomendado entre eixo/rolamento – k6. Da Tabela 30, para k6: Diâmetros > 30 a 50mm temos Máx. + 18 e Mín. + 2 O diâmetro do eixo deverá ficar entre: 49,999 + 0,018 e 49,999 + 0,002 ➜ Máx. = 50,017 e Mín. = 50,00mm PETROBRAS ABASTECIMENTO 236 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 232. Pense e Anote PROBLEMA 14Que valor devemos adotar para diâmetro interno da luva se o eixo possui75mm diâmetro? Pela Tabela 29 – ajuste recomendado entre “luva do eixo/eixo” é de H7/g6 Da Tabela 30, para H7: Diâmetros > 50 a 80mm Máx. + 30 e Mín. 0 ➜ 75,000 a 75,030mm A norma API 610 recomenda as seguintes excentricidades (runout) parabombas centrífugas:1. Para bombas apoiadas entre mancais BB: TABELA 31 EXCENTRICIDADES LTI DE BOMBAS BB RECOMENDADAS PELO API Fator de flexibilidade F = L 4/D 2 em mm2 >1 ,9 x 109 1 ,9 x 10 9 Excentricidade do eixo permitida LTI m 40 25 Componente no eixo com Folga Interferência Folga Interferência Excentricidade das peças LTI m 90 60 75 50 L em mm – é a distância entre os mancais das bombas BB. D em mm – é o diâmetro do eixo na região do impelidor da bomba BB. A excentricidade das peças é para o cubo do impelidor, para o tambor de balanceamento e para as luvas. Os fabricantes de selos mecânicos recomendam que a leitura total in-dicada (LTI) do relógio sobre a luva do selo seja inferior a 0,05mm. O API permite para bombas BB com eixos rígidos (F < 1,9 x 109) as excentricidades de 0,05mm para peças montadas no eixo com interferência e 0,075mm para peças montadas com folga PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 237
  • 233. PROBLEMA 15 Qual deve ser a excentricidade máxima recomendada pelo API para um conjunto rotativo de uma bomba tipo BB cujas peças são montadas comPense e interferência? O eixo é de 60mm de diâmetro e tem a distância entre man-Anote cais de 1.500mm. Fator de L4 1.500 4 5,0625 12 flexibilidade = = = = 1,406 x 109 < 1,9 x 109 D2 60 2 3.600 Coluna da direita da Tabela 31. Para montagem com interferência, a excentricidade máxima é de Eixo < 0,025mm Peças < 0,05mm 2. Para o eixo das bombas verticais, da VS-1 até a VS-7, o API recomenda que a excentricidade máxima seja de 40 m por metro de comprimen- to do eixo até o máximo de 80 m de LTI. A face do acoplamento das bombas verticalmente suspensas deve ficar perpendicular ao eixo com 0,1 m /mm de diâmetro da face, ou com 13 m, valendo o que for maior. Para acionadores verticais a norma API recomenda: FIGURA 131 CONCENTRICIDADES, EXCENTRICIDADES E PERPENDICULARIDADES DO ACIONADOR VERTICAL LTI – Leitura total indicada 1 2 3 4 5 1. Planicidade da face de apoio do acionador e perpendicularidade em relação ao eixo máx. 0,025mm LTI 2. Concentricidade entre eixo e a guia do suporte do acionador máx. 0,100mm LTI 3. Excentricidade máxima com o rotor girando livremente máx. 0,025mm LTI 4. Passeio axial máximo máx. 0,125mm LTI 5. Perpendicularismo do eixo com cubo do acoplamento 0,1 m/mm ou 13 m (vale o maior dos dois) PETROBRAS ABASTECIMENTO 238 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 234. Pense e Anote3. Para todas as bombas na caixa de selagem FIGURA 132 CONCENTRICIDADE E PERPENDICULARIDADE DA CAIXA DE SELAGEM 1 Concentricidade diâmetro externo LTI < 0,125mm 2 Concentricidade diâmetro interno LTI < 0,125mm 3 Perpendicularidade da face LTI < 0,125mm Se a sobreposta for guiada externamente, medir em 1. Se for guiada internamente, medir em 2. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 239
  • 235. A RPBC utiliza as folgas e excentricidades da Figura 133 para bombas OH. FIGURA 133Pense e EXCENTRICIDADE E FOLGAS MÁXIMAS USADAS NA RPBC PARA BOMBAS OHAnote 1 2 4 3 1 = 0,07mm 3 = 0,05mm 2 = 0,07mm 4 = 0,05mm Passeio 8 radial 6 Passeio 7 axial 5 5 = 0,03mm 7 = 0,01 a 0,10mm 6 = 0,03mm 8 = 0,07mm As concentricidades e os empenos dos eixos devem ser limitados aos valores anteriormente mencionados. O melhor modo de verificá-los é colocar o rotor apoiado pela região dos mancais em blocos em V ou sobre roletes, como os usados em máquinas de balanceamento. O torno não é um bom lugar devido ao problema de centralização. Os ressaltos do eixo, no qual os rolamentos se apóiam, devem ser per- pendiculares ao eixo e com um raio de concordância menor do que o do rolamento para garantir que ocorra o encosto no ressalto. A altura desse ressalto deve se situar entre um mínimo para dar uma boa área de apoio ao rolamento e um máximo, que permita a aplicação de dispositivos ex- tratores dos rolamentos. Os catálogos dos rolamentos publicam os raios e as alturas dos ressaltos recomendados para os eixos. PETROBRAS ABASTECIMENTO 240 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 236. Pense e Anote FIGURA 134 REGIÃO DO ENCOSTO DOS ROLAMENTOS NO EIXO Pista externa do rolamento Eixo ra < r rg < r h r h r ra rg mín. r mín. r t mín. mín. b Eixo usinado Eixo retificadoTeste hidrostáticoQuando a carcaça ou a caixa de selagem necessitarem de teste hidrostáti-co para confirmar sua resistência, ele deve ser realizado com 1,5 vez apressão de projeto. A pressão de trabalho não é considerada para essescasos. Verificar se a classe de pressão do flange de sucção pode ser subme-tida a essa pressão de teste. A pressão de projeto da carcaça pode ser ob-tida na folha de dados da bomba.BalanceamentoO API 610 – 9a edição recomenda balancear os componentes (impelidor,tambor de balanceamento, indutor de NPSH e partes rotativas maiores)com grau 2.5 da ISO 1940-1 ou com desbalanceamento residual de 7gmm,o que for maior. Os valores do desbalanceamento residual podem ser calculados por: 10.000 x G x M desbalanceamento (g) = NxR G – Grau de balanceamento M – Massa da peça em kg N – Rotação em rpm R – Raio de correção da massa em mm PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 241
  • 237. PROBLEMA 16 Que desbalanceamento residual pode ser admitido para um impelidor com massa de 10kg que trabalha com 1.800rpm e cujo diâmetro é de 200mm? M – 10kgPense e Anote G – 2,5 pelo API N – 1.800rpm D – 200mm R – D = 200 = 100mm 2 2 10.000 x G x M 10.000 x 2,5 x 10 desbalanceamento (g) = = = 1,388 1,4 g NxR 1.800 x 100 O desbalanceamento admissível seria de 1,4 grama na periferia do impelidor. A norma API 610 recomenda balancear em dois planos as peças cuja relação entre o diâmetro e a largura seja menor do que 6. As peças com a relação maior ou igual a 6 podem ser balanceadas em um plano apenas. FIGURA 135 BALANCEAMENTO EM 1 OU 2 PLANOS B B B D D D B D Impelidor Impelidor Colar Tambor de simples de dupla de de sucção sucção escora balanceamento D 6 Balancear em 1 plano B D 6 Balancear em 2 planos B PETROBRAS ABASTECIMENTO 242 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 238. Pense e Anote No balanceamento dos conjuntos rotativos, usar: GRAU G-2.5 Bombas abaixo de 3.800rpm ou acima de 3.800rpm e com peças montadas com folga. GRAU G-1.0 Bombas acima de 3.800rpm e com peças montadas com interferência. O grau G-1.0 não é repetitivo se o conjunto rotativo for desmontado após o balanceamento para montagem. No balanceamento do conjunto rotativo, evitar corrigir no acoplamen-to. Isso porque, se necessitar ser substituído no campo, a bomba ficarádesbalanceada. Como o cubo do acoplamento é uma peça simétrica, nor-malmente o desbalanceamento no seu plano é devido à não-compensa-ção dos rasgos de chavetas do eixo e do cubo do acoplamento. Portanto,tente ajustar a chaveta para que cubra o rasgo do eixo e do acoplamentoadequadamente, utilizando uma chaveta coroada (concordando com oeixo) na região externa ao cubo.GuiasA caixa de selagem é montada guiada na carcaça. Com o passar do tempo,ocorre um envelhecimento dos materiais fundidos, ocasionando um rela-xamento de tensões, o que gera deformações nas guias. É comum ver so-licitações para recuperação dos diâmetros dessas guias, onde normalmentesão colocados 3 ou 4 pingos de solda, que são usinados para “recuperar”a folga recomendada. Na maioria das vezes, essa correção é desnecessá-ria, sendo resultado de medições não consistentes devido às deformações. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 243
  • 239. FIGURA 136 PARAFUSO QUEBRA-JUNTAPense eAnote Carcaça Caixa de selagem Parafuso quebra-junta NÃO ADEQUADO CORRETO CORRETO Ao apertar o parafuso quebra-juntas para soltar as guias, danificamos a superfície em que ocorre o encosto do parafuso. Esses danos impedem o assentamento de tais superfícies posteriormente. Para evitar esse problema, é recomendável fazer um pequeno rebaixo em uma das superfícies, conforme mostrado na Figura 136. Anéis de desgaste Usar preferencialmente nos anéis de desgaste as folgas recomendadas pelos fabricantes. Na falta delas, a norma API 610 – 9a edição, recomenda como folga mínima entre partes girantes os seguintes valores: PETROBRAS ABASTECIMENTO 244 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 240. Pense e Anote TABELA 32 FOLGAS MÍNIMAS DE TRABALHO Diâmetro da parte rotativa Folga mínima Diâmetro da parte rotativa Folga mínima no local da folga (mm) diametral (mm) no local da folga (mm) diametral (mm) < 50 0,25 300 até 324,99 0,60 50 até 64,99 0,28 325 até 349,99 0,63 65 até 79,99 0,30 350 até 374,99 0,65 80 até 89,99 0,33 375 até 399,99 0,68 90 até 99,99 0,35 400 até 424,99 0,70 100 até 114,99 0,38 425 até 449,99 0,73 115 até 124,89 0,40 450 até 474,99 0,75 125 até 149,99 0,43 475 até 499,99 0,78 150 até 174,99 0,45 500 até 524,99 0,80 175 até 199,99 0,48 525 até 549,99 0,83 200 até 224,99 0,50 550 até 574,99 0,85 225 até 249,89 0,53 575 até 599,99 0,88 250 até 274,89 0,55 600 até 624,99 0,90 275 até 299,99 0,58 625 até 649,99 0,951. Para diâmetros superiores a 650mm, adotar a folga: Folga (mm) = 0,95 + (D – 650) x 0,001 D – Diâmetro do anel em mm.2. Para ferro fundido, bronze, aço inoxidável martensítico endurecido (série 400, como o AISI 410 e AISI 420) e materiais similares com pouca ten- dência de agarramento (galling), usar as folgas da tabela. Acrescentar 0,12mm às folgas diametrais da tabela para materiais com alta ten- dência de agarramento e para todos os materiais trabalhando em tem- peratura acima de 260ºC. Os aços inoxidáveis austeníticos (série 300, como o AISI 304 e AISI 316) são materiais que apresentam alta tendên- cia de agarramento.3. Essas folgas mostradas não são válidas para tambores de balanceamento ou componentes que trabalhem como mancais internos lubrificados pelo produto, caso das buchas das bombas verticais. Para materiais não metálicos (por exemplo, PEEK), com baixa ou ne-nhuma tendência de agarramento, os fornecedores poderão propor folgasinferiores às citadas na Tabela 32. Nesse tipo de aplicação, normalmente,um dos anéis é não metálico e o outro de AISI 410/420 endurecido, ou de PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 245
  • 241. AISI 316 revestido de material duro. De modo geral, a folga com esse material costuma ser de 50% da folga mínima recomendada pelo API. Galling é a tendência que alguns materiais apresentam de agarramen-Pense e to (trancamento, travamento) ao serem movimentados com contato en-Anote tre suas superfícies. Os materiais diferentes e os de alta dureza possuem menor tendência de agarramento. Por causa dessa tendência, quando os anéis de desgaste da bomba são de AISI 304 ou de AISI 316, é usual escolher um deles e fazer um revesti- mento de algum material endurecido como carbeto de tungstênio, Stelli- te, ou Colmonoy com uma profundidade de 0,8mm na superfície que even- tualmente possa ter contato. O ideal é revestir a superfície do anel estaci- onário por ser o mais difícil de substituir, deixando o anel rotativo (o do impelidor) com o material básico. Se isso não for possível, aumentar as folgas para evitar o contato desses materiais. A diferença de dureza entre as superfícies de contato deve ser no míni- mo de 50BHN, a menos que ambas as superfícies, a estacionária e a rota- tiva, tenham dureza superior a 400BHN. A fixação do anel de desgaste pode ser por interferência com pinos de travamento, parafusos axiais ou radiais, ou pontos de solda. Embora a norma API 610 considere essas folgas mínimas para separar as superfícies rotativas das estacionárias, as folgas entre o tambor de ba- lanceamento e de sua bucha costumam ter valores inferiores aos da tabe- la. Nesse caso, seguir a recomendação do fabricante. A folga máxima admissível para os anéis de desgaste é normalmente de 1,5 a 2 vezes a folga citada pelo API. Em alguns tipos de bomba, como no caso das de dois estágios em balanço (OH), o dobro da folga pode levar a vibrações altas. Temos também que folgas grandes aumentam a fuga de líquido da descarga para a sucção, o que leva a um gasto maior de energia. PROBLEMA 17 Calcular a folga mínima do anel de desgaste de uma bomba que trabalha nas seguintes condições: Diâmetro do anel na área de contato – 300mm Material – AISI 316 sem revestimento Temperatura – 300ºC Da Tabela 32, temos: Folga diametral = 0,60mm PETROBRAS ABASTECIMENTO 246 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 242. Pense e Anote Como o material AISI 316 sem revestimento tem tendência ao agarra-mento, acrescentar 0,12mm. Como a temperatura de bombeamento émaior que 260ºC, acrescentar 0,12mm. Folga final = 0,60 + 0,12 + 0,12 = 0,84mmImpelidorPara reduzir estoques, é usual adquirir os impelidores no seu diâmetromáximo. Nesse caso, pode ser necessário adequar seu diâmetro na hora dasubstituição. Na Figura 137, são mostradas algumas recomendações bási-cas sobre o corte do impelidor. Nas bombas com difusor, o corte do impe-lidor deve ser realizado somente nas pás, deixando intactas suas laterais(Figura 137 C). Assim, o líquido que sai do impelidor fica guiado até a entra-da da voluta. Nas bombas com carcaça em voluta, não há ganho com essetipo de corte; portanto, ele deve ser total tanto nos discos como nas pás (Fi-gura 137 A e B). Alguns fabricantes utilizam o corte oblíquo do impelidor embombas com difusor ou de dupla sucção. Nesse caso, para efeito de cálculos,usar o diâmetro médio do corte do diâmetro D (ver Figura 137 D e E). Quan-do o fabricante envia o rotor com esse tipo de corte, ele deve ser mantidoporque leva a uma maior estabilidade da curva da bomba. Com a utilizaçãode uma ponta montada, podemos desbastar o impelidor e ganhar em al-gumas características interessantes no funcionamento da bomba. FIGURA 137 CORTE DO DIÂMETRO DO IMPELIDOR D2 D1 D2 D1 D2 D1 Redução diâmetro Redução diâmetro Redução pás e discos pás e discos diâmetro pás A B C D2 D1 D2 D1 D D D1 + D2 D= 2 Redução oblíqua das pás Redução oblíqua das pás D E PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 247
  • 243. Quanto mais lisas as superfícies internas do impelidor, maior o seu rendimento, o que pode ser obtido por meio do esmerilhamento das irre- gularidades da fundição nos impelidores de maior porte. Nos de tamanho reduzido, esse acabamento fica mais difícil pela falta de acesso.Pense e Anote Melhoria de desempenho da bomba Por meio do esmerilhamento do impelidor, tornando-o mais liso, afinan- do suas paredes ou modificando o perfil da lingüeta da voluta, é possível obter ganhos de rendimento, de vazão e da AMT. FIGURA 138 AUMENTO DE AMT POR MEIO DA REDUÇÃO DA ESPESSURA DA PÁ Espessura Espessura normal original Esmerilhar Largura Largura nova original de saída Estreitamento máximo Deixar no mínimo 2mm Aumento da área de saída do impelidor pelo estreitamento Com estreitamento AMT ou head e rendimento Sem estreitamento Ponto de maior eficiência (BEP) Vazão PETROBRAS ABASTECIMENTO 248 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 244. Pense e Anote Para aumentar a AMT (pressão de descarga) em até 5%, podemos alar-gar a passagem de saída do impelidor por meio da redução da espessuradas pás. Manter uma espessura mínima para evitar que a pá venha a que-brar. Junto com o aumento de AMT, a vazão e o rendimento da bombaaumentarão e o BEP será deslocado um pouco para a direita, conformepode ser visto na Figura 138. FIGURA 139 GANHO DE AMT E DE NPSH Melhorar AMT Melhorar NPSH Arredondar e aumentar a área de entrada do impelidor Aguçar e dar bom acabamento à entrada das palhetas Remover as imperfeições de fundição Uniformizar a área entre as pás FIGURA 140 GANHO DE VAZÃO E DE RENDIMENTO MELHORAR A VAZÃO MELHORAR A VAZÃO E O RENDIMENTO Esmerilhar a lingüeta da carcaça Esmerilhar a lingüeta Esmerilhar da carcaça de internamente as ambos os lados paredes do impelidor PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 249
  • 245. Anel pescador É importante que seja fabricado com material que não solte limalhas, uma vez que pode roçar lateralmente.Pense e Se estiver ovalizado, pode não girar com o eixo e prejudicar a lubrificação.Anote Se o nível de óleo estiver muito alto, pode impedir a rotação do anel e, se estiver baixo, pode não arrastar a quantidade de óleo necessária para a lubrificação adequada do mancal. Devemos seguir a recomendação do fabricante. É comum as caixas de mancais com anel pescador possuírem sobre ele uma oleadeira ou um bujão roscado que, uma vez aberto, permite verifi- car se o anel está girando com o eixo. Devemos ter cuidado com equipamentos que ficam na reserva giran- do em baixa rotação, como no caso de turbinas a vapor e de bombas aci- onadas por elas, uma vez que, abaixo de 400/500rpm, geralmente, os anéis não giram, o que levaria à falha do mancal. Nesse caso, é interessante determinar a rotação mínima que garanta o giro do anel pescador, colo- car cerca de 100rpm adicionais, fixando esta rotação como a mínima de operação. FIGURA 141 ANEL PESCADOR DE ÓLEO Mancais de rolamentos Durante a montagem, se necessário, use um martelo macio (de bronze ou de uretano) para bater no eixo. Como a área de apoio de uma esfera é mínima, qualquer força exercida gerará uma pressão elevada (Pressão = Força/Área) e, como não temos lubrificação, marcará a pista do rolamen- to, abreviando sua vida consideravelmente. PETROBRAS ABASTECIMENTO 250 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 246. Pense e Anote O consultor Heinz Bloch costuma avaliar a qualidade da manutenção de uma unidade examinando as mossas nos acoplamentos e nas pontas de eixo. Quanto maior a quantidade de mossas, pior a qualidade. A norma API 610 recomenda:1. Os rolamentos de contato angular devem ter um ângulo de contato de 40º, ser montados aos pares, costas com costas (back to back) e pos- suir espaçadores de bronze usinado. Espaçadores não metálicos não devem ser usados. Os de aço prensado podem ser utilizados, desde que o usuário aceite.2. Os rolamentos de esferas de uma carreira devem ser de pistas profun- das, com folga interna maior do que a normal (grupo 3 – antigo C3). Os rolamentos de uma e de duas carreiras de esferas devem ser do tipo Conrad (sem rebaixo na pista para entrada das esferas). O rebaixo na pista permite montar uma quantidade maior de esferas ede diâmetros maiores, o que aumenta a capacidade de carga do rolamen-to. Em compensação, essa região do rebaixo é, geralmente, o local inicialdo processo de falha. Como os rolamentos radiais das bombas não costu-mam ser limitantes, do ponto de vista de cargas, é preferível utilizar rola-mentos sem rebaixo. O rolamento deve ser aquecido para sua montagem no eixo. Os méto-dos mais recomendados de aquecimento são por meio de uma chapa tér-mica ou do aquecimento por indução. O aquecimento por meio de banhode óleo possui alguns inconvenientes, como a oxidação do óleo usado noaquecimento e os pós que caem dentro do aquecedor, podendo vir a pre-judicar a vida do rolamento. O rolamento é projetado para ter um ajuste entre as esferas e as pis-tas. Ao ser montado no eixo, geralmente com interferência, a folga é redu-zida a um valor ideal para o seu funcionamento. Se a tolerância do diâmetro do eixo estiver no valor máximo e a da pistainterna do rolamento estiver no valor mínimo, a interferência aumentará, re-duzindo a folga interna, o que aumentará a temperatura de funcionamento. Quando os furos da caixa de mancais estão desalinhados, a folga inter-na do rolamento pode não ser suficiente para absorver o desalinhamen-to, o que levará as esferas a entrarem em contato com as pistas, desgas-tar o espaçador e gerar aquecimento. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 251
  • 247. FIGURA 142 MÉTODOS DE AQUECIMENTO DO ROLAMENTOPense eAnote Chapa térmica Aquecedor por indução FIGURA 143 TIPOS DE MONTAGEM DE ROLAMENTOS DE CONTATO ANGULARES AOS PARES E COM AS DESIGNAÇÕES USADAS Costa a costa Faca a face Em série Back to back Face to face Tandem Disposição O Disposição X Disposição DT Disposição DB Disposição DF Quando resfriamos a caixa de mancal com câmaras de água sobre os rolamentos, podemos deformar a pista externa deles, reduzindo sua fol- ga. Os especialistas recomendam resfriar o óleo e não a caixa. Devido aos motivos relacionados, a norma API 610 recomenda usar folga do Grupo 3, que é um pouco maior do que a normal para os rolamentos radiais (os de contato angular devem ter sua folga normal). As bombas horizontais do tipo API utilizam rolamentos de contato angular, projetados para serem montados aos pares, na disposição cos- ta com costa. Esses rolamentos possuem as faces das pistas lapidadas PETROBRAS ABASTECIMENTO 252 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 248. Pense e Anotede modo que, ao encostar um rolamento no outro, somente as pistasexternas se tocam, ficando uma folga pequena entre as pistas internas.Esta folga só é eliminada com o aperto da porca do rolamento. Nessacondição, a folga das esferas nas pistas assume o valor ideal para supor-tar a carga axial e radial.Mancais de deslizamentoAs folgas dos mancais de deslizamento são fornecidas nos catálogos dosfabricantes, ou como folgas radiais ou como diametrais. As folgas diame-trais são o dobro das radiais. O melhor método de medição de folga nes-se tipo de mancal é o com uso de Plastigage. Trata-se de um filamentoplástico que, ao ser deformado, adquire uma largura proporcional à folga.Depois de deformado, basta comparar sua espessura com uma escala naprópria embalagem para saber a folga. Nunca devemos passar lixa em mancais de deslizamento. A areia pene-tra no metal patente e funciona como uma ferramenta de usinagem parao eixo. Se necessitar remover alguma parte riscada ou danificada, utilizeuma rasquete. FIGURA 144 FOLGA DO MANCAL DE DESLIZAMENTO Folga Folga radial diametral Quando a folga do fabricante não estiver disponível, utilizar os seguin-tes valores: mm In Folga diametral normal dos mancais = 0,07 + 0,001x D(mm) 0,003 + 0,001 x D (in) Folga máxima admissível = 1,5 folga normal PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 253
  • 249. EXEMPLO Eixo com 80mm de diâmetro: Folga diametral normal = 0,07 + 0,001 x 80 = 0,15mmPense e Anote Folga máxima = 1,5 x 0,15 = 0,22mm Tubulação de sucção A tubulação de sucção deve ser projetada para evitar pontos altos que possam acumular gases no seu interior, o que prejudica o fluxo do líqui- do. A bolha acumulada também pode soltar-se repentinamente, causan- do problemas no bombeamento. Por esse motivo, a tubulação de sucção deve sempre ser ascendente ou descendente. Pelo mesmo motivo citado, as reduções devem ser excêntricas. A posi- ção do lado plano vai depender da orientação da tubulação de sucção. Caso a mesma venha reta, ou da parte de baixo da bomba, o lado plano deve ficar para cima. Caso a tubulação venha de cima, o lado plano deve ficar na parte inferior. FIGURA 145 POSIÇÃO DA REDUÇÃO EXCÊNTRICA E DAS CURVAS NA TUBULAÇÃO DE SUCÇÃO A B C Plana no topo Plana na parte inferior Nas bombas com impelidor de dupla sucção, caso tenhamos uma cur- va próxima à bomba, ela deve ser perpendicular ao eixo, conforme pode ser verificado nas Figuras 145A e 145B. Se for paralela, teremos fluxo pre- ferencial para um dos lados do impelidor devido à força centrífuga na curva (ver Figura 145C), gerando um elevado empuxo axial, o que leva à falha prematura do mancal. PETROBRAS ABASTECIMENTO 254 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 250. Pense e Anote FIGURA 146 POSIÇÃO ERRADA DE VÁLVULA NA SUCÇÃO PARA IMPELIDOR DE DUPLA SUCÇÃO L 7D D Zona de vórtices Em bombas com impelidores de dupla sucção, a válvula na linha deentrada deve ficar afastada mais do que 7D do flange da bomba. A Figura146 mostra uma posição da válvula que poderá induzir fluxo preferencialpara um dos lados do impelidor, gerando empuxo axial alto. Caso nãoexista espaço, girar a válvula de 90º de modo que sua haste fique perpen-dicular ao eixo. Assim, as perturbações do fluxo serão igualmente dividi-das para os dois lados do impelidor. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 255
  • 251. Pense e Anote Bombas de deslocamento positivo ou volumétricasA s bombas de deslocamento positivo trabalham aprisionando umvolume de líquido numa câmara na sucção, deslocam esse volume até adescarga e, nessa região, reduzem o volume da câmara, empurrando o lí-quido para fora da bomba. Os nomes dessas bombas, de deslocamento positivo ou volumétrica,são decorrentes desse seu modo de trabalhar. Nas bombas de deslocamento positivo, a energia é cedida ao líquidopelo deslocamento de um êmbolo, pistão, diafragma ou pela rotação deuma peça. Nas bombas centrífugas, tanto a vazão quanto a pressão de descargasão dadas pelo sistema juntamente com a bomba (ela trabalha no pon-to de encontro da sua curva de AMT x vazão com a curva do sistema). Jána bomba de deslocamento positivo, para uma mesma rotação, o vo-lume de líquido empurrado para a descarga é sempre o mesmo, ou seja,a vazão é constante, não depende do sistema. Quanto maior a resis-tência ao escoamento na linha de descarga, maior a pressão. Podemosafirmar então que, na operação da bomba de deslocamento positivo, abomba é a responsável pela vazão e o sistema é o responsável pela pres-são de descarga. Na realidade, ocorre uma ligeira queda de vazão com o aumento depressão, devido à fuga do líquido pelas folgas. Se a bomba estiver embom estado, com as folgas adequadas, esta fuga pode ser consideradadesprezível. Ocorrendo uma restrição grande na descarga, a pressão pode chegar avalores muito altos, já que a bomba volumétrica continuará a fornecer suavazão. Por esse motivo, essas bombas devem possuir uma válvula de alí-vio na descarga, evitando que a pressão ultrapasse a de projeto da bom-ba. Essa válvula de alívio pode fazer parte do projeto da bomba, sendointerna, ou pode ser colocada na linha de descarga, externamente à bom-ba. Neste caso, por razões de segurança, deve ser instalada antes de qual-quer outra válvula na descarga. Ela pode aliviar para a sucção da bombaou para um vaso (o que é melhor). PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 257
  • 252. TABELA 147 POSIÇÃO DA VÁLVULA DE ALÍVIO EXTERNAMENTEPense e A BOMBA E ANTES DE QUALQUER BLOQUEIOAnote Válvula de segurança Bomba volumétrica Quando tratamos de bombas centrífugas, usamos por conveniência o termo AMT ou head em vez de pressão, porque esse tipo de bomba forne- ce uma mesma AMT para qualquer fluido. Como na bomba de desloca- mento positivo isso não ocorre, e é o sistema que comanda a pressão, não se usa AMT e sim a própria pressão, ou o diferencial de pressão (dife- rença entre a pressão de descarga e a de sucção). As bombas volumétricas, ao contrário das bombas centrífugas, são sempre auto-escorvantes, ou seja, conseguem bombear o ar do seu inte- rior e criar um vazio que será preenchido pelo líquido. Existem também bombas centrífugas com um projeto especial de uma câmara de líquido junto da carcaça, que as tornam auto-escorvantes. Mesmo sendo auto- escorvantes, as bombas de deslocamento positivo devem ser cheias de líquido antes de partir, evitando assim o desgaste que ocorre quando fun- cionam secas. Com líquidos de viscosidade alta, as bombas centrífugas perdem muito em rendimento e, conseqüentemente, aumentam a potência para o bom- beamento. Por isso, para líquidos acima de 1.000SSU (200cSt), raramente são usadas bombas centrífugas. As bombas de deslocamento positivo, por não serem afetadas pela viscosidade, são mais indicadas para esses casos. A maioria das bombas de deslocamento positivo pode trabalhar como motores hidráulicos. Para tal, basta que sejam alimentadas com líquido pressurizado pela descarga, deixando-o sair pela sucção da bomba. As bombas centrífugas também se adaptam a esse tipo de trabalho, sendo chamadas, neste caso, de turbinas de recuperação hidráulica. As bombas de deslocamento positivo podem sofrer problemas de vapo- rização na sucção. Devemos sempre ter o NPSH disponível maior do que o requerido. Nas bombas alternativas, como a vazão varia ao longo do curso PETROBRAS ABASTECIMENTO 258 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 253. Pense e Anotedo pistão, temos de levar em conta no cálculo do NPSH disponível a parce-la de energia correspondente à aceleração do líquido, subtraindo-a. Como muitas bombas de deslocamento positivo trabalham com pres-sões negativas na sucção, devemos ter cuidado com a entrada de ar pelasjuntas da tubulação de sucção, o que leva a uma perda de desempenho.Bombas alternativasAs bombas alternativas fornecem a energia ao líquido por meio do deslo-camento linear de um pistão, de um êmbolo ou de um diafragma. Essas bombas são ditas de simples efeito quando bombeiam apenas numdos sentidos do curso, e de duplo efeito quando bombeiam nos dois sentidos.Bombas de pistão ou de êmboloUma bomba é dita de pistão quando possui uma peça (o pistão) que éfixada na haste; a bomba de êmbolo é formada por uma única peça (a pró-pria haste), responsável por deslocar o líquido. Elas podem ser acionadas diretamente por um acionador de movimentolinear, como um cilindro a vapor ou um diafragma com ar comprimido,ou podem utilizar um acionador rotativo, como um motor elétrico. Nessecaso, necessitam de um sistema biela/manivela para transformar o movi-mento rotativo em alternativo. Existem disponíveis bombas de um cilindro ou com vários cilindros emparalelo. As que possuem um único cilindro são denominadas simplex, asde dois cilindros são as duplex, as de três são as triplex e as de cinco sãoas quintuplex. FIGURA 148 BOMBA ALTERNATIVA DE PISTÃO, DE SIMPLES EFEITO, ACIONADA POR SISTEMA DE BIELA/MANIVELA 9 6 10 5 4 3 2 1. Carter 2. Eixo de manivela 3. Biela 4. Cruzela 5. Haste 6. Camisa 7. Cilindro 8. Pistão 9. Válvula 10. Anel de vedação 8 7 1 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 259
  • 254. FIGURA 149 BOMBA ALTERNATIVA SIMPLEX, DE DUPLO EFEITO, ACIONADA A VAPORPense eAnote Lado do vapor Lado do produto Válvula corrediça FIGURA 150 VÁLVULAS CORREDIÇAS DE DISTRIBUIÇÃO DE VAPOR Exaustão Válvula Câmara de distribuidora entrada de vapor de vapor Entrada Exaustão de vapor de vapor Pistão Sentido do movimento de êmbolo Exaustão Válvula distribuidora de vapor Exaustão Entrada de vapor de vapor Sentido do movimento de êmbolo Pistão PETROBRAS ABASTECIMENTO 260 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 255. Pense e Anote A bomba alternativa acionada a vapor possui dois cilindros em linha.Um é o cilindro de vapor, que é o acionador. O outro é o cilindro do pro-duto que será bombeado. Esses cilindros possuem seus pistões interliga-dos por hastes, movendo-os solidários. O cilindro de vapor possui uma válvula corrediça de distribuição devapor, comandada por um sistema de alavancas interligadas à haste dabomba. Vamos acompanhar o funcionamento pelas Figuras 149 e 150. Inicialmente, a válvula corrediça alimenta de vapor o lado esquerdo docilindro e abre o lado direito para a exaustão, fazendo com que o pistão e ahaste se desloquem para a direita. Quando o pistão de vapor chega ao finaldo curso, a válvula corrediça está na posição da figura da direita, fazendo ainversão das aberturas, e passa a admitir vapor do lado direito do cilindroe a fazer a exaustão no lado esquerdo. Com isso, o pistão irá mover-se paraa esquerda. Ao chegar ao final desse curso, torna a inverter o movimento. Assim, o vapor gera um movimento contínuo alternativo. O pistão dabomba, que está interligado ao de vapor, aspira o produto de um dos ladose empurra o produto pela válvula de descarga do outro. Ao chegar ao final docurso, ele inverte. O cilindro mostrado é de duplo efeito e trabalha nos doissentidos. Tanto as válvulas de sucção quanto as válvulas de descarga traba-lham com molas. A sua abertura é realizada pelo diferencial de pressão. Para controlar a vazão na bomba acionada a vapor, temos de controlara quantidade de vapor admitida na bomba. Quanto maior a vazão de va-por, maior a velocidade de deslocamento do pistão, ou seja, maior o nú-mero de ciclos executados por minuto. Devemos sempre garantir que esteja chegando líquido na admissão da bom-ba alternativa acionada a vapor. Se ocorrer falta de produto na sucção ou a suavaporização, a bomba tenderá a disparar, já que a quantidade de vapor forne-cida será a mesma de quando a bomba estava com carga. A bomba, em vez delíquido, estará bombeando ar ou gases, os quais demandam bem menos po-tência. Essa situação, geralmente, leva a bomba a disparar, com vibrações queacabam por afrouxar partes roscadas, podendo vir a quebrar a bomba.Bombas de diafragmaAs bombas de diafragma disponíveis podem ter diversas configurações. Vejamos o funcionamento da bomba de diafragma, lado esquerdo daFigura 151. Temos dois ciclos: admissão e descarga. Inicialmente, o ar comprimi-do é admitido na parte inferior do pistão, fazendo com que ele suba, le-vando junto o diafragma. O vácuo então formado na câmara abre a válvu-la de sucção e fecha a de descarga do produto. À medida que o diafragmavai subindo, o líquido vai enchendo a câmara da bomba. Ao atingir o pon-to superior, termina o ciclo de admissão e começa o de descarga. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 261
  • 256. Assim que o líquido parar de ser admitido, a esfera da válvula cai e bloqueia a sucção. O ar comprimido que era direcionado para o cilindro é desviado para a parte superior do diafragma. O diafragma começa a des- cer, arrastando com ele o pistão. O líquido começa a ser pressurizado e a deslocar-se, abrindo a válvula de descarga e permitindo o escoamento doPense e Anote produto. Quando o diafragma chegar ao seu ponto inferior, termina o ci- clo de descarga e tem início um novo ciclo de admissão. A bomba de dia- fragma descrita é acionada por um cilindro de ar, mas existem outros modelos acionados por outros sistemas, como o de biela/manivela. FIGURA 151 BOMBAS DE DIAFRAGMA ACIONADAS POR PISTÃO E POR OUTRO DIAFRAGMA Bomba de diafragma A B Pistão Válvula de descarga Câmara Válvula de sucção Duplo diafragma A bomba de duplo diafragma possui duas câmaras com diafragmas in- terligados por uma haste. Uma das câmaras é a acionadora, movida a ar comprimido, e a outra é a do produto que será bombeado. O funciona- mento da bomba é semelhante ao descrito anteriormente. Algumas bombas alternativas possuem dispositivos que permitem al- terar a vazão. Quando a bomba é acionada pelo sistema de biela/manive- la, podemos modificar a vazão, variando a rotação ou o curso do pistão. Para variar o curso, modificamos o raio da manivela. As bombas dosado- ras costumam ser do tipo alternativa e utilizam êmbolo ou diafragma. PETROBRAS ABASTECIMENTO 262 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 257. Pense e AnoteAlgumas bombas, que trabalham com fluidos agressivos, usam dois dia-fragmas em série com óleo entre eles, evitando assim que ocorra conta-minação caso o diafragma venha a romper. A vazão fornecida pelas bombas de deslocamento positivo é pulsante.Ela é máxima, quando o cilindro está no meio do curso, e mínima (zero),quando está no início ou final do curso. Variando a vazão, a pressão tam-bém sofrerá variação. Para uma mesma rotação, quanto maior o númerode cilindros, menor a pulsação de pressão e de vazão. Quando a pulsaçãopuder trazer algum problema, é usual colocar um amortecedor de pulsa-ção na linha de descarga da bomba alternativa. Esses amortecedores po-dem ser de diafragma, de bexiga ou de pistão. FIGURA 152 VAZÃO AO LONGO DO TEMPO DA BOMBA ALTERNATIVA Vazão Vazão da bomba alternativa simplex Tempo de simples efeito Vazão Vazão da bomba alternativa simplex Tempo de duplo efeitoBombas rotativasAs bombas rotativas fornecem energia ao líquido por meio de um elemen-to rotativo. A rotação visa apenas deslocar o líquido e não acelerá-lo. Comotoda bomba de deslocamento positivo, as rotativas também aprisionam olíquido em uma câmara na região de sucção e, por meio de rotação, em-purram o líquido para a descarga. Esse tipo de bomba não necessita de válvulas para o seu funcionamen-to. Nas alternativas puras, é indispensável o uso de válvulas na entrada ena descarga da bomba. As bombas rotativas possuem folgas entre o elemento girante e o esta-cionário, de modo que sempre temos um pequeno vazamento interno. Senão tivéssemos as fugas, a vazão seria sempre a mesma, independente dapressão (caso teórico). No caso real, quanto maior o diferencial de pres-são da bomba ( P), maior esse vazamento e, conseqüentemente, um poucomenor a vazão fornecida ao sistema. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 263
  • 258. FIGURA 153 VAZÃO X P PARA BOMBAS ROTATIVASPense eAnote P P Vazamento interno Vazão Vazão Teórico Teórico Quanto maior a viscosidade do líquido bombeado, menor as fugas, o que aumenta ligeiramente a vazão da bomba. Os principais tipos de bombas rotativas usadas são: de engrenagens (externas e internas); de fusos (1, 2 ou 3 fusos); de palhetas e de lóbulos. Bomba de engrenagens As bombas de engrenagem podem ser de dois tipos: engrenagens inter- nas e externas. As de engrenagens internas podem ser com crescente ou sem crescente. FIGURA 154 BOMBA DE ENGRENAGENS EXTERNAS E INTERNAS 3 3 4 2 1 1 2 Engrenagens externas Engrenagens internas com crescente Engrenagens internas sem crescente PETROBRAS ABASTECIMENTO 264 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 259. Pense e AnoteBOMBA DE ENGRENAGENS EXTERNASAcompanhar o funcionamento pela Figura 154. Ao girar, as engrenagens aprisionam o líquido que está na entrada dabomba, região 1, entre dois dentes consecutivos e a carcaça, levando-opara a região 2. Esse volume de líquido bloqueado vai sendo levado pelogiro das engrenagens até chegar à região 3, onde é liberado, seja qual fora pressão reinante na descarga. A engrenagem continuará girando e che-gará à região 4, onde os dentes se engrenam, impedindo o retorno do lí-quido para a sucção. As duas engrenagens, cada uma girando num senti-do, bombeiam simultaneamente.BOMBAS DE ENGRENAGENS INTERNAS COM CRESCENTEAmbas as engrenagens aprisionam os volumes entre seus dentes e o cres-cente. Antes do crescente, fica a região de sucção. Depois dele, a região dedescarga. Ao chegar à parte superior, os dentes se engrenam, fazendo avedação e impedindo o retorno do líquido bombeado.BOMBAS DE ENGRENAGENS INTERNAS SEM CRESCENTEO bombeamento é similar ao de engrenagens externas.Devido ao elevado número de dentes e à rotação, a vazão e a pressão forne-cidas pelas bombas de engrenagens não são consideradas pulsantes. Para ter um bom desempenho, as engrenagens têm de estar bem ajus-tadas entre si, como também devem estar na carcaça ou no crescente. Osdentes e as partes responsáveis pelo aprisionamento dos volumes nãodevem ter marcas nem arranhões, do contrário, haverá perdas no volumebombeado.Bomba de fusos ou de parafusosEssas bombas podem ter os fusos arrastados por um fuso motriz ou dis-porem de engrenagens de sincronismo. Podem succionar de um lado ape-nas ou dos dois lados. Neste caso, descarregam pelo centro da carcaça. A bomba de parafusos, mostrada na Figura 155, possui um fuso mo-triz e dois conduzidos. Como existe um diferencial de pressão nas facesdos fusos, há necessidade de um sistema de balanceamento axial. Por isso,possui nos mancais do lado da sucção uma linha ligada à descarga. Nabomba da Figura 156, a entrada do líquido é realizada pelas duas extre-midades, e a descarga ocorre pelo centro da bomba, o que equilibra o es-forço axial nos fusos. Essa bomba possui engrenagens de sincronismo paraacionar o fuso conduzido. O bombeamento é realizado por meio do volume de líquido aprisi-onado entre os fusos e a carcaça. No caso de três fusos, temos tambémum volume entre os fusos laterais e o central. À medida que o fuso PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 265
  • 260. vai girando, o líquido vai sendo deslocado axialmente, da sucção para a descarga. Os fusos se engrenam vedando e impedindo o retorno do líquido.Pense e A vazão é contínua, logo, não temos pulsação de pressão.Anote Algumas dessas bombas possuem uma válvula de alívio (segurança) interna. FIGURA 155 BOMBA DE 3 FUSOS E DE SIMPLES SUCÇÃO Entrada Saída Eixo motriz Mancal externo Selagem Fusos temperados Pistão de balanço Tampa do balanço Camisa dos rotores Câmara de empuxo ligada à descarga FIGURA 156 BOMBA DE 2 FUSOS E DE DUPLA SUCÇÃO Fuso conduzido Saída Selagem Mancal Engrenagens de sincronismo Fuso motor Entrada PETROBRAS ABASTECIMENTO 266 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 261. Pense e AnoteBombas de palhetasA bomba de palhetas, Figura 157, possui um rotor que gira excentricamen-te com a carcaça. Nesse rotor, ficam alojadas diversas palhetas que, pelaforça centrífuga ou por meio de molas, são expelidas, mantendo contatocom a carcaça. Na região de sucção, a carcaça possui um rebaixo para per-mitir a entrada do líquido. Como o rotor é montado excêntrico com acarcaça, na sucção, as pás consecutivas formam uma câmara com a carca-ça, onde cabe um determinado volume. O rotor, ao girar, bloqueia o líquido nessas câmaras, deslocando-o atéchegar à região da descarga. Devido à excentricidade do rotor, o volumeda câmara fica praticamente nulo nessa região, obrigando o líquido a sairpela descarga da bomba. Com rotação alta, esse tipo de bomba não apresenta pulsação de va-zão nem de pressão. FIGURA 157 BOMBAS DE PALHETASBomba de cavidade progressivaEssa bomba é constituída por um rotor e um estator, o qual normalmen-te é construído de um material elástico, como Buna N e Viton. O líquidofica preso nas cavidades entre o rotor e o estator e vai sendo deslocadopelo giro do rotor, da sucção para a descarga. A pressão que esta bombafornece não é muito alta, aproximadamente de 6kg/cm2. Quando se dese-jam pressões maiores, são utilizadas bombas em série. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 267
  • 262. FIGURA 158 BOMBA DE CAVIDADES PROGRESSIVASPense e Anote Rotor Selagem Estator Caixa de mancais Bomba de lóbulos As bombas de lóbulos possuem dois rotores que giram em sentido con- trário dentro da carcaça. Pelo seu formato, ao girarem, aprisionam na sucção um volume de líquido entre seus lóbulos e a carcaça, volume esse que é deslocado e liberado na descarga. Os rotores estão sempre em con- tato na parte central, fazendo a vedação. Existem bombas de um, dois, três e cinco lóbulos. FIGURA 159 BOMBAS COM 1, 2, 3 E 5 LÓBULOS PETROBRAS ABASTECIMENTO 268 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 263. Pense e AnoteBomba peristálticaEssa bomba é formada por um tubo flexível, montado sob a forma de U. Umou mais roletes giratórios ou excêntricos passam espremendo o tubo, deslo-cando o líquido da sucção para a descarga. É uma bomba bastante simples eque não precisa de selagem. A única parte que entra em contato com o líqui-do é o tubo flexível. Seu principal desgaste ocorre no tubo flexível. FIGURA 160 BOMBA PERISTÁLTICA Tubo em U flexível Excêntrico giratórioBombas de pistão rotativoAs bombas de pistões axiais variam a vazão pela alteração da inclinação de umdisco que aciona os pistões. Quanto mais inclinado o disco, maior o curso dospistões, portanto, maior a vazão. O disco é montado sobre o eixo por meio deuma junta esférica, não mostrado na figura, que permite sua oscilação. FIGURA 161 ESQUEMA DA VARIAÇÃO DE VAZÃO DA BOMBA ALTERNATIVA DE PISTÕES AXIAIS Curso do pistão Curso zero Ângulo máximo significa Redução do ângulo Ângulo zero significa curso máximo do pistão significa curso reduzido curso zero (pistão não se e máxima vazão e vazão reduzida move) e vazão nula PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 269
  • 264. FIGURA 162 BOMBA DE PISTÃO AXIAL COM AJUSTE DA VAZÃOPense eAnote Pistão de Porta de ajuste do curso enchimento Dispositivo Prato da de retorno válvula com mola Saída Bucha Mola Entrada Bloco do Pistão Placa cilindro oscilante As principais partes da bomba de vazão variável de pistão axial são: BLOCO DO CILINDRO Peça que gira junto com o eixo e possui diversos furos em que se alojarão os pistões axiais. É conectado ao eixo através de estrias. PISTÕES Cada furo do bloco do cilindro comporta um pistão. Um lado do pistão é esférico e se conecta com a placa oscilante. PLACA OSCILANTE Ela pode oscilar em torno do eixo sobre uma junta esférica. Os pistões são articulados com essa placa. DISPOSITIVO DE RETORNO COM MOLA Serve para empurrar a placa oscilante contra o pistão de ajuste. EIXO É acoplado ao bloco de cilindros por meio de estrias. O eixo é assentado por intermédio de um rolamento na carcaça e de uma bucha no prato da válvula. PETROBRAS ABASTECIMENTO 270 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 265. Pense e Anote PRATO DA VÁLVULA PRAT DA VÁLVUL VULA VULPeça estática, na qual se localizam as conexões de entrada e saída do pro-duto. Junta esférica, sapata da placa, mancal tipo bucha, mola e a caixatambém fazem parte da bomba.Princípio de funcionamentoO eixo, a placa oscilante e o bloco do cilindro, juntamente com os pis-tões, giram solidários. A placa oscilante permanece com uma determina-da inclinação ajustada e é livre girar no seu plano. À medida que o bloco de cilindros gira com o eixo, os pistões fazemum movimento alternativo nos seus furos. As portas de entrada e de saída do líquido são arranjadas de tal modoque os pistões passam na entrada quando estão sendo recolhidos e pas-sam na saída quando estão sendo empurrados. O volume deslocado depende do diâmetro, do número de pistões e doseu curso. O curso depende do ângulo de ajuste da placa oscilante. A variação do curso do pistão é possível pela mudança do ângulo da placaoscilante. Isso é feito por meio de um dispositivo de posicionamento angu-lar da placa. O ângulo pode ser modificado manualmente por meio de umparafuso de ajuste ou de uma linha-piloto (linha pressurizada). Batentes sãoprovidos para as posições de curso máximo e mínimo.Outros tipos de bombas rotativas dedeslocamento positivoA variedade de bombas de deslocamento positivo rotativas é muito gran-de. Na Figura 163, mostramos alguns outros modelos que são utilizados. FIGURA 163 BOMBAS DE PALHETA EXTERNA, DE PÁS FLEXÍVEIS E DE CAME COM PISTÃO Bomba de palheta externa Bomba de pás flexíveis Bomba com came e pistão PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 271
  • 266. A bomba de palheta externa possui uma peça rotativa elítica, que é a responsável pelo bombeamento, juntamente com uma palheta que faz aPense e vedação. O líquido fica aprisionado entre a parte elítica e a câmara circu-Anote lar e, com o giro, vai sendo deslocado da sucção para a descarga. A palhe- ta impede o retorno do líquido para a sucção, obrigando-o a sair pela descarga. A bomba de pás flexíveis usa a deformação das pás para realizar o bom- beamento. A bomba de came e pistão funciona pelo movimento de um cilindro que gira excentricamente e em contato com um cilindro maior. O cilindro menor é guiado por uma haste cilíndrica (pistão) que trabalha numa bu- cha esférica. PETROBRAS ABASTECIMENTO 272 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 267. Pense e Anote Bombas centrífugas especiaisA lém das bombas centrífugas já citadas, existem algumas com ca-racterísticas específicas. Entre estas temos: FIGURA 164 BOMBA AUTO-ESCORVANTE, SUBMERSA E TIPO “VORTEX” Auto-escovante Submersa Vortex PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 273
  • 268. Bomba auto-escorvante Essa bomba possui na frente de seu impelidor uma câmara com uma vál- vula de retenção. Quando a bomba é desligada, o líquido fica retido nessaPense e câmara. Na próxima partida, não será necessário escorvá-la.Anote Bomba submersa É uma bomba centrífuga tipo canned. A maioria das vezes esse tipo de bomba é montado com mangueiras flexíveis. É muito usada para esgota- mentos de poços e de valas. Bomba tipo “vortex” Esse tipo de bomba possui um impelidor aberto, que fica recuado em relação à descarga da bomba. Ao girar, o impelidor faz um turbilhonamento do líquido dentro da carcaça. Esse turbilhonamento provoca o arraste do líquido que está adjacente. É muito usada quando temos materiais em suspensão que poderiam obstruir o impelidor. Seu rendimento é baixo. PETROBRAS ABASTECIMENTO 274 Manutenção e Reparo de Bombas
  • 269. Referências bibliográficas 0AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE. API 610: centrifugal pumps for petro-leum, petrochemical and natural gas industries. 9.ed. Washington: 2003.MATTOS, E. E.; FALCO R. Bombas industriais. 2.ed. Rio de Janeiro: Inter-ciência, 1998.NELSON, W. E. Understanding pump cavitation. Chemical Processing. fev.de 1997.NSK. NSK Rolamentos - Motion Control NSK. São Paulo: 2002.SKF. Catálogo 4000P Reg. 47-6100-1990-09. Torino: 1990.SULZER BROTHERS LTD. Centrifugal pumps handbook. Winterthur: 1989.WORTHINGTON. PSI pump selection for industry. Nova York: [19 —]
  • 270. SENAI / RJPRODUZIDO PELA DIRETORIA DE EDUCAÇÃOCoordenador de formação, capacitação ecertificação de abastecimentoM AURÍCIO L IMADiretora de educação ANDRÉA MARINHO F RANCOElaboração GETÚLIO V. DR UM MONDGerente de educação profissional L UIS R OBERTO ARRUDAGerência de educação profissional A NA P AULA DE B ARROS L EITE R ICARDO G OMES R ODRIGUES R OSEMARY LOM ELI NO DE SOUZA XAVIER R OSILENE F ERREIRA MENEZESRevisão técnico-metodológica E RNESTO F ERREIRA M ARTINS S ÉRGIO MOLINA M ICAELORevisão gramatical L OURDES S ETTERevisão editorial R ITA G ODOYProjeto gráfico, programação I N -F ÓLIO – P RODUÇÃO EDITORIAL ,visual e diagramação GRÁFICA E P ROGRAMAÇÃO VISUAL