55025344 Apostila de Bombas

SENA I – P E T R O B RAS181

....................

Monitoramento e controle de processos

BombasBombas

ão máquinas acionadas que recebem energia mecânica de uma fonte mo-

tora (máquina acionadora) e a transformam em energia cinética (movimen-

to), ou energia de pressão (força), ou ambas, e as transmitem ao líquido.

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

tar a pressão de trabalho de um líquido, para transportá-lo pela tubula-

ção, de um ponto a outro da planta, obedecendo às condições de vazão e

pressão requeridas pelo processo. Existem diversos tipos diferentes de

bombas, cada um adequado a uma determinada necessidade ou exigên-

cia do processo. Veja no lembrete abaixo.

Unidade 2

Vamos apresentar os diferentes tipos, com suas características básicas,

vantagens e desvantagens, com maior atenção para as bombas dinâmicas

centrífugas, que são as mais utilizadas em refinarias.

LEMBRE-SE DISSO

Vazão do líquido

Diferencial de pressão necessária (carga)

Características do líquido (viscosidade,densidade, contaminantes etc.)

Condições de temperatura e pressão

Regime de funcionamento

Flexibilidade operacional desejada

✔✔✔

✔✔✔

SS


....................

Quanto aos tipos

BOMBAS

Dinâmicasou turbobombas

CENTRÍFUGAS ALTERNATIVAS

EngrenagensDE FLUXO AXIAL Pistão

LóbulosDE FLUXO MISTO Êmbolo

ParafusosPERIFÉRICAS Diafragma

Volumétricasou de deslocamento positivo

CLASSIFICAÇÃO DAS BOMBAS

Palhetasdeslizantes

ROTATIVAS


....................

2


Bombas volumétricas

ou de deslocamento positivo

Nestas, a movimentação de uma peça da bomba força o líquido a execu-

tar o mesmo movimento. O líquido sucessivamente preenche e é expulso

de um volume no interior da bomba. Logo, existe uma proporcionalidade

entre a vazão de líquido e a velocidade da bomba.

Bombas alternativas

A peça que impelirá o fluido possui movimento alternativo. Utilizadas para

baixas vazões e elevado diferencial de pressão. Observe a Figura 16 e leia

a seguir as características das principais partes desse tipo de bomba.

PISTÃO

O impelidor é um pistão

que se desloca dentro de

um cilindro. No movimen-

to de aspiração diminui a

pressão na câmara, abre-

se a válvula direcional de

entrada e o líquido é admi-

tido. Em seguida, pelo mo-

vimento de recalque do

pistão, a pressão aumenta,

abre-se a válvula direcio-

nal de saída e o líquido é

expulso do cilindro.

ÊMBOLO

Ele tem o mesmo princípio

de funcionamento da bom-

ba de pistão, sendo que nesta o impelidor é um êmbolo que admite e ex-

pulsa o líquido, ocupando e desocupando um determinado volume den-

tro da câmara. Indicada para pressões mais altas.

DIAFRAGMA

O líquido é impelido por uma membrana, que por sua vez é acionada por

uma haste com movimento alternativo. Quando puxada, a membrana di-

FIGURA 16 BOMBA ALTERNATIVA

TAMPA

ANELINTERMEDIÁRIO

PRESSIONADOR

CAIXA

ROTOR

COROA DENTADA CABEÇA DA BIELA

CAIXA

PISTÃO

BIELA ARTICULADA

COROA DENTADA

ÁRVOREDE ARRASTE


....................

minui a pressão na câmara, abre-se a válvula direcional de entrada e o

líquido é admitido. Quando empurrada, a pressão aumenta, abre-se a

válvula direcional de saída e o líquido é expulso da câmara. Muito encon-

tradas com duplo diafragma e acionamento por ar comprimido. Utilizadas

como bombas dosadoras.

Bombas rotativas

As peças que impelirão o fluido possuem movimento rotativo. São utili-

zadas para elevado diferencial de pressão com vazões mais altas que as

alternativas. Observe a Figura 17 e leia a seguir as características das prin-

cipais partes desse tipo de bomba.

ENGRENAGENS

Consiste em duas engrenagens montadas em uma carcaça com pouquís-

sima folga. Com engrenagens lado a lado, no bocal de admissão, o fluido

é forçado a percorrer as laterais da carcaça pela rotação das engrenagens,

nos espaços entre os seus

dentes. Na descarga o fe-

chamento dos dentes for-

ça a saída do líquido. As-

sim, sucessivamente, os

dentes se abrem, admi-

tindo o líquido, o carre-

gam e o expulsam ao se

fecharem. Com velocida-

de fixa, a vazão é fixa.

Com engrenagem inter-

na e coroa externa excên-

tricas, o funcionamento é

parecido com os de pa-

lhetas deslizantes.

LÓBULOS

É o mesmo princípio das bombas anteriores, só que ao invés de engrena-

gens são montadas as peças denominadas lóbulos.

Observe na página ao lado a Figura 18.

FIGURA 17 BOMBA DE ENGRENAGENS

ENGRENAGEMMOVIDA

CAIXA DABOMBA

ÁRVORE DEARRASTE


....................

2


PARAFUSOS

Consistem em dois para-

fusos de acionamento,

montados dentro de uma

carcaça com pouquíssi-

ma folga e sem contato

entre os filetes, sincroni-

zados por engrenagens.

O líquido é admitido e os

filetes o expulsam pelo

bocal de saída. Indicadas

para fluidos de viscosida-

de elevada.

PALHETAS DESLIZANTES

Consistem em um cilindro montado excêntrico na câmara da carcaça, pos-

suindo cavidades radiais no seu entorno, onde são montadas palhetas re-

tráteis. O líquido é admitido no lado de maior folga da excentricidade,

sendo levado pelas palhetas e expulso à medida que a folga diminui.

FIGURA 18 BOMBA DE PALHETAS DESLIZANTES

FIGURA 19 BOMBA DE PARAFUSOS

CAIXA DA BOMBA PARAFUSOÁRVORE DEARRASTE

PALHETA CAIXA DE BOMBAROTOR

ÁRVORE DE ARRASTE


....................

PEÇAS DAS TURBOBOMBAS

Bombas dinâmicas ou turbobombas

A energia é transferida para o líquido pela rotação de um eixo onde é mon-

tado um disco, com um certo número de palhetas ou pás, chamadas de

rotor ou impelidor. O que caracteriza os diferentes tipos de turbobombas

é a geometria do impelidor e suas palhetas, o que vai influenciar a forma

como a energia é transferida para o fluido e sua direção na saída do im-

pelidor. A vazão bombeada depende da construção da bomba e das ca-

racterísticas do sistema em que está operando. Observe a Figura 20 abai-

xo e a Figura 21 na página ao lado. Leia a seguir as características dos prin-

cipais tipos de turbobombas.

Bombas centrífugas

O líquido entra na bomba e é acelerado radialmente pelo impelidor, sen-

do a direção de saída do líquido perpendicular ao eixo. Usadas para dife-

renciais de pressão elevados com cargas relativamente baixas.

Bombas de fluxo axial

O líquido entra na bomba e é acelerado por arrasto pelo impelidor, sendo

a direção de saída do líquido paralela ao eixo.

Bombas de fluxo misto

Seu impelidor é uma composição dos dois tipos anteriores, sendo a dire-

ção de saída do líquido inclinada ao eixo.

Bombas periféricas

O impelidor com palhetas na periferia arrasta o fluido.

FIGURA 20


....................

2


FUNCIONAMENTO DAS BOMBAS CENTRÍFUGAS

PARTES FUNDAMENTAIS

PRINCÍPIOS

FIGURA 21 PARTES DA BOMBA CENTRÍFUGA

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

ANÉIS DEDESGASTESUBSTITUÍVEIS

FIXAÇÃODO ROTOR

TAMPA DACARCAÇA

EIXORÍGIDO

MANCAL AXIAL ERADIAL DE ALTAPERFORMANCE

VEDAÇÃODOS MANCAIS

REFRIGERAÇÃODOS MANCAIS

PALHETA

ROTOR

FURO DE DRENO

FURO DE CARCAÇA

CÂMARA DE VEDAÇÃO

SELO MECÂNICOTIPO CARTUCHO

DOIS ANÉISPESCADORES

IMPELIDOR OU ROTOR – Impulsiona o líquido

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

EIXO – Atravessa a carcaça e se conecta ao impelidor, provendo movimento rotativo


....................

Teoricamente, carga de uma bomba é definida como a energia por uni-

dade de massa que a bomba tem condições de fornecer ao líquido, para

uma determinada vazão.

No campo prático, é definida como a energia por unidade de peso (for-

ça) que a bomba tem condições de fornecer ao líquido, para uma determi-

nada vazão. Assim, as curvas “cargas x vazão” fornecidas pelos fabrican-

tes normalmente apresentam a carga com uma das seguintes unidades:

Diz-se então que é a altura de coluna de líquido (m ou ft) equivalente

ao diferencial de pressão que a bomba fornece, para aquela vazão. Ou a

altura manométrica que a bomba consegue vencer naquela vazão.

Como a energia fornecida pelo eixo é constante, quanto maior a vazão,

maior a distribuição de energia pela massa de fluido e menor a carga, ou

diferencial de pressão, conseguida. Porém, a carga fornecida ao líquido

não varia de maneira linear com a vazão (curva teórica), pois existem di-

versas perdas hidráulicas no processo (Ph), devido ao comportamento do

líquido em relação ao impelidor e carcaça não ser ideal (escorregamento,

atrito interno, choques e turbulência), fazendo com que a variação da “car-

ga x vazão” tenha diferentes curvas (curvas reais). Com base no que você

acabou de ler, procure analisar a Figura 22.

CURVAS DE CARGA (H) X VAZÃO (Q)

kgf . m/kgf = m ou lbf . ft/lbf = ft

FIGURA 22 CURVAS DE CARGA (H) X VAZÃO (Q)

Q

H

ESCORREGAMENTO E NÃO-UNIFORMIDADE

CHOQUES E TURBULÊNCIA

ATRITO INTERNO

CURVA REAL


....................

2


A potência realmente absorvida pelo líquido, potência útil (Potu), pode ser

definida também em função da massa ou do peso.

As curvas reais dependem dos detalhes construtivos das bombas e

podem ser estáveis – para cada carga apenas uma vazão – ou instáveis:

Planas (flat)

Inclinadas

Ascendentes/descendentes (instáveis)

Descendentes

FIGURA 23 CURVAS REAIS

CURVAS DE POTÊNCIA ABSORVIDA

Potu = � . Q . H

(Potabs) X VAZÃO (Q)

� = massa específica� = peso específico

Potu = � . Q . H

MassaH

Em energia

PesoH

Em energia

Q

H

Q

H

Q

H

Q

H


....................

A potência absorvida pelo conjunto da bomba (Potabs) é igual à potên-

cia útil somada a todas as perdas de energia no conjunto da bomba. Além

das perdas hidráulicas (Ph), devemos considerar ainda:

PERDAS VOLUMÉTRICAS (Pv)

Uma parte da energia cedida ao líquido é perdida com a recirculação do

líquido entre as partes da bomba

PERDAS MECÂNICAS (Pm)

Uma parte da energia se perde no atrito entre as partes em movimento,

nos mancais e sistema de vedação. Logo:

Potabs = Potu + Ph + Pv + Pm

Mostram o rendimento total da bomba em função da vazão, contabiliza-

dos os rendimentos hidráulico, volumétrico e mecânico:

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

CURVAS DE RENDIMENTO TOTAL

� = �h . �v . �m

h =

(�) X Vazão (Q)

ATENÇÃO

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

fornecida pelo fabricante do equipamento

Potabs

Potu


....................

2


São alterações na geometria da bomba, no acionamento ou no fluido que

alteram seu desempenho e conseqüentemente suas curvas características,

passando de uma condição atual (1) para uma nova condição depois das

mudanças (2).

Variação do diâmetro do impelidor (D)

Refere-se à troca de impelidores ou à sua usinagem para a redução do

diâmetro, sendo limitados pelo tamanho da carcaça e pela baixa eficiên-

cia para rotores pequenos (folga muito grande entre rotor e carcaça; logo,

muita recirculação):

Outras mudanças geométricas no impelidor têm influência mais com-

plexa nas curvas e devem ser estudadas com o fabricante. O desgaste de-

vido ao tempo de vida da bomba reduz sua eficiência.

Variação da rotação do impelidor (N)

Refere-se a variações no acionamento. Às vezes são utilizados variadores de

velocidade nos motores para controlar o desempenho da bomba no sistema:

Variações nas propriedades dos líquidos

A variação da massa específica não altera a carga da bomba, ou seja, a ener-

gia cedida por unidade de massa de fluido continuará a mesma. Porém, a

potência absorvida pela bomba é diretamente proporcional:

Q1Q2

D1D2

=H1H2

D1D2

=( (2 Pot1Pot2

D1D2

=( (3

Q1Q2

N1N2

=H1H2

N1N2

=( (2 Pot1Pot2

=� N1N2�3

Potu = � .Q . H

FATORES QUE ALTERAM AS CURVAS CARACTERÍSTICAS DAS BOMBAS


....................

Com fluidos muito viscosos as bombas centrífugas aumentam bastan-

te a potência absorvida, reduzem a carga e diminuem um pouco a vazão

bombeada. Existem cartas de correção das curvas para uso das bombas

centrífugas com fluidos muito viscosos.

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

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

fabricante da bomba em um único gráfico, em relação a um único eixo de

vazão, com valores para di-

versos tamanhos de rotor e

ainda com a curva de NPSH

(Net Positive Suction Head)

requerido, que será visto

adiante. Em alguns casos a

potência e o rendimento são

apresentados em um conjun-

to de linhas que marcam as

faixas de valores (linhas de

isopotência e isorrendimen-

to). Observe a Figura 24.

Temos de determinar a ener-

gia por unidade de peso,

que o sistema solicitará de

uma bomba em função da

vazão de bombeamento. É

denominada carga do siste-

ma (H) ou altura manométri-

ca do sistema (AMT).

Ela varia em função da

diferença de elevação entre

os reservatórios de sucção e

descarga; da diferença de

pressões entre os reservatórios de sucção e descarga; e das perdas de car-

ga existentes na tubulação, devido às perdas por atrito e restrições.

CURVAS DAS BOMBAS CENTRÍFUGASFIGURA 24

H (m)

Q min

150

100

50

0

Ø648

Ø630

Ø570

Ø500

60 70 7585 87

8785

80

75

80

88

NPSH (m)14

10

6

2

Ø500

Ø648

P (kW)1500

Ø648

1000

500

01000 1500 2000 2500 3000 350010005000

Ø630

Ø570

Ø500

Q (m3/h)

APRESENTAÇÃO DAS CURVAS CARACTERÍSTICAS DAS BOMBAS CENTRÍFUGAS

CURVA DO SISTEMA


....................

2


São estas diferenças e perdas que a bomba deve compensar. Várias

mudanças no sistema podem mudar sua curva característica:

Mudanças nas propriedades dos fluidos: diminuição da densidade re-

duz o peso das colunas de líquido e altera os valores da perda de carga.

Aumento na viscosidade também aumenta a perda de carga etc.

Variações de níveis nos vasos de sucção e descarga

Variações de pressão nos vasos de sucção e descarga

Alterações nas linhas: aumento ou redução de restrição à passagem do

líquido, principalmente por válvulas de controle, aumenta ou reduz a perda

de carga

(Net Positive Suction Head ou Pressão Líquida Positiva na Sucção)

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

te maneira:

Todos os fluidos processados na indústria, por mais “puros” que sejam,

sempre possuem uma pequena quantidade de impurezas e gases dissolvi-

dos. Essas impurezas e gases (núcleos) quebram a resistência do líquido à

formação de bolhas maiores, notadamente abaixo de um determinado va-

lor de pressão, chamada de pressão crítica. Esta pressão crítica normalmente

fica em torno da pressão de vapor do líquido à temperatura de operação.

Quando há uma redução da pressão do líquido até a pressão crítica, é

facilitada a formação de macrobolhas a partir das microbolhas de gases

existentes. Então, na veia líquida começam a aparecer mais e mais ma-

crobolhas à medida que a pressão cai.

Se a pressão é levada novamente a valores acima da pressão crítica, as

bolhas geradas entram em colapso, implodem. O líquido ao redor ocupa

o espaço deixado instantaneamente pelo gás, gerando ondas de choque

e microjatos de fluido. Quando este fenômeno ocorre na proximidade de

paredes metálicas, gera vibração, ruído e erosão nas peças envolvidas.

Quanto maior a intensidade da cavitação, maiores a vibração e o ruído, e

mais severa será a erosão.

CAVITAÇÃO E NPSH


....................

Nas bombas centrífugas, se a pressão na sucção chegar a níveis abai-

xo da pressão crítica do líquido, serão formadas as bolhas e, ao entrarem

no impelidor, serão subitamente pressurizadas, implodindo. Diz-se então

que a bomba está “cavitando”, com ruído, vibração, erosão severa e per-

da de eficiência.

A cavitação é um fenômeno indesejável e deve ser equacionado. Para

isto devemos garantir que a pressão do líquido na entrada do impelidor

(Pi) esteja acima da pressão crítica.

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

como referência para a pressão crítica, pois esta não é determinada para

as condições práticas. Logo, Pi deve estar acima da Pv, considerando ainda

uma folga. Os fabricantes testam e calculam as perdas de carga da entra-

da da bomba até o impelidor, informando aos consumidores o NPSH re-

querido, ou seja, o mínimo de carga que deve haver acima da Pv no bo-

cal de sucção para que não se inicie a cavitação. Este valor depende uni-

camente da geometria da entrada da bomba e da vazão, sendo indicado

no gráfico da bomba como uma curva NPSHr x Q.

Quem seleciona a bomba deve calcular o NPSH disponível, ou seja, o

valor de carga acima da Pv existente no bocal de sucção. Este valor de-

pende unicamente do sistema: pressão e elevação do vaso de sucção, tem-

peratura do fluido, perdas de carga na linha de sucção etc. Como também

varia com a vazão, pode ser indicado em um gráfico NPSHd x Q.

Podemos representar

no mesmo gráfico as

curvas características

da bomba e do sistema.

O ponto de trabalho

será determinado na

interseção entre a cur-

va de carga da bomba

e a curva de carga do

sistema. Observe a Fi-

gura 25.

CURVAS DA BOMBA E DO SISTEMAFIGURA 25

H x Q sistema

� x Q

Pot x Q

H x Q

�t

Ht

Pot

Qt Q

DETERMINAÇÃO DO PONTO DE TRABALHO E SELEÇÃO DA BOMBA


....................

2


Este ponto indica a AMT fornecida pela bomba e a vazão de opera-

ção. Traçando uma reta vertical, identificamos o rendimento e a potên-

cia absorvida.

A reta vertical também cruza as curvas de NPSH requerido e disponí-

vel e verificamos a folga (f) entre os valores:

Quando há problemas em selecionar bombas com boa folga, pode-se

aumentar o NPSHd, modificando o projeto do sistema na sucção, ou redu-

zir o NPSH requerido, optando pelo uso de indutores (peças semelhantes a

rotores axiais ou mistos, instaladas à frente do rotor da bomba), ou reduzin-

do-se a rotação (só em casos especiais como bombas de condensado).

No projeto, determina-se a curva do sistema que atende às exigências

do processo e procura-se escolher nos catálogos dos fabricantes, do tipo

de bomba adequado ao serviço, o modelo cujas curvas atendam às neces-

sidades, na região de alta eficiência e com boa folga (f).

Para aplicações fora das soluções usuais oferecidas no mercado, “de

prateleira”, deve-se estudar cuidadosamente as alternativas. Como comen-

tado anteriormente, existem várias maneiras de modificar as curvas da

bomba e do sistema, visando adequá-las às exigências do processo.

As bombas podem ser associadas em série ou em paralelo.

Associação em série: opção quando a altura manométrica é muito ele-

vada para a vazão requerida, acima dos limites alcançados por uma úni-

ca bomba disponível no mercado. A curva H x Q do conjunto correspon-

de ao somatório do head das bombas para as mesmas vazões

Associação em paralelo: opção quando a vazão é muito elevada para a

altura manométrica requerida, ou varia de forma definida, acima dos limites

f = NPSHd - NPSHr

f > 0,6 m (2ft) é aceitável

ASSOCIAÇÃO DE BOMBAS CENTRÍFUGAS


....................

alcançados por uma única bomba disponível no mercado, oferecendo ainda

flexibilidade e segurança operacional. A curva H x Q do conjunto corresponde

ao somatório da vazão das duas bombas para os mesmos heads.

Características gerais das turbobombas

Este grupo de bombas responde pela maioria das aplicações, notadamen-

te as bombas centrífugas. Nesta Unidade será dada ênfase às bombas cen-

trífugas por serem maioria na instalação de refinarias. Ver a Figura 26.

Vantagens

São acionadas por motores elétricos sem modificadores de velocidade

Trabalham em regime permanente

Apresentam flexibilidade operacional devido às modificações que po-

dem ser feitas para que se adaptem às novas condições: restrição de vál-

vula na descarga, mudança do impelidor, variação de velocidade

Requerem menor manutenção do que as bombas alternativas

Cobrem ampla faixa de vazões

Apresentam relação de custo favorável

ANÉIS DE DESGASTEFIGURA 26

ANÉIS DE DESGASTE

ANÉIS DE DESGASTE

ANÉIS DE DESGASTE

ANÉIS DE DESGASTE

ANÉIS DE DESGASTE


....................

2


Desvantagens

Baixa eficiência para vazões muito baixas e diferenciais de pressão

muito altos

Baixa eficiência para altas viscosidades

Redução da sua capacidade pelos gases dissolvidos no líquido

Erosão acelerada causada pelos sólidos em suspensão

Inadequada quando se deseja vazão constante, independente de alte-

rações no sistema

Quanto à posição, podem ser:

Horizontais

Verticais

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

Simples estágio

Múltiplos estágios

DETALHE DE UMA TURBOBOMBAFIGURA 27

DETALHES CONSTRUTIVOS DAS TURBOBOMBAS


....................

Impelidor

Já foi vista sua classifica-

ção em centrífugos, axi-

ais ou mistos. Os impeli-

dores podem ser:

Abertos

Semi-abertos

Fechados

E ainda:

Sucção simples

Dupla sucção

Carcaça

Os tipos construtivos são os seguintes:

EM VOLUTA

São as mais utilizadas pela eficiência, baixo custo e simplicidade mecâ-

nica, predominantemente para bombas de simples estágio. Devido aos

esforços radiais gerados por vazões diferentes da vazão de projeto, a va-

zão mínima para bombas com voluta é limitada em torno de 25% a 50%

da vazão de projeto.

COM PÁS DIFUSORAS

Possui pás difusoras fixas à carcaça, formando canais difusores para o lí-

quido que sai do rotor. Mais utilizadas em bombas de múltiplos estágios,

onde ainda possui uma parte chamada diafragma, para separar os estági-

os e redirecionar o líquido.

CONCÊNTRICAS

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

forços radiais.

EM DUPLA VOLUTA

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

IMPELIDOR DE DUPLA SUCÇÃOFIGURA 28


....................

2


MISTA

É uma combinação de vo-

luta com pás difusoras.

Podem ser ainda:

Partidas axialmente

Partidas radialmente

Eixo

O eixo transmite o movi-

mento do acionador para

o(s) impelidor(es), supor-

tando todas as partes ro-

tativas da bomba. O eixo se conecta ao acionador por meio de um acopla-

mento e é suportado por mancais. Como atravessa a carcaça para conec-

tar-se ao(s) impelidor(es), necessita de um sistema de vedação que evite

o vazamento do fluido da carcaça. Ver Figura 29.

Luvas de eixo

Têm o objetivo de proteger o eixo de corrosão, erosão ou desgaste, prin-

cipalmente em caixas de gaxetas onde há atrito com as gaxetas na pre-

sença do fluido bombeado ou de selagem. As luvas podem ter outros ob-

jetivos, como por exemplo atuar como espaçadores na montagem de vá-

rios impelidores em bombas de múltiplos estágios.

Anéis de desgaste

São “peças de sacrifício” colocadas nas extremidades que sofrem muito des-

gaste por erosão nas carcaças e nos impelidores. O aumento da folga entre

carcaça e impelidor permite maior recirculação, reduzindo o rendimento da

bomba. A colocação dos anéis torna mais simples e barata a manutenção.

Vedação por gaxetas

Sua função é evitar o vazamento do líquido bombeado (ou no caso de

operação com pressão, sucção inferior à pressão atmosférica, evitar a ad-

missão de ar). Composta por:

CARCAÇAFIGURA 29

Partida axialmente


....................

CAIXA DE GAXETASCAIXA DE GAXETAS

Acomoda os anéis de gaxetas

na parte posterior da carcaça

ANÉIS DE GAXETAS

Elementos de vedação de se-

ção quadrada, que envolvem

o eixo ou luva de eixo dentro

da caixa de gaxetas

SOBREPOSTA

Atravessada pelo eixo e mon-

tada ao final da caixa de gaxe-

tas, comprime as gaxetas para dar o ajuste necessário. O aperto de ajuste

na sobreposta é feito de tal forma que permita um vazamento de 30 a 60

gotas de líquido por minuto, fazendo a lubrificação e refrigeração no con-

tato gaxeta/eixo

E em determinados casos ainda pode possuir:

BUCHA DE GARGANTA OU DE FUNDO

Montada no fundo da caixa de gaxetas, próxima ao impelidor, restringe a

passagem do líquido bombeado

CONEXÃO PARA LÍQUIDO DE SELAGEM

Usa-se líquido de selagem quando a pressão interna na carcaça é negati-

va, quando o fluido é abrasivo ou contém sólidos em suspensão, ou quan-

do o vazamento do fluido bombeado é indesejável (líquidos inflamáveis,

tóxicos, corrosivos etc.). Pode ser o próprio fluido bombeado, no caso de

água fria ou produto limpo (com conexões na própria bomba), ou um flui-

do disponível adequado para este fim (água ou óleo de selagem).

ANEL DE LANTERNA

O anel bipartido perfurado, que distribui o líquido de selagem de manei-

ra uniforme no entorno do eixo, pode ser montado entre as gaxetas, pró-

ximo ao rotor (evitando a passagem de sólidos e impurezas), ou próximo

à sobreposta para reduzir a diluição do fluido bombeado.

FIGURA 30

GAXETAS

SOBREPOSTA


....................

2


CÂMARA PARA REFRIGERAÇÃO

São caixas de gaxetas com câmaras para passagem de fluido de refrige-

ração, usadas quando se deseja uma refrigeração mais eficiente do con-

junto de vedação.

São indicadas para:

Produtos limpos ou que não oferecem restrições ao vazamento (não

perigosos)

Condições de operação suaves ou moderadas

Velocidades superficiais inferiores a 900 ft/min

Líquido com boas propriedades lubrificantes

Alta deflexão do eixo na caixa de gaxetas

Alta vibração

Serviço intermitente com produtos que se solidificam ou formam de-

pósitos

As gaxetas podem ser fabricadas de diversos materiais, tais como juta, li-

nho, algodão, borracha natural, neoprene, silicone, teflon, amianto, cobre,

alumínio, ente outros. Sua escolha depende da compatibilidade com o fluido

bombeado e seus contaminantes, além das condições de bombeamento.

Vedação por selo mecânico

É aplicada em condições de bom-

beamento em que as deficiências

das caixas de gaxetas são excessi-

vas. Em linhas gerais, os selos me-

cânicos consistem em duas super-

fícies adjacentes (sedes), polidas,

montadas em posição perpendicu-

lar ao eixo, uma na parte estacioná-

ria da bomba e outra no eixo, giran-

do com ele. O contato contínuo en-

tre as partes é garantido por molas,

sendo mantido um selo fluido entre

elas, com atrito e vazamento míni-

mos. Veja a Figura 31.

VEDAÇÃOFIGURA 31

Por selo mecânico


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Compostos basicamente por:

CAIXA DE SELAGEM

Acomoda o selo mecânico.

SEDE ESTACIONÁRIA

Peça montada na sobreposta que possui a face polida estacionária.

SEDE ROTATIVA

Peça montada no eixo que possui a face polida rotativa.

MOLA

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

SOBREPOSTA

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

sede estacionária.

Nos selos mecânicos existem três áreas que necessitam de selagem (ver

Figuras 32 e 33, na página ao lado).

ENTRE A SEDE ESTACIONÁRIA E A CARCAÇA (SELO SECUNDÁRIO ESTÁTICO)

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

ENTRE A SEDE ROTATIVA E O EIXO (SELO SECUNDÁRIO DINÂMICO)

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

elastômero.

ENTRE AS DUAS SUPERFÍCIES DE SELAGEM EM MOVIMENTO

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

cies polidas.

Tipos básicos de montagem:

INTERNA

A sede rotativa é montada dentro da caixa de selagem, ficando em conta-

to com o fluido, com melhor refrigeração e menor vazamento.


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2


EXTERNA

A sede rotativa é montada fora da

caixa de selagem, não tendo conta-

to com o fluido, de fácil instalação e

inspeção.

Tipo de selagem externa:

SIMPLES

Um único selo mecânico montado.

DUPLO

A montagem é feita com dois selos

mecânicos para fluidos que não po-

dem passar para a atmosfera. Po-

dem ser montados face a face, costa a costa ou em série (tandem), pos-

suindo fluido de barreira entre eles, injetado para evitar o vazamento do

fluido bombeado.

NÃO BALANCEADOS

Quando toda a pressão interna atua no sentido de juntar as faces. Para

fluidos de boas propriedades lubrificantes e baixas pressões.

BALANCEADOS

Quando a força de fechamento é di-

minuída pela redução da área efeti-

va exposta à pressão interna que

atua no sentido de juntar as faces.

Pode possuir ainda:

CONEXÕES PARA LÍQUIDO

DE SELAGEM, REFRIGERAÇÃO,

LAVAGEM, DRENO E RESPIRO

Usam-se para fazer lubrificação,

limpeza e refrigeração das faces de

selagem com fluidos externos.

SELOS DE AÇÃO SIMPLESFIGURA 32

SELOS DE AÇÃO DUPLAFIGURA 33


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CÂMARAS PARA REFRIGERAÇÃO

Caixas de selagem, sobreposta ou sede estacionária, com câmaras para

passagem de fluido de refrigeração. São usadas quando se deseja uma

refrigeração mais eficiente do conjunto de vedação.

São indicados para:

Produtos perigosos

Produtos caros

Líquidos com baixas propriedades lubrificantes

Gaxetas que gerariam alto atrito, consumindo potência

Altas temperaturas que inibem o uso de gaxetas

Condições de operação cíclicas

Mancais

Apóiam o eixo e suportam os esforços radiais e axiais que atuam sobre con-

junto rotativo. Garantem também as folgas entre as partes móveis e esta-

cionárias. Podem ser mancais radiais (de apoio), axiais (de escora) ou mis-

tos (combinação apoio e escora).

Os mancais de rolamentos são os mais usados para bombas centrífu-

gas comuns, quando a combinação de carregamentos elevados e veloci-

dade não é muito severa. São muito empregados rolamentos de esferas e

cilindros, de pistas simples e duplas e também os autocompensadores.

Os mancais de deslizamento são utilizados nas condições em que os de

rolamentos não são aconselhados e também em casos em que se empre-

ga o fluido bombeado para lubrificação.

Operação de bombas centrífugas

A operação de uma bomba centrífuga depende do tipo de bomba e do

serviço para o qual ela foi selecionada, bem como do sistema no qual ela

está instalada. Deve-se observar cuidadosamente os dados e procedimen-

tos definidos no manual de instalação, operação e manutenção fornecido

pelo fabricante, assim como nos manuais de operação da unidade. Serão

apresentados aqui passos básicos para uma visão global da operação de

bombas centrífugas.


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2


A operação compõe-se das fases de partida, acompanhamento e para-

da. Deve-se efetuar uma inspeção preliminar da bomba, observando:

Limpeza

Segurança

Sentido de rotação do acionador

Sistema de lubrificação

Sistemas auxiliares (água de refrigeração, líquido de selagem, vapor

de aquecimento etc.)

Linhas de sucção e descarga e seus alinhamentos

Escorva da sucção

A partida pode ser manual ou automática. Para partida manual é ne-

cessário observar os principais passos:

Fechar drenos

Fechar válvula de descarga – lembrar que bombas axiais partem com

a válvula de descarga aberta

Abrir válvula de recirculação se necessário

Abrir válvula de sucção

Partir o acionador

Abrir válvula de descarga vagarosamente após a bomba alcançar ro-

tação normal

Fechar válvula de recirculação se necessário

Observar operação inicial do conjunto: vazamentos, temperatura, ruí-

do, vibração, aquecimento ou qualquer comportamento anormal etc.

No caso de partida automática tem-se apenas o passo partir, de forma

remota. Porém, é necessário colocar a bomba em condição de partida au-

tomática e realizar os passos não-automatizados, pois é importante obser-

var que na opção automático as válvulas sempre ficarão abertas, a menos

que se tenham acionadores com comando remoto.

O acompanhamento visa detectar anormalidades e evitar que uma

condição operacional inadequada se torne uma falha mecânica, ou uma

falha mecânica se agrave a ponto de danificar severamente o equipamento

e/ou causar acidentes. Dá-se pela observação e intervenção do operador,

com uso de instrumentos portáteis de monitoramento (como medidores de


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vibração, medidores de temperatura, avaliadores de ruído e detectores de

vazamentos) e de instrumentos residentes de monitoramento e proteção

(sensores instalados no equipamento e cabos transmitindo os sinais até a

estação de controle). As determinações de uso destes métodos são em

função da importância do equipamento e da política de operação e auto-

mação da empresa.

Os principais problemas que constituem falhas mecânicas são:

VAZAMENTOS

Produto, lubrificante e água de refrigeração

VIBRAÇÃO

Cavitação, carga excessiva, carga muito baixa, desbalanceamento, desa-

linhamento, folgas inadequadas etc.

EROSÃO

Cavitação, sólidos em suspensão

RUÍDO

Danificação dos mancais, atrito entre as partes móveis, cavitação

AQUECIMENTO EXCESSIVO

Falha na lubrificação, excesso de lubrificante nos mancais, falha na refri-

geração, recirculação excessiva, bloqueio da descarga etc.

PERDA DE EFICIÊNCIA

Recirculação interna devido a desgaste dos anéis de desgaste, vazamen-

to excessivo etc.

A parada também pode ser manual ou automática. Na parada manual

é necessário observar os passos da partida na seqüência inversa. Na pa-

rada automática é preciso apenas parar pelo sistema de comando remoto.


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2


BOMBAS

DEFINIÇÃO

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

BOMBAS VOLUMÉTRICAS OUDE DESLOCAMENTO POSITIVO

BOMBAS ALTERNATIVASA peça que impelirá o fluido possui movimentoalternativo.

Pistão – O impelidor é um pistão que sedesloca dentro de um cilindro

Êmbolo – O impelidor é um êmbolo queadmite e expulsa o líquido, ocupando edesocupando um determinado volume

Diafragma – O líquido é impelido por umamembrana, acionada por uma haste commovimento alternativo

BOMBAS ROTATIVASAs peças que impelirão o fluido possuemmovimento rotativo.

Engrenagens – Consiste em duasengrenagens montadas em uma carcaçacom pouquíssima folga. O fluido é forçadoa percorrer as laterais da carcaça pelarotação das engrenagens, nos espaçosentre os seus dentes

Lóbulos – Mesmo princípio das bombasanteriores, só que ao invés de engrenagenssão montadas as peças denominadas lóbulos

Parafusos – Consiste em dois parafusos deacionamento montados em uma carcaça compouquíssima folga, sincronizados. O líquidoé admitido e os filetes o expulsam

Palhetas deslizantes – Consiste em umcilindro montado excêntrico na carcaça,com cavidades radiais, onde sãomontadas palhetas retráteis. O líquido éadmitido no lado de maior folga, sendolevado pelas palhetas e expulso à medidaque a folga diminui

1 BOMBAS DINÂMICAS OUTURBOBOMBAS

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

Centrífugas – O líquido é aceleradoradialmente pelo impelidor, sendo a direçãode saída perpendicular ao eixo

De fluxo axial – O líquido é acelerado porarrasto pelo impelidor, sendo a direção desaída paralela ao eixo

De fluxo misto – Seu impelidor é umacomposição dos dois tipos anteriores,sendo a direção de saída inclinada ao eixo

Periféricas – O impelidor com palhetas naperiferia arrasta o fluido

2

CLASSIFICAÇÃO DAS BOMBAS QUANTO AOS TIPOS

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTODAS BOMBAS CENTRÍFUGAS

Impelidor – Impulsiona o líquido

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

Eixo – Atravessa a carcaça e se conecta aoimpelidor, provendo movimento rotativo

Criação de duas zonas de pressão pelomovimento de centrifugação do impelidor: a debaixa pressão na entrada succiona novaspartículas vindas da tubulação, e a de altapressão na descarga permite que o fluxo delíquido vença as perdas na descarga.

3

11RESUMO


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CURVA CARACTERÍSTICADO SISTEMA

CARGA (H OU AMT) x VAZÃO (Q)É função da diferença de elevação e diferençade pressões entre os reservatórios de sucção edescarga e das perdas de carga na tubulação.

6

CURVAS CARACTERÍSTICASDA BOMBA

Carga (H) x vazão (Q)

Potência absorvida (Potabs) x vazão (Q)

Rendimento total (�) x vazão (Q)

4

BOMBAS

FATORES QUE ALTERAM AS CURVASCARACTERÍSTICAS DAS BOMBAS

DIÂMETRO DO IMPELIDOR

VARIAÇÃO DA ROTAÇÃO (N)

VARIAÇÃO DA MASSA ESPECÍFICAPotência absorvida diretamente proporcional

FLUIDOS MUITO VISCOSOSAumentam muito a potência absorvida,reduzem a carga e a vazão bombeada

São normalmente fornecidas pelo fabricante emum único gráfico, em relação a um único eixo devazão e ainda com a curva de NPSH requerido.

5

CAVITAÇÃO

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

7

22RESUMO

NPSH

REQUERIDOÉ o mínimo de carga que deve haver acima daPv no bocal de sucção para que não se inicie acavitação (gráfico NPSHr x Q)

DISPONÍVELNo sistema, é o valor de carga acima da Pvexistente no bocal de sucção (gráfico NPSHd x Q)

8

DETERMINAÇÃO DODETERMINAÇÃO DODETERMINAÇÃO DODETERMINAÇÃO DODETERMINAÇÃO DOPONTO DE TRABALHO EPONTO DE TRABALHO EPONTO DE TRABALHO EPONTO DE TRABALHO EPONTO DE TRABALHO ESELEÇÃO DASELEÇÃO DASELEÇÃO DASELEÇÃO DASELEÇÃO DA BOMBABOMBABOMBABOMBABOMBA

Interseção entre as curvas de carga da bombae do sistema. Uma reta vertical identifica orendimento, a potência absorvida, NPSHrequerido e disponível (folga > 0,6m = 2ft éaceitável). Escolher nos catálogos dosfabricantes o modelo cujas curvas atendam àsnecessidades, na região de alta eficiência ecom boa folga (f).

9

ASSOCIAÇÃO DE BOMBASCENTRÍFUGASEm série Em paralelo

10

CARACTERÍSTICASGERAIS DAS TURBOBOMBAS

Responde pela maioria das aplicações,notadamente as bombas centrífugas

VANTAGENS

São acionadas por motores elétricos semmodificadores de velocidade

Trabalham em regime permanente

Apresentam flexibilidade operacional devidoàs modificações que podem ser feitas paraque se adaptem às novas condições:restrição de válvula na descarga, mudançado impelidor, variação de velocidade

Requerem menor manutenção do que asbombas alternativas

Cobrem ampla faixa de vazões

Apresentam relação de custo favorável

11


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2


BOMBAS

CARACTERÍSTICASGERAIS DAS TURBOBOMBAS

DESVANTAGENS

Baixa eficiência para vazões muito baixas ediferenciais de pressão muito altos

Baixa eficiência para altas viscosidades

Redução da sua capacidade pelos gasesdissolvidos no líquido

Erosão acelerada causada pelossólidos em suspensão

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

33RESUMO

12

DETALHES CONSTRUTIVOSDAS TURBOBOMBAS

Impelidor – Abertos; semi-abertos efechados. De sucção simples e dupla sucção

Carcaça – Em voluta, com pás difusoras,concêntricas, em dupla voluta ou mista.Partidas axialmente ou radialmente

Eixo e luvas de eixo

Anéis de desgaste

Quanto à posição – Horizontais e verticais

Quanto ao número de impelidores – Simplesestágio e múltiplos estágios

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VEDAÇÃO PORSELO MECÂNICO

Caixa de selagem

Sede estacionária

Sede rotativa

Mola

Sobreposta

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

Câmaras para refrigeração

Selo secundário estático

Selo secundário dinâmico

Filme lubrificante

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VEDAÇÃOPOR GAXETASCaixa de gaxetas

Anéis de gaxetas

Sobreposta

Bucha de garganta ou de fundo

Conexão para líquido de selagem

Anel de lanterna

Câmara para refrigeração


Produtos limpos ou que não oferecemrestrições ao vazamento (não perigosos)

Condições de operação suaves ou moderadas

Velocidades superficiais inferioresa 900 ft/min

Líquido com boas propriedades lubrificantes

Alta deflexão do eixo na caixa de gaxetas

Alta vibração

Serviço intermitente com produtos que sesolidificam ou formam depósitos

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TIPOS BÁSICOS DEMONTAGEMInterna ou externa

Simples ou duplo

Não-balanceados

Balanceados


Produtos perigosos

Produtos caros

Líquidos com baixas propriedadeslubrificantes

Gaxetas que gerariam alto atrito,consumindo potência

Altas temperaturas que inibemo uso de gaxetas

Condições de operação cíclicas

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MANCAIS

Os de rolamentos são os mais usados parabombas centrífugas comuns, quando a combinaçãode carregamentos elevados e velocidade não émuito severa. Os mancais de deslizamento sãousados nas condições onde os de rolamentos nãosão aconselhados e também em casos em que seutiliza o fluido bombeado para lubrificação

BOMBAS 44RESUMO

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INSPEÇÃO PRELIMINARDA BOMBA

Limpeza

Segurança

Sentido de rotação do acionador

Sistema de lubrificação

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

Linhas de sucção e descarga e seusalinhamentos

Escorva da sucção

PARTIDAAUTOMÁTICA

Partir remotamente. Colocar a bomba emcondição de partida e realizar os passosnão-automatizados

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PARTIDA MANUAL

Fechar drenos

Fechar válvula de descarga – lembrar quebombas axiais partem com a válvula dedescarga aberta

Abrir válvula de recirculação se necessário

Abrir válvula de sucção

Partir o acionador

Abrir válvula de descarga vagarosamenteapós a bomba alcançar rotação normal

Fechar válvula de recirculação se necessário

Observar operação inicial do conjunto:vazamentos, temperatura, ruído, vibração,aquecimento ou qualquer comportamentoanormal etc.

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ACOMPANHAMENTO

Detectar anormalidades e intervir para evitarcondição operacional inadequada ou que umafalha mecânica se agrave. Uso de instrumentosportáteis de monitoramento e de instrumentosresidentes de monitoramento e proteção.Principais problemas que constituem falhasmecânicas: vazamentos, vibração, erosão, ruído,aquecimento excessivo, perda de eficiência

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PARADA

MANUALPassos da partida na seqüência inversa

AUTOMÁTICAParar pelo sistema de comando remoto

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Tome NotaTome Nota

Documents

55025344 Apostila de Bombas