Selos Mecanicos_estudo Mestrado

8/12/2019 Selos Mecanicos_estudo Mestrado

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UNIVERSIDADE DE TAUBATVdson Lopes de Souza

Estudo tcnico-econmico da substituiode gaxetas por selos mecnicos em bombas

centrfugas

Taubat - SP2009


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Vdson Lopes de Souza

Estudo tcnico-econmico da substituiode gaxetas por selos mecnicos em bombas

centrfugas

Dissertao apresentada para ob-

teno do certificado de ttulo deMestre pelo curso de Mestrado Pro-fissional em Engenharia Mecnicado Departamento de EngenhariaMecnica da Universidade de Tau-bat.rea de concentrao: SistemasEnergticos e AmbientaisOrientador: Prof Jos Rui Camargo

Taubat - SP2009


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Vdson Lopes de Souza

Estudo tcnico-econmico da substituio de gaxetas por selos mecni-cos em bombas centrfugas

Dissertao apresentada para obteno docertificado de ttulo de Mestre pelo cursode Mestrado Profissional em EngenhariaMecnica do Departamento de EngenhariaMecnica da Universidade de Taubat.rea de concentrao: Sistemas Energti-cos e AmbientaisOrientador: Prof Dr. Jos Rui Camargo

Data: 05/10/2009Resultado: Aprovado

BANCA EXAMINADORA

Prof Dr. Jos Rui Camargo UNITAU Universidade de Taubat

Assinatura: ______________________________________________________

Prof Dr. Carlos Alberto Chaves UNITAU Universidade de Taubat

Assinatura: ______________________________________________________

Prof Dr. Carlos Daniel Ebinuma UNESP Universidade Est. de So Paulo

Assinatura: ______________________________________________________


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Dedico este trabalho minha me e meu pai que sempre me apoia-ram, e s minhas lindas e maravilhosas filhas Ivana e Isadora, mi-nhas fontes de inspirao e motivao.


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AGRADECIMENTOS

Ao Prof Dr. Jos Rui Camargo, pela orientao, sabedoria e paci-ncia.

Sabesp que disponibilizou vasto material e condies para de-senvolvimento da pesquisa.

Burgmann do Brasil que deu suporte para desenvolvimento doestudo.

Unitau pela oportunidade de desenvolvimento acadmico com o

programa de mestrado profissional.


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RESUMO

Estudo tcnico-econmico da substituio de gaxetas por selos mec-

nicos em bombas centrfugas.

As bombas centrfugas com vedaes base de gaxetas possuem uma

boa eficincia, porm impem ao sistema de bombeamento, perdas do produto

recalcado. Estas so variveis que norteiam fatores relacionados s condies

fsicas do equipamento, como por exemplo, o desgaste excessivo das buchas,

falta da regulagem adequada e at mesmo o porte das bombas. O objetivo

principal desta pesquisa foi identificar e quantificar os vazamentos provenientes

das vedaes das bombas centrfugas que operam em regime permanente epropor a substituio do sistema de vedao com gaxetas por slos mecnicos

com maior eficincia, na Estao Elevatria de gua Tratada de Itaquera per-

tencente empresa SABESP Companhia de Saneamento Bsico do Estado

de So Paulo, localizada na Avenida Virgnia Ferne, n 1036 - Itaquera, na ci-

dade de So Paulo. Pde-se observar com os resultados, que o investimento

totalmente amortizado a partir do 4 ano de operao do selo mecnico, bem

como a economia com os vazamentos de gua e energia eltrica. O novo dis-

positivo mostrou-se eficaz na questo de implantao e manuteno, sendoque cabe um investimento inicial a ser disponibilizado pela empresa interessa-

da.

Palavras chave: bombas centrfugas; gaxetas, selos mecnicos;


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ABSTRACT

Technical and economic study of replacement gaskets for mechanical

seals in centrifugal pumps.

The centrifugal pumps with sealing based on gaskets have a good efficien-

cy, but, impose to the pumping system, losses of product to be pumped. These

ones, are variables that guide related factors to physical condition of equip-

ments, for example, exceeding wearing of the sleeves (wad), and a lack of a

proper adjustment and even the pumps size. The main objective of this re-search was to identify and quantify the leakages originated from the sealing of

centrifugal pumps which operates in permanent regime, at Lifting Station

treated Water of Itaquera, belonging to the company SABESP - Companhia de

Saneamento Bsico do Estado de So Paulo, located at Avenida Virgnia

Ferne, n 1036 - Itaquera, city of So Paulo. We could find out with the results,

that the investment is totally amortized from the 4th year of mechanical sealing

operation, as well as the economy with the leakages of water and electrical

energy. The new device has shown efficiency in implementation and mainten-

ance, and an investment should be made by an interested company due to its

efficiency.

Key-words: centrifugal pumps; gaskets, mechanicals seals;


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Sumrio1 Introduo ..................................................................................................01

2 Revises da literatura ................................................................................02

2.1 Histrico do desenvolvimento dos sistemas de bombeamento ............02

2.2 Caractersticas das gaxetas e slos mecnicos ...................................18

2.2.1 Gaxetas ...........................................................................................18

2.2.1.1 Seleo de gaxetas ...................................................................20

2.2.1.2 Substituio de gaxetas ............................................................22

2.2.2 Slos Mecnicos .............................................................................24

2.2.2.1 Vedao principal .....................................................................24

2.2.2.2 Vedao secundria .................................................................25

2.2.2.3 Uso do Slo Mecnico ..............................................................26

2.2.2.4 Vantagens do Slo Mecnico ...................................................27

2.3 Deteces de falhas em bombas centrfugas ........................................28

2.3.1 Disfunes na suco ......................................................................29

2.3.2 Disfunes na instalao .................................................................30

2.3.3 Disfunes mecnicas .....................................................................31

3 Metodologia ...............................................................................................33

3.1 Caractersticas das instalaes ............................................................33

3.2 Quantificaes de vazamentos ............................................................34

3.3 Dados do projeto ..................................................................................38

4 Resultados e discusses ...........................................................................41

5 Concluses ................................................................................................51

6 Referncias ...............................................................................................52


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1 - Introduo

O objetivo principal desta pesquisa identificar e quantificar os vaza-

mentos provenientes das vedaes das bombas centrfugas que operam em

regime permanente, na Estao Elevatria de gua Tratada de Itaquera perten-cente empresa SABESP Companhia de Saneamento Bsico do Estado de

So Paulo, localizada na Avenida Virgnia Ferne, n 1036 - Itaquera, na cidade

de So Paulo. E, por meio do estudo tcnico-econmico, considerando tambm

fatores sociais e ambientais atuais, propor a substituio do elemento vedante

adotado com gaxeta por dispositivo de slos mecnicos apropriados para elimi-

nao dos vazamentos de gua tratada pelo sistema de vedao.

O estudo tcnico-econmico diz respeito avaliao comparativa de

utilizao de vedao das bombas com gaxeta e slo mecnico, mostrando ascondies de materiais e mtodos para cada um dos casos, fornecendo suporte

para deciso da melhor aplicao.

Ainda neste trabalho cientfico foram identificados valores numricos

referentes aos gastos de gua durante o funcionamento de bombas centrfugas

na Estao Elevatria de gua Tratada da empresa Sabesp Itaquera. Uma

vez que os valores foram determinados, pesquisaram-se solues para minimi-

zar ou banir o desperdcio de gua que ocorre durante o funcionamento das

bombas.

Dentro deste contexto, houve avaliao tcnica-econmica para substi-

tuio do sistema de vedao e refrigerao do eixo das bombas atravs de

gaxetas por sistemas com selos mecnicos em bombas centrfugas da Estao

Elevatria de gua tratada da Sabesp.


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2 - Revises da Literatura

2.1 Histrico do desenvolvimento dos sistemas de bombeamento

Segundo Macintyre (1987), os primeiros dispositivos implementados

para a soluo dos problemas relacionados ao deslocamento dos lquidos fo-

ram a Nora Chinesa, um engenhoso dispositivo constitudo por roda dotada de

caamba para levar a gua a canais de irrigao e, o sistema de correntes e

caambas com a qual, 3000 a.C, no poo de Josephus, no Cairo, a gua era

retirada de um poo construdo com duas plataformas com quase 100 metros

de profundidade.A cidade de Knossos, na ilha de Creta, foi inicialmente habitada depois

de 6000 a.C. e por volta de 3000 a.C. era a maior cidade da regio. Por volta

de 1700 1450 a.C. a cidade estava em seu apogeu e desenvolveu um siste-

ma de transporte de gua que utilizava condutos circulares e distribuam gua

para a cidade e para o palcio em tubulaes pressurizadas. Estes, possivel-

mente os primeiros tubos utilizados j que outras civilizaes apenas se utiliza-

vam canais superficiais, conforme Tsutiya (2005).

Arquimedes (287-212 a.C.) inventou a primitiva bomba de parafuso e

Ctesibus (270 a.C.) props a bomba de mbolo, dois inventos de origem grega.

Ao longo dos sculos surgiram outros tipos de bombas e os aperfeioamentos

de acordo com as necessidades operacionais, progresso industrial, melhoria

das condies de sade e conforto, que esto totalmente ligados ao progresso

da cincia e tecnologia das mquinas destinadas ao deslocamento dos lquidos

por escoamento forado, que so as bombas. Nesta evoluo chegou-se a-

plicao das gaxetas, como elemento vedante e refrigerador do eixo principal

das mesmas.

Para Macintyre (1987), bombas so mquinas geratrizes cuja finalidade

realizar o deslocamento de um lquido por escoamento. Sendo esta uma m-

quina geratriz, transforma o trabalho mecnico que recebe para seu funciona-

mento em energia, que comunicada ao lquido sob as formas de energia cin-

tica e presso. Estes equipamentos tambm so denominados de mquinas


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operatrizes hidrulicas, porque realizam um trabalho til especfico ao desloca-

rem um lquido.

Conforme Tsutiya (2005), bombas cinticas so aquelas que fornecem

energia gua, sob forma de energia de velocidade. Essa energia converte-se

dentro da bomba em energia de presso, permitindo que a gua atinja posi-es mais elevadas dentro de uma tubulao.

Segundo Oliveira e Gonalves (1999), a perda de gua tratada pelas

gaxetas das bombas considerada desperdcio relevante para o sistema de

abastecimento de gua e, os valores mais significativos so os vazamentos

pelas linhas de aduo dos sistemas.

De acordo com Silva e Gonalves (2003), no contexto da crescente pro-

blemtica da gua, solues em diferentes nveis tm sido adotadas no Brasil e

no mundo. O uso racional da gua um assunto avaliado em diversos estudos,segundo uma abordagem sistemtica das atividades a serem implantadas nas

questes de reduo dos desperdcios de gua.

Conforme Tsutiya (2005), as estaes elevatrias so partes essenciais

dos sistemas de abastecimento de gua, sendo utilizadas na captao, adu-

o, tratamento e distribuio de gua. E o desenvolvimento das tecnologias

dos equipamentos eletro-mecnicos nelas empregados, vem permitindo o em-

prego cada vez mais generalizado das estaes elevatrias, para solucionar os

variados problemas de transporte de gua. Os principais componentes das es-

taes elevatrias so a casa de bombas, as bombas, motores e painis eltri-

cos, vlvulas e tubulaes de suco e recalque, conforme figura 01.


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Figura 1: Componentes da estao: bombas, motores, vlvulas e tubulaes (Sabesp, 2008)

Para Tsutiya (2005), as bombas centrfugas com vedaes a base de

gaxeta possuem uma boa eficincia, porm impem ao sistema de bombea-

mento, perdas do produto recalcado. Estas so variveis que norteiam fatores

relacionados s condies fsicas do equipamento, como por exemplo, o des-

gaste excessivo das buchas, falta da regulagem adequada e at mesmo o por-

te das bombas. A importncia desta pesquisa cientfica deu-se pelo fato das

empresas de saneamento ambiental e empresas de forma geral, necessitarem

reduzir as perdas durante o processo. Considera ainda que as bombas centr-

fugas com vedaes a base de gaxeta possuem uma boa eficincia, porm

impem ao sistema de bombeamento, perdas do produto recalcado. Estas so

variveis que norteiam fatores relacionados s condies fsicas do equipa-

mento, como por exemplo, o desgaste excessivo das buchas, falta da regula-

gem adequada e at mesmo o porte das bombas. A identificao da importn-

cia desta pesquisa cientfica deu-se pelo fato das empresas de saneamento

ambiental e empresas de forma geral, necessitem reduzir as perdas durante o

processo.

Conforme Passeto e Frison (2008), o abastecimento de gua tratada

para a populao atendida pela SABESP Companhia de Saneamento Bsico

do Estado de So Paulo efetuada por meio de centros de reservao de

grande capacidade, que abastecem as zonas baixas das localidades por gravi-


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dade. Ocorre que, nas zonas altas onde os centros de reservao no atendem

as cotas altimtricas necessrias, preciso um sistema de elevao do produto

para cotas mais altas, para que haja possibilidade de suprir todos os setores

populacionais, inclusive industriais. Este sistema de elevao de gua com-

posto por uma Estao Elevatria constituda por conjuntos moto-bomba deportes variados, para bombeamento do fluido at as cotas necessrias, s ve-

zes para torres e em outras vezes diretamente para as linhas de distribuio

populao. Muitos destes conjuntos moto-bomba possuem o sistema de veda-

o e refrigerao dos eixos atravs de gaxetas, propiciando vazamentos e

perdas do produto durante o processo.

Para Tsutiya (2005), as gaxetas so elementos mecnicos utilizados para

impedir a passagem de um fluxo de fluido de um local para outro, de forma total

ou parcial. Os materiais usados na fabricao de gaxetas so: algodo, juta,asbesto (amianto), nylon, teflon, borracha, alumnio, lato e cobre. A esses ma-

teriais so aglutinados outros, tais como: leo, sebo, graxa, silicone, grafite,

mica, entre outros. A funo destes ltimos materiais que so aglutinados s

gaxetas torn-las autolubrificadas.

Em algumas situaes, o fluxo de fluido no deve ser totalmente veda-

do, pois existe a necessidade de passagem mnima de fluido com a finalidade

de auxiliar a lubrificao entre o eixo rotativo e a prpria gaxeta. A este tipo de

propriedade d-se o nome de restringimento que aplicado, por exemplo,

quando se trabalha com bomba centrfuga de alta velocidade. Nesse tipo de

bomba, o calor gerado pelo atrito entre a gaxeta e o eixo rotativo muito ele-

vado e por este motivo, o mecanismo exige uma sada controlada de fluido pa-

ra minimizar o possvel desgaste.

A caixa de gaxeta mais simples apresenta um cilindro oco onde ficam

alojados vrios anis de gaxeta, pressionados por uma pea chamada sobre-

posta. A funo dessa pea manter a gaxeta alojada entre a caixa e o eixo,

sob presso conveniente para o trabalho.

De acordo com Passeto e Frison (2008), durante a execuo das manu-

tenes eletromecnicas preventivas existem procedimentos e instrues de

trabalho para execuo das regulagens das sobrepostas e gaxetas das bom-

bas, porm, mesmo com este procedimento, ainda nota-se a perda de lquido

por estes sistemas de vedao e refrigerao, considerados de certa relevn-


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A figura 3 mostra detalhamento em corte da bomba centrfuga bi-

partida marca KSB, modelo RDL, com os cdigos de peas para montagem.

Figura 3: Bomba centrfuga bi-partida em corte (KSB, 2008)

A Tabela 1 mostra a lista de peas e componentes para montagem da

bomba centrfuga.


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Tabela 1: Relao detalhada das peas bomba centrfuga bi-partida (KSB, 2008)


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Figura 5: Mancais da bomba centrfuga bi-partida (KSB, 2008)

. Rotores: so os componentes da bomba que possuem a funo de

transferir para a massa lquida, o movimento de rotao, convertendo a energia

mecnica em energia cintica. Podem ser classificados quanto admisso do

lquido (simples suco e dupla suco), quanto s paredes (aberto, semi-

aberto e fechado) e quanto direo de sada do lquido (fluxo axial, fluxo radi-

al e fluxo misto), conforme figura 6.

Figura 6: Rotor de bomba centrfuga bi-partida (KSB, 2008)


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.Vedao: A caixa de gaxeta tem a funo de impedir vazamento onde

o eixo atravessa a carcaa. Se a presso do lquido bombeado no interior da

caixa de gaxeta for maior que a presso atmosfrica, sua funo evitar que o

lquido vaze para fora da bomba. Se a presso no interior for menor que a

presso atmosfrica, sua funo evitar a entrada de ar para dentro da bom-ba. A vedao entre a carcaa e o eixo, pode ser feita com gaxeta, conforme

figura 7 ou com selo mecnico.

Figura 7: Sistema de selagem (KSB, 2008)

Para o funcionamento de uma bomba centrfuga, segundo Macintyre

(1987), necessrio preencher a mesma com lquido a ser bombeado, antes

da partida, o que se denomina escorva1. Existem bombas que so auto-

aspirante ou auto-escorvante.

De acordo com Macintyre (1987), quando se inicia o movimento do rotore o lquido contido nos canais formados pelas ps, a fora centrfuga cria uma

zona de maior presso na periferia do rotor e uma de baixa presso na sua

1Devido s folgas entre rotor e coletor e o restante da carcaa, no pode haver a expulso do ar no interi-

or da bomba e tubo de aspirao, de modo a ser criada uma rarefao com a qual a presso, atuando nolquido do reservatrio de aspirao, venha a ocupar o espao vazio deixado pelo ar expelido e a bomba

possa funcionar.


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fixas sua velocidade nula. Assim, aparece o gradiente de velocidade que

responsvel pela fora de resistncia de atrito do fluido.

De acordo com Pfleiderer e Petermann (1979), as principais perdas que

ocorrem dentro das mquinas de fluxo so devido ao atrito, s variaes de

seo e de velocidade, que em geral reduzem a presso e so denominadasperdas hidrulicas. Alm destas, existem as perdas por fuga de fluido que no

influem na presso ou tem uma influncia de menor importncia. A estas per-

tencem, primeiramente, as perdas no labirinto, que ocorrem devido existncia

de um interstcio entre o rotor e a carcaa, denominado labirinto, que neces-

srio por razes construtivas e atravs do qual uma parte do meio de trabalho

flui para o tubo de suco, evitando o rotor. Alm destas, existe usualmente

uma perda de fluido atravs da gaxeta, conforme figura 8.

Figura 8: Vista do sistema de engaxetamento e preme-gaxeta (SABESP, 2008)


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A figura 10 mostra a simulao de assentamento da gaxeta no eixo.

Figura 10: Amostra de gaxeta (Burgmann do Brasil, 2008)


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Figura 12: Formatos e aplicaes de gaxetas (Ferraz, 2008)


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2.2.1.1 - Seleo da gaxeta

A escolha da gaxeta adequada para cada tipo de trabalho deve ser

feita com base em dados fornecidos pelos catlogos dos fabricantes. No entan-

to, os seguintes dados devem ser levados em considerao (Ferraz, 2008):

Material utilizado na confeco da gaxeta: existem vrios tipos de mate-

riais disponveis a nvel de mercado, como em grafite, teflon, borracha,

algodo, borracha, borracha sinttica, feltro, espuma, couro, flourpolme-

ro, etc.

Dimenses da caixa de gaxeta: so de acordo com o sistema de vedao

utilizado e tamanho do equipamento a ser vedado;

Fluido lquido ou gasoso bombeado pela mquina: existem gaxetas apro-

priadas para cada tipo de gs e de acordo tambm com o tipo de lquido

a ser bombeado ou vedado;

Temperatura e presso dentro da caixa de gaxeta: estas condies so

primordiais para seleo da gaxeta, levando em considerao a aplicabi-

lidade de cada tipo de gaxeta;

Tipo de movimento da bomba (rotativo/alternativo): alternativo um mo-

vimentodo equipamento entre dois pontos e seguindo uma seqncia al-


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ternativa e o movimento rotativo quando se tem um eixo girando den-

tro de uma cmara onde contm um lquido que deve ser vedado;

Material utilizado na construo do eixo ou da haste: deve ser de acordo

com o tipo de servio e exposio a ser efetuada. As buchas podem ser

de bronze, lato, etc.;

Ciclos de trabalho da mquina: as gaxetas so selecionadas conforme

rotao do equipamento devido questo de temperatura, contato ao ei-

xo, etc.;

Condies especiais da bomba: alta ou baixa temperatura; local de tra-

balho (submerso ou no); meio (cido, bsico, salino) a que se encontra

exposta.


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2.2.1.2 - Substituio da gaxeta

A gaxeta deve ser removida com um par de saca-gaxeta, conforme

figura 13, com tamanho adequado, conforme figura 03. O interior da caixa degaxeta deve ser bem limpo. O grau de limpeza poder ser verificado com o au-

xlio de um espelho ou lmpada, caso seja necessrio.

Figura 13: Ferramentas para substituio das gaxetas (Ferraz, 2008)

Caso no exista uma gaxeta padronizada, deve-se substitu-la por uma

em forma de corda, tomando cuidado em seu corte e montagem. O corte deve-r ser a 45 para que haja uma vedao. A gaxeta dever ser montada escalo-

nadamente para que no ocorra uma coincidncia dos cortes ou emendas, evi-

tando assim possveis vazamentos, conforme mostra a figura 14.

Figura 14: Formas de corte e montagem de gaxetas (Ferraz, 2008)


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A figura 15 mostra os possveis defeitos e falhas na utilizao dos ele-

mentos de vedao denominados de gaxetas, bem como suas possveis cau-

sas e origens, conforme Omel (2009).

.

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. ,

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. .

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,

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,

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,

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Figura 15: Falhas ou defeitos de gaxetas (Omel, 2009)


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2.2.2.2 - Vedao Secundria

A vedao secundria, aplicada sede e ao anel de selagem, pode ser

feita por meio de vrios anis com perfis diferentes, tais como: junta, aneloring, anel V, cunha, fole, etc., conforme Ferraz (2008).

A figura 17 mostra detalhamento dos componentes de um slo me-

cnico, conforme corte da bomba centrfuga, indicando suas vedaes secun-

drias, conformao de cunhas e foles, posicionamento de anis O rings.

Figura 17: Vedaes secundrias (Omel, 2009)


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2.2.2.3 - Uso do Slo Mecnico

Os selos mecnicos so utilizados com vantagens em relao s gaxe-

tas, pois no permitem vazamentos e podem trabalhar sob grandes velocida-des e em temperaturas e presses elevadas, sem apresentarem desgastes

considerveis. Eles permitem a vedao de produtos txicos e inflamveis,

conforme Ferraz (2008).

A figura 18 mostra exemplos de slos mecnicos em corte, componen-

tes de montagem e posies de ajustes.

Figura 18: Slo Mecnico em corte (Ferraz, 2008)


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2.2.2.4 - Vantagens do Slo Mecnico

Conforme Ferraz (2008), o selo mecnico usado em equipamentos degrande importncia como bombas de transporte em refinarias de petrleo,

bombas de lama bruta nos tratamentos de gua e esgoto, bombas de submer-

so em construes, bombas de fbricas de bebidas, em usinas termoeltricas

e nucleares, bombas de produtos qumicos, etc.

As vantagens de utilizao do slo mecnico so:

Reduz o atrito entre o eixo da bomba e o elemento de vedao reduzindo,

conseqentemente, a perda de potncia.

Elimina o desgaste prematuro do eixo e da bucha. A vazo ou fuga do produto em operao mnima ou imperceptvel.

Permite operar fluidos txicos, corrosivos ou inflamveis com segurana.

Tem capacidade de absorver o jogo e a deflexo normais do eixo rotativo.

Para Shiels (2002), freqentemente as falhas apresentadas nos compo-

nentes dos slos mecnicos so detectadas em inspees visuais. Isto pode

ocorrer devido existncia de cavitao anterior ou ao mesmo tempo da falha

destes dispositivos.


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2.3 - Deteces de Falhas em Bombas Centrfugas

A figura 19 mostra os provveis sintomas e possveis causas de problemas

nas falhas detectadas em bombas centrfugas, que so as disfunes na suc-

o, na instalao e mecnicas, de acordo com Omel (2009).

SINTOMAS CAUSAS POSSVEIS DO PROBLEMA

A bomba no bombeia 1,2,3,4,6,11,14,16,17,22,48

A capacidade no suficiente 2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,14,17,20,22,29,30,31,48

A altura manomtrica no suficiente 5,14,16,17,20,22,30,31

A bomba perde o escorvamento aps a parti-

da2,3,5,6,7,8,11,12,13

A potncia absorvida excessiva 15,16,17,18,19,20,26,27,33,34,37,48,49

O vazamento pelo preme-gaxeta excessivo 13,26,32,34,35,36,38,39,40,49

As gaxetas se desgastam com excessiva

rapidez

12,13,26,28,32,33,34,35,36,37,38,39,40,49

O selo mecnico se desgasta com excessiva

rapidez15,16,17,23,24,25,26,27,28,34,35,36,38,40,41

A bomba vibra ou muito barulhenta2,3,4,9,10,11,21,26,27,28,30,35,36,41,42,43,

44,45, 46,47,48,49,50

A vida dos rolamentos muito curta 26,27,28,35,36,41,42,43,44,45,46,47,49

A bomba sobreaquece ou engripa 1,4,21,22,27,28,35,36,41,49

Figura 19: Sintomas e possveis causas dos problemas em bombas centrfugas (Omel, 2009)


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2.3.1 - Disfunes na Suco

Segundo Omel (2009), as disfunes na suco ocorrem quando:

1- A bomba no est escorvada.

2- A bomba ou a linha de suco no esto completamente cheias de lqui-

do.

3- A altura de suco elevada demais.

4- NPSH Net Positive Suction Head(altura livre positiva de suco) in-

suficiente.

5- O lquido contm demasiado ar ou gases dissolvidos.

6- Existem bolsas de ar na linha de aspirao.

7- A linha de suco no estanque e permite entradas de ar.

8- Existem entradas de ar na bomba atravs do preme-gaxeta.

9- A vlvula de p na linha est sub-dimensionada.

10- A vlvula de p est parcialmente obstruda.

11- A submergncia na linha de suco insuficiente.

12- A linha de flushingest obstruda.

13- A posio do anel de lanterna no pacote de gaxeta est errada.


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2.3.2 - Disfunes na instalao

Segundo Omel (2009), as disfunes na instalao ocorrem quando:

14- A velocidade de rotao muito baixa.

15- A velocidade de rotao muito elevada.

16- O sentido de rotao est errado.

17- A altura manomtrica requerida na instalao superior aquela da

bomba.

18- A altura manomtrica requerida na instalao inferior aquela da bom-

ba.

19- O peso especfico do fluido bombeado diferente do previsto.

20- A viscosidade do fluido bombeado diferente do previsto.

21- O ponto de operao da bomba com uma capacidade muito pequena.

22- A bomba no apropriada para trabalhar em paralelo.

23- O material no adequado para o lquido bombeado.

24- A temperatura do lquido muito elevada.

25-A quantidade ou a presso do lquido de flushingso insuficientes.


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2.3.3 - Disfunes mecnicas

Segundo Omel (2009), as disfunes mecnicas ocorrem quando:

26- O eixo est torto.

27- As partes mveis atritam com as partes fixas.

28- Os rolamentos esto com desgastes.

29- Os anis de desgaste esto gastos.

30- O rotor est danificado.

31- As juntas do corpo esto com defeito e permitem vazamentos internos.

32- O eixo ou a luva do eixo esto com desgaste na rea de atuao das

gaxetas.

33- O eixo ou a luva do eixo esto com desgaste na rea de atuao do s-

lo mecnico.

34- O tipo de slo mecnico ou gaxeta no so adequados s condies de

funcionamento.

35- O eixo gira fora do centro devido ao desalinhamento do suporte de ro-

lamentos ou por desgaste dos rolamentos.

36- A parte rotativa est desbalanceada e causa vibraes.

37- O preme-gaxeta est muito apertado causando insuficincia de fluxo delquido nas gaxetas.

38- Falta de fluido de resfriamento na caixa de gaxetas.


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32

39- A folga excessiva entre o fim da caixa de gaxetas e o eixo provoca a

penetrao da gaxeta no interior da bomba.

40- Desgaste do eixo da luva de proteo provocada por lquido de flushing

sujo e com suspenses.

41- Cargas excessivas causadas pela quebra do selo mecnico ou do dis-

positivo de equilbrio hidrulico (se existir).

42- Temperatura dos rolamentos causada por excesso de leo ou graxa.

43- Falta de lubrificao.

44- Instalao errada ou tipo inadequado de rolamento (ou danos ocorridos

durante a montagem).

45- Rolamentos sujos.

46- Rolamentos enferrujados devido presena de gua no interior do su-

porte de rolamentos.

47- Resfriamento excessivo do suporte de rolamentos com conseqente

condensao de umidade no seu interior.

48- Corpos estranhos no interior do rotor.

49- Desalinhamentos.

50- Fundaes no rgidas.


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gaxetas so instaladas sobre buchas de desgaste, que com o tempo de utiliza-

o, vo se desgastando, onde ocorrem os maiores ndices de vazamentos. A

soluo a troca destas buchas para diminuio desta perda imposta ao sis-

tema. Considerando que, a soluo definitiva seria a troca destes dispositivos

por selos mecnicos, cujos custos de instalao e manuteno so bem maiselevados.

3.2 Quantificaes dos vazamentos

A funo da gaxeta executar a vedao do eixo e carcaa da bomba,

em relao ao meio externo, refrigerando o eixo. Neste instante ocorre a perda

do produto a ser recalcado. A proporo desta perda foi quantificada e contro-

lada atravs de medies peridicas com pessoal orientado e treinado, condu-zindo de forma padronizada a atividade de medio. Decidiu-se manter a

mesma pessoa com o objetivo de manter esta padronizao das medies.

Com provetas de polietileno graduada at 250 ml e 500 ml, marca Biomatic e

um cronmetro digital profissional, marca Toppa modelo Sports Timer, execu-

tou-se as medies por grupo e quantificamos a perda geral do sistema, con-

forme figuras 20, 21, 22 e 23. Sendo que existe uma tubulao de PVC DN

na sada do dreno de cada bomba interligadas a uma tubulao coletora princi-

pal de PVC DN 2, que direciona o lquido coletado a um poo de dimenses

quadrada 1200 mm e 1500 mm de profundidade. Neste poo, existe um ac-

mulo de gua, proveniente deste descarte, que aps chegar ao nvel mximo,

ocorre o acionamento eltrico com bias de nvel e painel de comando, ligando

as bombas de dreno para execuo de recalque da gua para nveis superio-

res. Atualmente, esta gua descartada na rede de galerias de guas pluviais,

no sendo aproveitada para quaisquer fins.

A efetuao das medies de vazamentos foi concretizada durante as

atividades de manuteno preventiva mensais, que ocorrem conforme progra-

mao e determinao do Sistema de Gerenciamento de Manuteno SGM,

dentro dos perodos estipulados.

Para o processamento e quantificao dos vazamentos, realizaram-se

todas as medies durante os meses de janeiro de 2008 a dezembro de 2008,

conforme orientao e mantendo a mesma metodologia, ou seja, utilizando a


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35

proveta graduada de 250 ml, colocando-a na sada da descarga de gua das

gaxetas, concomitantemente ao acionamento do cronmetro. O interrompi-

mento da contagem de tempo se deu quando o nvel da gua na proveta apon-

tava na escala graduada o valor mximo de 250 ml. Aps, realizavam-se os

clculos de converso de vazo em mililitros por minuto e posteriormente, aofinal do ciclo de medies, para litros por ano, favorecendo clculos e melhor

visualizao, conforme tabela 2. Ainda nesta figura, demonstraram-se as quan-

tificaes dos vazamentos de gua pelas gaxetas, onde se considerou ml (mili-

litros) por min. (minuto).

Tabela 2: Quantificao dos vazamentos pelas gaxetas (Sabesp, 2008)

110

90

90

110

80

120

110

90

90

110

100

100

100

Na figura 20, mostra-se a metodologia de medio dos vazamentos

de gua provenientes das gaxetas, com utilizao da proveta graduada e cro-

nmetro e oficial de Manuteno.


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36

Figura 20: Medio de vazamento proveniente da gaxeta (Sabesp, 2008)

Na figura 21, mostra-se a proveta de polietileno graduada at 250 ml.

Figura 21: Proveta graduada 250 ml (Sabesp, 2008)


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37

A figura 22 mostra o cronmetro marca Toppa, modelo Sports Timer,

utilizado na medio em questo.

Figura 22: Cronmetro utilizado nas medies (Sabesp, 2008)

Na figura 23, demonstra-se a metodologia de medio de vazamentos

das gaxetas, com proveta graduada, cronmetro e profissional orientado e trei-

nado.

Figura 23: Viso geral da medio de vazamento de gua pelas gaxetas (Sabesp, 2008)


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3.3 Dados considerados para o projeto

Avaliou-se tambm a viabilidade tcnica e econmica para a instalao

do sistema, em relao adequao, instalao e manuteno dos dispositivos

de selos mecnicos nas referidas bombas centrfugas da Estao Elevatria degua Tratada de Itaquera.

Dados do projeto e condies operacionais:

-Local: EEA Itaquera;

-Bomba centrfuga marca KSB, modelo RDL 300-340;

-Rotao: 1704 RPM;-Fluido bombeado: gua potvel;

-Temperatura: 25 C;

-Presso de suco: 0,6 Bar;

-Presso de recalque: 4,8 Bar;

Clculo do investimento:

Para aplicao de gaxetas, considerou-se (KSB, 2008):

-Custos das gaxetas: R$ 150,00;

-Luva em ao carbono: R$ 740,88;

-Mo-de-obra: R$ 500,00/ interveno;

Investimento inicial: R$ 1390,88/conjunto


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Uma bomba operando com gaxetas, de acordo com figura 08, normal-

mente sofrem duas intervenes por ano, sendo que, a cada trs intervenes,

necessrio substituir a luva protetora do eixo.

Executando-se o clculo de vazamento de gua pelo sistema de gaxe-

tas, conforme figura 17, e consumo de energia, considerando gaxeta de grafitemontada sobre uma luva em bom estado, com aperto ideal e ajustes peridicos

no preme-gaxeta, mostrado na figura 02.

-Regime de operao: 24 horas / dia;

-Vazamento: 100 ml / minuto;

-Vazamento: 51840 litros / ano;

-Consumo de Energia: 0,4 kWh;

Para aplicao de slo mecnico (Burgmann do Brasil, 2008):

-Selo Mecnico para condio operacional: 01-MN74N/70 SBEGG Burgmann;

-Preo do selo mecnico: R$ 2551,07/unidade;

-Preo de uma luva em ao inox: R$ 1481,75 / unidade;

-Preo de uma sobreposta: R$ 1900,65/unidade;

-Mo-de-obra: R$ 500,00 / interveno;

Investimento inicial: R$ 6433,47/ conjunto.

Uma bomba operando com slo mecnico, normalmente sofre uma inter-

veno a cada 02 (dois) anos, sendo que, o slo mecnico pode ser retirado e

recuperado (substituio das vedaes secundrias e lapidao das vedaes

primrias).

Foi efetuado clculo de vazamento e consumo de energia pelo selo me-

cnico, considerando-se que a bomba em bom estado de conservao (Burg-

mann do Brasil, 2008):


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4 - Resultados e Discusso

Considerando-se as caractersticas e clculos apresentados no item 3.3,

podem-se encontrar os custos de consumo de gua e energia eltrica apresen-

tados na Tabela 3.

Tabela 3: Comparativo gaxeta x slo mecnico

Dispositivo Gaxeta Slo Mecnico

Regime de operao (h / dia) 24 24

Vazamento (ml / min) 100 0,036

Vazamento (l / ano) 51840 18,9216

Consumo de energia (kWh) 0,4 0,3

Custo da gua (R$ / litro) 0,000876 0,000876

Custo da energia (R$ / kWh) 0,33284 0,33284

Desperdcio gua (R$ / ano) 45,41 0,02

Desperdcio Energia (R$ / ano) 1166,27 874,7

Na tabela 3 foram indicados valores de consumo de energia eltrica rela-

tivos utilizao dos dispositivos de selagem com gaxetas e slos mecnicos

nas bombas centrfugas, considerando atrito entre os componentes de veda-

o, fora centrfuga na partida dos equipamentos, etc. Dados informados pela

Burgmann do Brasil (2008), amparados em testes efetuados em bancada de

desenvolvimento de produtos. Os valores de consumo desta energia eltrica

proporcional (kWh) foram calculados e tabulados para converso anualizada.

E considerando que a estao elevatria de gua tratada possui dois

conjuntos moto-bomba em funcionamento, calculou-se as tabelas 3, 4 e 5.

Na tabela 4 no foram considerados nos estudos os valores de eixo e

anis devido considerao inicial de equipamentos de bom estado de conser-


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vao. Os componentes de troca peridica (gaxetas e luvas) por causa de des-

gaste foram considerados para substituio durante as manutenes preventi-

vas.

Tabela 4: Investimento e custos de manuteno para gaxetas por bomba

Preos (R$) Inicial 1 ano 2 ano 3 ano 4 ano 5 ano 6 ano 7 ano TOTAL

Gaxeta 150,00 300,00 300,00 300,00 300,00 300,00 300,00 300,00 2250,00

Luva 740,88 740,88 1481,80 740,88 1481,80 740,88 1481,80 740,88 8149,65

Mo-de-obra 500,00 1000,00 1000,00 1000,00 1000,00 1000,00 1000,00 1000,00 7500,00

Vazamento 45,41 45,41 45,41 45,41 45,41 45,41 45,41 317,87

Energia 1166,30 1166,30 1166,30 1166,30 1166,30 1166,30 1166,30 8163,95

Total 1390,90 3252,60 3993,50 3252,60 3993,50 3252,60 3993,50 3252,60 26381,78

Figura 24: Gastos (R$) com gaxeta (Burgmann, 2008)


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Figura 25: Gastos (R$) com luva protetora (Burgmann, 2008)

Figura 26: Gastos (R$) com mo-de-obra para gaxeta (Burgmann, 2008)


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Figura 27: Gastos (R$) com vazamentos de gua (Sabesp, 2008)

Figura 28: Gastos (R$) com e energia eltrica proporcional (Burgmann, 2008)


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Tabela 5: Investimento e custos de manuteno para selo mecnico por bomba


Selo mec. 2551,10 0 314,08 0 1381,00 0 314,10 0 4560,29

Sobreposta 1900,70 0 0 0 0 0 0 0 1900,65

Luva 1481,80 0 0 0 0 0 0 0 1481,75

Mo-de-obra 500,00 0 500,00 0 500,00 0 500,00 0 2000,00

Vazamento 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,14

Energia 874,70 874,70 874,70 874,70 874,70 874,70 874,70 6122,90

Total 6433,50 874,70 1688,80 874,72 2756,00 874,70 1689,00 874,70 16065,73

Figura 29: Gastos (R$) com selo mecnico (Burgmann, 2008)


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Figura 32: Gastos (R$) mo-de-obra para selo mecnico (Burgmann, 2008)

Figura 33: Gastos (R$) com vazamento de gua pelo selo mecnico (Burgmann, 2008)


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Figura 34: Gastos (R$) com energia eltrica proporcional (Burgmann, 2008)

Tabela 6: Comparativo de gastos com selos mecnicos


SLO MEC. 6433,5 874,7 1688,8 874,72 2756,00 874,7 1689,00 874,70 16066,12

GAXETA 1390,9 3252,6 3993,5 3252,6 3993,50 3252,6 3993,50 3252,60 26381,80

Figura 35: Gastos (R$) com utilizao de selo mecnico (Burgmann, 2008)


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Figura 36: Gastos (R$) com utilizao de gaxetas (Burgmann, 2008)

Pde-se observar pelas planilhas, que o investimento totalmente amor-

tizado a apartir do 4 ano de operao do selo mecnico, bem como a econo-

mia com os vazamentos de gua e energia eltrica.

O novo dispositivo mostrou-se eficaz na questo de implantao e manu-teno, sendo que cabe um investimento inicial a ser disponibilizado pela em-

presa interessada.

Cabe salientar que a gua perdida pelas gaxetas, conforme figura 02, atu-

almente no aproveitada, cabendo estudo posterior para aproveitar este pro-

duto.

O sistema proposto uma soluo para eliminar as perdas de gua pelas

gaxetas das bombas, considerando que a soluo definitiva seria a troca dos

sistemas de vedao de gaxetas por dispositivos mais modernos como o slomecnico, conforme figura 03. No foi considerada, para efeito de clculo de

viabilidade econmica, a lucratividade gerada pela comercializao da gua

tratada bombeada. Somente considerou-se a amortizao do investimento em

relao aos gastos com a manuteno preventiva dos equipamentos.


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Um fator importante que deve ser relevado a questo da imagem da em-

presa de saneamento ambiental, em relao opinio pblica, preocupada

com os desperdcios e buscando atacar os focos de possveis perdas impostas

aos sistemas de abastecimento e demais setores.


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5 - Concluses

Foi possvel concluir que a proposta vivel nos aspectos tcnicos e

econmicos, efetuando-se a substituio do sistema de vedao das bombascentrfugas com gaxetas por slos mecnicos, e principalmente nos aspectos

ambientais e sociais, em poca de escassez de recursos hdricos, consideran-

do o montante de investimento para o sistema proposto.

O retorno do investimento d-se em aproximadamente 04 (quatro) anos.


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52

6 -Referncias

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