Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS

PROGRAMA DE ATUALIZAÇÃO PARA MECÂNICOS DE EQUIPAMENTOS DE PROCESSOManutenção e Reparo de Bombas PETROBRAS ABASTECIMENTO A LAN K ARD EC P I NTO GERENTE EXECUTIVO DE ABASTECIMENTO – R EFI NO R ONALDO U RURAHY H EYDER BORBA GERENTE 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 AMPOS CONSULTOR SÊNIOR – TECNOLOGIA DE EQUIPAM ENTOS DINÂMICOS I VANILDO DE ALMEIDA SILVA GERENTE DE RE CURSOS HU MANOS DO ABASTECIMENTO Rio de Janeiro 2006 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 propriedades dos líquidos e tabelas 19 Comprimento – l 19 Massa – m 21 Tempo – t 21 Temperatura – T 22 Área – A 23 Volume – V 24 Velocidade linear – v 25 Velocidade angular – w 27 Vazão volumétrica – Q 28 Aceleração – a 29 Força – F 31 Trabalho ou energia – T 33 Torque – Tq 34 Potência – Pot 35 Massa específica – ␳ 36 Peso específico – ␥ 38 Densidade 40 Pressão 40 Viscosidade – ␮ ou ␷ 51 Pressão de vapor 54 Rendimento – ␩ 56 Equação da continuidade 57 Teorema de Bernouille 58 Tabela de tubos 61 Letras gregas 62 Prefixos 62 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 5 Pense e Anote .Sumário Lista de figuras Lista de tabelas Apresentação Introdução 7 13 15 17 Unidades e suas conversões. 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 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 Bombas alternativas 259 Bombas rotativas 263 Bombas centrífugas especiais Bomba auto-escorvante 274 Bomba submersa 274 Bomba tipo “vortex” 274 Referências bibliográficas 161 257 273 275 6 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas .Bombas 67 71 Pense e Anote Recebimento da bomba Preservação 73 75 Instalação e teste de partida 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). Lista de figuras FIGURA 1 FIGURA 2 FIGURA 3 FIGURA 4 FIGURA 5 – Escala de temperaturas Celsius e Fahrenheit – Áreas de figuras geométricas – Volume dos sólidos 22 23 26 24 – Velocidade de deslocamento de um líquido – Velocidade angular 27 FIGURA 6 – Vazão numa tubulação 28 FIGURA 7 – Aceleração centrífuga 30 FIGURA 8 – Força centrífuga 32 FIGURA 9 – Trabalho realizado 33 FIGURA 10 – Torque 34 FIGURA 11 – Massa específica do cubo 37 FIGURA 12 – Peso específico 38 FIGURA 13 – Penetração do prego 41 FIGURA 14 – Macaco hidráulico 41 FIGURA 15 – Pressão atmosférica 43 FIGURA 16 FIGURA 17 FIGURA 18 – Pressão absoluta e pressão relativa (manométrica) – Pressão exercida por uma coluna de líquido 44 45 – Vasos com formatos e áreas de base diferentes e com pressão igual na base FIGURA 19 FIGURA 20 FIGURA 21 FIGURA 22 FIGURA 23 FIGURA 24 FIGURA 25 FIGURA 26 FIGURA 27 – Coluna de Hg – Tubo em U 46 47 48 50 52 55 55 57 – Coluna máxima de água com vácuo – Diferenças de viscosidades – Pressão de vapor 54 – Curva da pressão de vapor – Pressão de vapor em função da temperatura – Escoamento de um líquido numa tubulação – Teorema de Bernouille 59 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 7 Pense e Anote . desprezando perdas – AMT de 80m fornecida pela bomba para a vazão de 90m3/h – Perda de AMT devido ao desgaste interno da bomba – 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 ABASTECIMENTO 122 8 PETROBRAS Manutenção e Reparo de Bombas .FIGURA 28 – Energia cedida pela bomba 60 75 Pense e Anote FIGURA 29 FIGURA 30 FIGURA 31 – Grauteamento de uma base de bomba – Chumbador e luva 76 77 78 86 86 87 91 – Nivelamento transversal da base na área do motor e longitudinal da bomba FIGURA 32 FIGURA 33 FIGURA 34 FIGURA 35 FIGURA 36 FIGURA 37 – Chanfro de 45º na base de concreto e no graute – Turbobomba com os três tipos de fluxo – Bomba regenerativa e seu impelidor – Tipos de bombas centrífugas segundo a norma API 610 – Disco girando com gotas de líquido – Esquema de funcionamento de uma bomba centrífuga 91 92 93 96 FIGURA 38 FIGURA 39 FIGURA 40 FIGURA 41 FIGURA 42 FIGURA 43 – Variação de pressão e velocidade – Variação da pressão e da velocidade no interior da bomba – Difusor 94 100 101 103 103 – Corte de uma bomba centrífuga tipo em balanço – KSB – Partes do impelidor – Classificação do impelidor quanto ao projeto – Velocidade específica FIGURA 44 FIGURA 45 FIGURA 46 FIGURA 47 – Classificação dos impelidores quanto à inclinação das pás – Classificação dos impelidores quanto ao tipo de construção – Classificação dos impelidores quanto à sucção – Tipos de carcaças 104 105 106 106 FIGURA 48 – Bomba com carcaça partida axialmente (BB1) e verticalmente (tipo barril – BB5) FIGURA 49 – Bombas com carcaças partidas verticalmente (BB2) – Com indutor de NPSH e de multissegmentos (BB4) FIGURA 50 FIGURA 51 FIGURA 52 FIGURA 53 FIGURA 54 FIGURA 55 – Curva característica de AMT x vazão – Levantamento da AMT 108 113 114 115 109 – AMT igual a H. Pense e Anote FIGURA 58A FIGURA 59 – Bomba operando sem e com vaporização 123 – Cavitação – NPSH disponível e NPSH requerido para uma dada vazão 125 128 129 130 131 135 138 133 FIGURA 60 FIGURA 61 FIGURA 62 FIGURA 63 FIGURA 64 FIGURA 65 FIGURA 66 FIGURA 67 FIGURA 68 FIGURA 69 – Curva de AMT x vazão de uma bomba cavitando – Determinação do NPSH requerido – Vazão máxima em função do NPSH – Implosão das bolhas de vapor com arrancamento do material – Impelidores com desgaste devido à cavitação – Teste de recirculação interna realizado numa bancada de teste – Recirculação interna na sucção 137 139 141 143 – Variação da pressão de sucção e da descarga com recirculação – Vazão mínima do API 610 em função da vibração – Região de danos no impelidor 140 FIGURA 69A FIGURA 70 FIGURA 71 FIGURA 72 FIGURA 73 FIGURA 74 FIGURA 75 – Determinação da vazão mínima de recirculação – Entrada de ar e formação de vórtices por baixa submergência – Curva do sistema – Ponto de trabalho 144 145 146 147 – Recirculação da descarga para a sucção – Variação do ponto de trabalho por válvula de controle – Variação da curva da bomba com o diâmetro do impelidor ou com a rotação 148 149 150 153 151 154 155 158 FIGURA 76 – Modificação do ponto de trabalho por meio de orifício restrição no flange de descarga FIGURA 77 FIGURA 78 FIGURA 79 FIGURA 80 FIGURA 81 FIGURA 82 FIGURA 83 FIGURA 84 FIGURA 85 – Variação de vazão ligando e desligando bombas – Controle de capacidade por cavitação – Curva típica de AMT x vazão de uma bomba centrífuga – Curva de rendimento de uma bomba centrífuga – Curva de potência de uma bomba centrífuga – Curva característica de NPSH requerido x vazão – Cálculo de NPSH disponível 159 161 – Curvas características por tipo de bomba – Variação do NPSH requerido em função do diâmetro do impelidor 163 165 167 FIGURA 86 FIGURA 87 FIGURA 88 – Novo ponto de trabalho com mudança de diâmetro – Pontos homólogos obtidos com a mudança de rotação – Curva de AMT x vazão 167 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 9 . FIGURA 89 FIGURA 90 FIGURA 91 – Curvas AMT x vazão para diversas rotações – Esforço radial com voluta simples – Esforço radial com dupla voluta 169 170 171 171 Pense e Anote FIGURA 92 FIGURA 93 – Força axial no impelidor sem anel de desgaste – Esforço axial em um impelidor de simples sucção em balanço 172 173 174 174 FIGURA 94 FIGURA 95 FIGURA 96 FIGURA 97 FIGURA 98 FIGURA 99 – Impelidor com pás traseiras – Impelidores em oposição cancelando o esforço axial – Equilíbrio axial com tambor de balanceamento – Balanceamento axial por meio de disco – Disco e tambor de balanceamento – Esquema de bombas em paralelo – Curva de operação em paralelo FIGURA 100 FIGURA 101 FIGURA 102 FIGURA 103 FIGURA 104 FIGURA 105 175 176 178 178 179 180 182 – Variação da vazão com diferentes curvas do sistema – Duas bombas com curvas diferentes operando em paralelo – Curva de AMT ascendente/descendente e curvas planas – Curva da bomba com orifício de restrição – Esquema de bombas em série 183 184 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 10 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . acionada por sistema de biela/manivela Manutenção e Reparo de Bombas 11 Pense e Anote .FIGURA 123 FIGURA 124 FIGURA 125 – Carta de seleção de tamanhos – Curvas da bomba 40-315 211 212 215 – Diagrama para determinação de problemas de vazão ou de baixa pressão de descarga em bombas centrífugas 218 FIGURA 127 – Medida da tensão dos flanges 224 FIGURA 128 – Válvula de fluxo mínimo 228 FIGURA 126 – Pressão de vapor e NPSH FIGURA 129 – Folga mínima externa do impelidor com a voluta e com o difusor 228 230 FIGURA 130 FIGURA 131 – Rolamento de contato angular – Concentricidades. excentricidades e perpendicularidades do acionador vertical 238 239 FIGURA 132 FIGURA 133 – Concentricidade e perpendicularidade da caixa de selagem – Excentricidade e folgas máximas usadas na RPBC para bombas OH 240 241 242 247 FIGURA 134 FIGURA 135 FIGURA 136 FIGURA 137 – Região do encosto dos rolamentos no eixo – Balanceamento em 1 ou 2 planos – Parafuso quebra-junta 244 – Corte do diâmetro do impelidor FIGURA 138 – Aumento de AMT por meio da redução da espessura da pá FIGURA 139 248 249 FIGURA 140 – Ganho de vazão e de rendimento 249 FIGURA 141 – Anel pescador de óleo 250 FIGURA 142 – Métodos de aquecimento do rolamento 252 – Ganho de AMT e de NPSH FIGURA 143 – Tipos de montagem de rolamentos de contato angulares aos pares e com as designações usadas 252 253 FIGURA 144 – Folga do mancal de deslizamento FIGURA 145 – Posição da redução excêntrica e das curvas na tubulação de sucção 254 255 258 259 PETROBRAS ABASTECIMENTO FIGURA 146 – Posição errada de válvula na sucção para impelidor de dupla sucção FIGURA 147 – Posição da válvula de alívio externamente à bomba e antes de qualquer bloqueio FIGURA 148 – Bomba alternativa de pistão. de simples efeito. FIGURA 149 – Bomba alternativa simplex. acionada a vapor 260 260 Pense e Anote FIGURA 150 FIGURA 151 – Válvulas corrediças de distribuição de vapor – Bombas de diafragma acionadas por pistão e por outro diafragma 262 263 264 264 266 266 FIGURA 152 FIGURA 153 FIGURA 154 FIGURA 155 FIGURA 156 FIGURA 157 FIGURA 158 FIGURA 159 FIGURA 160 FIGURA 161 – Vazão ao longo do tempo da bomba alternativa – Vazão x ⌬P para bombas rotativas – Bomba de engrenagens externas e internas – Bomba de 3 fusos e de simples sucção – Bomba de 2 fusos e de dupla sucção – Bombas de palhetas 267 268 268 – Bomba de cavidades progressivas – Bombas com 1. de duplo efeito. submersa e tipo “vortex” 12 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . de pás flexíveis e de came com pistão 271 273 FIGURA 164 – Bomba auto-escorvante. 3 e 5 lóbulos – Bomba peristáltica 269 269 270 – Esquema da variação de vazão da bomba alternativa de pistões axiais FIGURA 162 FIGURA 163 – Bomba de pistão axial com ajuste da vazão – Bombas de palheta externa. 2. Lista de tabelas TABELA 1 TABELA 2 – Conversão de unidades de comprimento usuais em mecânica – Conversão de unidades de massa mais usuais na área de mecânica 20 21 21 25 23 26 TABELA 3 TABELA 4 TABELA 5 TABELA 6 TABELA 7 – Conversão de unidades de tempo – Conversão de áreas – Conversão de unidades de volume mais usadas em mecânica – Conversão de velocidades 29 TABELA 8 – Conversão de unidades de força 33 TABELA 9 – Conversão de trabalho ou energia 34 TABELA 10 – Conversão de unidades de torque 35 TABELA 11 – Conversão de unidades de potência 36 TABELA 12 – Relação entre massas específicas 38 TABELA 13 – Pesos específicos 39 TABELA 14 – Relação entre pesos específicos 39 TABELA 15 – Conversão da unidade de pressão 48 TABELA 16 – Conversão de viscosidades dinâmicas 52 TABELA 17 – Conversão de viscosidades cinemáticas 53 TABELA 18 – Dados sobre tubos 61 TABELA 19 – Letras gregas 62 TABELA 20 – Prefixos 62 TABELA 21 – Torque a ser aplicado nos chumbadores 78 TABELA 22 – Conversão de velocidade específica 102 TABELA 23 – Volumes específicos da água e do vapor 132 TABELA 24 – Pontos da curva de AMt x vazão 168 TABELA 25 – Pontos de trabalho para diferentes rotações 168 TABELA 26 – Dados do acoplamento 208 – Conversão de unidades de vazão PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 13 Pense e Anote . TABELA 27 TABELA 28 – Rendimento e fator de potência dos motores elétricos – Freqüência de vibração para diferentes tipos de acoplamentos 221 Pense e Anote 223 235 ␮m TABELA 29 TABELA 30 – Tolerâncias recomendadas 236 TABELA 31 – Excentricidades LTI de bombas BB recomendadas pelo API 237 TABELA 32 – Folgas mínimas de trabalho 245 – Ajustes ISO utilizados em bombas – Valores em 14 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . BA. visando desenvolver nos participantes uma visão crítica e o auto-aprendizado. RJ e RS. devido às características regionais e/ou nível tecnológico de cada Unidade.Pense e Anote Apresentação O funcionamento adequado e com qualidade dos processos indus- triais depende fortemente dos equipamentos utilizados para: a movimentação dos fluidos. no diagnóstico de causas e soluções de problemas. manter os equipamentos no nível e nas condições de funcionamento que garantam a continuidade dos processos. Ele visa facilitar o compartilhamento dos conhecimentos adquiridos por esses profissionais ao longo de sua experiência nas diversas Unidades de Negócio da Petrobras. SE. PR. indica a necessidade desse compartilhamento de forma que a heterogeneidade do grupo de profissionais na empresa seja reduzida. portanto. teremos ganhos na identificação das condições operacionais dos equipamentos. Assim. SP. o aumento ou a redução de velocidades. Esse é o dia-a-dia do profissional mecânico responsável por equipamentos de processo: mantê-los nas condições que atendam as necessidades de segurança e confiabilidade das unidades operacionais. e outras funções de processo. É preciso. Este curso tem por base os requisitos do PNQC (Programa Nacional de Qualificação e Certificação de Profissionais de Mecânica) e destina-se aos mecânicos das 14 Unidades de Negócio da Petrobras localizadas em nove estados do Brasil: AM. o curso de Atualização para Mecânicos de Equipamentos de Processos fornece o conhecimento teórico básico para a compreensão dos problemas práticos enfrentados no dia-a-dia de uma unidade industrial. MG. CE. Com isso. nas montagens e alinhamentos e no teste dos equipamentos. a limpeza de correntes líquidas ou gasosas. a geração de energia. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 15 . A variação da complexidade do trabalho realizado. bombas dosadoras são fundamentais. Para transportar produtos para terminais a quilômetros de distância das refinarias. Até há bem pouco tempo. corrigindo seus defeitos ou falhas. dessa forma. A atividade de mecânica faz parte de uma atividade mais ampla e rotineira das unidades industriais: a manutenção. Para dosar o inibidor de corrosão no sistema de topo (linhas. para todos esses e outros serviços.Introdução Pense e Anote É impossível imaginar uma refinaria de petróleo operando sem bom- bas. usam-se intensa e extensivamente as bombas. favorecidas por geografia peculiar. pois não há como transportar fluidos de e para as unidades de processo e entre seus equipamentos principais. máquina de pequeníssimo porte com baixíssima vazão e (a pressão da descarga pode ser alta) pressão. Para que elas estejam disponíveis. o conceito predominante era de que a missão da manutenção consistia em restabelecer as condições normais dos equipamentos/sistemas. A razão disso é que as cargas de energia hidráulica potencial (estática) não variam e. há por vezes que vencer montanhas para entregar derivados nas bases de provimento das distribuidoras. Sem elas. praticamente. tornam obrigatória a circulação (dinâmica) de massa. Mas. refluxos em colunas de destilação e outras aplicações são impraticáveis sem as bombas. permitem o uso da energia da gravidade para realizar o escoamento. válvulas de controle e segurança) de uma coluna de destilação atmosférica. Além das distâncias. máquinas enormes que fornecem altas vazões e pressões. Pela própria natureza da tarefa. o controle de vazão é fundamental e. Elas provêm a energia para elevar o fluido até o ponto de aplicação. existem os mecânicos de manutenção. No preparo de gasolinas. Enfim. Algumas instalações. condensadores. usam-se oleodutos. a missão da manutenção é apresentada dentro de uma idéia mais ampla: PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 17 . certamente. quem o faz já é a própria bomba. não há como homogeneizar completamente a mistura das diversas naftas componentes durante o seu recebimento em tanques de armazenamento. por exemplo. A energia usada para realizar essa tarefa vem das bombas de transferência. a composição de bateladas torna-se uma operação complexa. Hoje. quando executa seu trabalho. Assim.. é imprescindível para a rentabilidade e a segurança no seu local de trabalho. mecânico.. Você. Pense nisso! Você. mas o seu serviço está. estará contribuindo para que acidentes e perdas sejam evitados. segurança. 18 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . deve se preocupar com a produção e a segurança das pessoas que usarão as máquinas. Deseja-se que a manutenção contribua para maior disponibilidade confiável ao menor custo. mesmo depois de ter ido embora! Você não está mais lá. 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.Pense e Anote Garantir a disponibilidade da função dos equipamentos e instalações de modo a atender ao processo de produção com confiabilidade. como parte de uma equipe. preservação do meio ambiente e custo adequados. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 19 Pense e Anote . que é a milionésima parte do milímetro. portanto. incluiremos também as principais unidades usadas naqueles países. 2 mícrons. Comprimento l O metro com seus múltiplos e submúltiplos é a principal unidade utilizada na medição de comprimento. as principais unidades usadas são: pés (ft). polegada (in). quando tratarmos de conversão de unidades. usamos muito o milímetro (mm).Unidades e suas conversões. No sistema inglês. O plural de mícron é mícrones e mícrons. propriedades dos líquidos e tabelas O s líquidos. 3 mícrons. e (mils) milésimos de polegadas. que é a milésima parte do metro. etc. Devido à existência de muitos equipamentos de origem americana e inglesa no sistema Petrobras. nos itens a seguir.01mm) e o mícron (␮m). Em mecânica. dizemos: 1 mícron. possuem diversas pro- priedades que os caracterizam. Faremos a seguir uma rápida recordação de algumas de suas propriedades e de grandezas físicas necessárias para que se possa compreender mais facilmente o funcionamento das bombas. assim como os gases e os sólidos. o centésimo de milímetro (0. 3048 0.37 0.000 1 0.001 304.400 25.3937 0.480 2.000 100 1 0.000.0003937 0. temos a jarda (yd) e a milha (mi).4 0.000 1 0.3048 = 0.28 x 10 -7 1 0. achamos 0.37 0.54 ␮m 1.01mm 100.33x 10 -5 in 39.03937 0. De quanto seria esta folga em centésimos de milímetro? Da Tabela 1 1mil = 2.540 2.54 x 10 -5 mm 1.0000394 12 1 0.3048m Logo 2ft = 2 x 0.01mm = = = = = Ainda no sistema inglês.000 1.9144m 1mi = 1760yd = 1. que correspondem a: 1yd = 3ft = 0.609m 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).000 1.0254 2.1 30.80 25.370 39.000 10 1 304.28 x 10 -6 3.54 centésimos de mm 5mils = 2.0254 0.001 mils 39.7 centésimos de mm 20 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas .54 x 5 = 12.4 ft 3.6096m PROBLEMA 2 A folga de catálogo de um mancal de deslizamento é de 5mils.03937 12.3048. Portanto: 1ft = 0.609km = 1.0833 8.A conversão entre as unidades mais usadas pode ser realizada conforme a Tabela 1: Pense e Anote TABELA 1 CONVERSÃO DE UNIDADES DE COMPRIMENTO USUAIS EM MECÂNICA m 1m 1mm 1␮m 1ft 1in 1mil = = 1 0. as quais são pouco usadas em mecânica.28 0.00328 3.800 25.001 0.01 0.00001 1 x 10-6 0. 01667 1 60 1 segundo = 3.0625 2000 2240 Oz (avdp) 35.9842 4.778 x 10-4 0.000 2. TABELA 2 CONVERSÃO DE UNIDADES DE MASSA MAIS USUAIS NA ÁREA DE MECÂNICA kg 1kg 1g = = 1 0.000 1 1 x 10 6 454 28. e o múltiplo.46 x 10 -4 – 0.840 Ton curta Ton longa (EUA) (Inglaterra) 0.000 0. dia (d) e ano.001102 – 1.4536 0.2 0.0005 – 1 1.907 1.18 1016 g 1.12 0.000 35.274 16 1 32.000454 – 0. a tonelada.600 1.903 x 10 -6 6.400 1. basta multiplicar por 2. hora (h). Em unidades inglesas temos: a libra massa (lbm).001 1 x 10 -6 lbm 2.04167 1 60 3.274 0.6 1 0.74 x 10 -3 1 24 1440 86. Massa m O quilograma (kg).892857 1 1 ton métr = 1lbm = 1 0.0283 907.536.01667 1 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 21 Pense e Anote .016 1 oz (avpd) = 1 ton curta = 1ton longa = Tempo t As principais unidades de tempo usadas em mecânica são: segundo (s).102 0. são as unidades de massa mais usadas em mecânica.35 – – Ton métrica 0.001 1.54.171 x 10 -8 1.944 x 10-4 0. seu submúltiplo. minuto (min). A conversão entre essas unidades é dada por: TABELA 3 CONVERSÃO DE UNIDADES DE TEMPO Ano 1 ano 1 dia 1 hora 1 minuto = = = = 1 Dia 365 Hora 8760 Minuto 525.157 x 10-5 2. a palavra é do gênero masculino). a onça avdp (oz).0022 2.600 Segundo 31.03527 35. o grama (g) (atenção.142 x 10 -4 0.204.Para converter mils para centésimos de milímetro.000984 – 0. a tonelada curta (short ton) e a longa (long ton). FIGURA 1 ESCALA DE TEMPERATURAS CELSIUS E FAHRENHEIT 100 oC 212 o F Temperatura de ebulição da água o 100 o C 180 o F Temperatura de fusão do gelo C= 5 o ( F – 32) 9 0oC 32 o F PROBLEMA 3 Qual seria a temperatura em graus Celsius equivalente a 302oF? Aplicando a fórmula de conversão. PROBLEMA 4 Qual a temperatura em oF equivalente a 40oC? 5 o ( F – 32) 9 5 (F – 32) 9 40 x 9 = (F – 32) 5 o C= 40 = F = 72 + 32 = 104 PETROBRAS ABASTECIMENTO 40oC = 104oF 22 Manutenção e Reparo de Bombas . na temperatura de ebulição da água na pressão correspondente ao nível do mar (Patm = 1.Temperatura T As unidades de temperatura mais usadas são: Pense e Anote Graus Celsius (oC) no sistema métrico. temos: o C = 5 (oF – 32) = 5 (302 – 32) = 5 (270) = 150 9 9 9 302oF = 150oC A temperatura de 302oF = 150oC. Graus Fahrenheit (oF) no sistema inglês. Temos também as escalas absolutas: graus Kelvin (K) e graus Rankine (R).033kgf/cm2). K = 273 + oC R = oF + 460 Podemos fazer a conversão entre as escalas Celsius e a Fahrenheit baseando-nos nas temperaturas de fusão do gelo. 000 1 0.16 ft2 10.764 0.4516 mm2 1.000 100 1 92903 645.Pense e Anote Área A É a medida da superfície ocupada por uma figura. CONVERSÃO DE ÁREAS m2 1m2 1cm 2 2 cm2 1 10.000. FIGURA 2 ÁREAS DE FIGURAS GEOMÉTRICAS Quadrado Retângulo Paralelogramo a a b h b h A = a2 A=bxh A=bxh Trapézio Triângulo Círculo h D b1 b A= b1 + b 2 2 xh A= bx h 2 A = ␲ r2 = ␲ D2 4 PROBLEMA 5 Qual a área de um triângulo com 20mm de base e 15mm de altura? A equivalência e a conversão A= bxh 20 x 15 300 = = = 150mm2 2 2 2 TABELA 4 entre as unidades de área podem ser obtidas conforme se vê na Tabela 4. ou ainda de diâmetro x diâmetro (D 2 ).0000108 1 0.0001 1x 10-6 0. É sempre um produto de duas dimensões: base x altura (b x h) ou de raio x raio (r 2 ).01 929.001076 0.00155 144 1 = = = = = 0.03 6.0929 0.155 0.00064516 1mm 1ft2 1in 2 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 23 .00694 in2 1550 0. 14 .929m2 Pense e Anote Volume V É a medida do espaço ocupado por um corpo.h 3 = 3. temos que 1ft2 = 0.0929 = 0. É sempre um produto de três dimensões. FIGURA 3 VOLUME DOS SÓLIDOS Cubo Paralelepípedo Cilindro a B a b h h B r a a A = a3 V=Bxh=axbxh V = B x h = ␲ x r2 x h Cone Esfera h r B r V= Bxh 3 = ␲ x r2 x h 3 V= 4 ␲ r3 3 PROBLEMA 7 Qual o volume de um cone com uma base de 3cm de raio e altura de 5cm? V= ␲ . 32 .r 2 . 5 = 47.0929m2 10ft2 = 10 x 0.PROBLEMA 6 Qual a área em m2 equivalente a 10ft2? Da Tabela 4.1cm3 3 24 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . PROBLEMA 8 Qual o volume de uma esfera de 5cm de raio? V= 4 4 .␲ .r3 = x 3,14 x 53 = 130,8cm3 3 3 A equivalência e a conversão entre unidades de volume podem ser obtidas conforme a Tabela 5. TABELA 5 CONVERSÃO DE UNIDADES DE VOLUME MAIS USADAS EM MECÂNICA m3 1m3 1litro 1dm 1ft 3 3 3 Litro = dm3 1 1.000 1 1 28,317 0,0164 3,785 4,546 159 ft 3 35,315 0,0353 0,0353 1 5,79 x 10 -4 in3 61.023,7 61,024 61,024 1728 1 231 277,4 9702 Galão (EUA) 264,172 0,264 0,264 7,48 0,00433 1 1,201 42 Galão imperial 220 0,22 0,22 6,229 0,003605 0,8327 1 34,97 Barril 6,289 0,00629 0,00629 0,1781 0,0001031 0,02381 0,02859 1 = = = = 0,001 0,001 0,0283 -5 1in = 1,639 x 10 1gal (EUA) = * 1gal imp = 1barril = 0,00379 0,004546 0,159 0,1337 0,1605 5,614 Galão imperial é mais usado nos países do Reino Unido (UK). PROBLEMA 9 Qual o volume em litros de um tanque de óleo com 1.000 galões de capacidade? Se o equipamento for de origem americana, verificando na tabela, temos que: 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 v Velocidade é a distância percorrida na unidade de tempo. V= D t PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 25 Pense e Anote Quando dizemos que a velocidade média de deslocamento de um líquido em uma tubulação é de 2m/s, estamos informando que, na média, Pense e Anote a cada segundo as partículas do líquido se deslocam 2 metros. Falamos em velocidade média porque, devido ao atrito, ela é menor junto às paredes do tubo do que no centro. FIGURA 4 VELOCIDADE DE DESLOCAMENTO DE UM LÍQUIDO As unidades usuais para expressar velocidade são: m/s in/s mm/s ft/s km/h milha/h TABELA 6 CONVERSÃO DE VELOCIDADES m/s 1m/s 1mm/s 1km/h 1in/s 1ft/s 1mi/h 1 0,001 0,2778 0,0254 0,3048 0,4470 mm/s 1.000 1 277,8 25,4 304,8 447,04 km/h 3,6 10 1 0,09144 1,097 1,609 -6 in/s 39,37 0,03937 10,936 1 12 17,6 ft/s 3,28 0,00328 0,9113 0,08333 1 1,467 milha/h 2,237 0,002237 0,6214 0,05681 0,6818 1 É muito comum medirmos uma vibração baseada na velocidade. A unidade 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 Velocidade angular w Velocidade 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 na circunferência significa que um corpo percorreu um ângulo A de 360o ou de 2␲ rd. Se um objeto percorrer duas voltas por minuto, terá a velocidade 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: Velocidade angular W = 2␲ ␲N N = rd/s 60 30 com N em rpm. PROBLEMA 10 Qual a velocidade angular de uma peça girando a 1.200rpm? W= ␲. N 30 =␲ 1200 = 3,14 x 40 = 125,6rd/s 30 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 27 Pense e Anote Vazão volumétrica Q Vazão volumétrica é o volume de líquido que passa numa determinada Pense e Anote seção do tubo na unidade de tempo. 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 4 Q=VxA= 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 velocidade 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 4 m3 V x 3,14 x 0,2542 m2 = h 4 Q= 314 V= 314 x 4 m = 6.200 2 3,14 x 0,254 h Como 1h = 3.600s V= 6.200 m = 1,72 s 3.600 28 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas Pense e Anote Conforme calculado, o líquido estaria deslocando-se a 6.200m/h ou a 1,72m/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 m3/h 1m3/h 1m3/d 1 l/h 1 l/min 1 l/s = = = = = 1 0,0417 0,001 0,06 3,6 0,227 0,273 0,00663 m3/d 24 1 0,024 1,44 86,4 5,45 6,546 0,159 l/h 1000 41,67 1 60 3.600 227,1 272,76 6,624 l/min 16,667 0,6944 0,01667 1 60 3,785 4,546 0,1104 l/s 0,2778 0,01157 0,000278 0,01667 1 0,06309 0,07577 0,00184 gpm (EUA) 4,403 0,1834 0,004403 0,264 15,85 1 1,2 0,0292 gpm (Ingl.) 3,666 0,1528 0,00366 0,22 13,2 0,833 1 0,0243 bbl/dia 150,96 6,29 0,151 9,057 543,4 34,286 41,175 1 1gpm (EUA) = 1gpm (Ingl.) = 1bbl/dia bbl = barril. = PROBLEMA 12 Qual 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/h Aceleração a É a variação da velocidade no intervalo de tempo. a= v2 – v1 t2 – t1 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 29 000m/h 9.81m/s2. decorrente da atração da Terra sobre os corpos. expressa pela fórmula: FIGURA 7 ACELERAÇÃO CENTRÍFUGA ac N r a c = W 2. esta aceleração é de 9.5m/s para cada segundo ou.000m/s 2.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 90km/h – 0km/h 90km/h km/h = = =9 t2 – t1 10s – 0s 10s s = 9. conforme será visto no item sobre força. Nos locais mais altos. r onde: W= ␲ N rd 30 s W = Velocidade angular N = Rotações por minuto (rpm) r = Raio de giro 30 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . É a denominada “aceleração centrífuga”. o valor de “g” é menor.5m/s m = = = 2. Esta aceleração é responsável pelo peso dos corpos.600s s s A aceleração ou variação de velocidade do carro foi de 9km/h para cada segundo. a seguir. um corpo fica submetido a um outro tipo de aceleração.5m/s2. a 2. Uma aceleração bastante utilizada é a aceleração da gravidade “g”. Ao girar. o que é equivalente a 2. No nível do mar. ainda.5 2 s 3. 4rd/s A aceleração centrífuga seria: ac = w2 x r = 31. ou seja. Neste caso.6m/s2 Força F Força é o produto da massa pela aceleração: F=mxa Quando levantamos um peso ou empurramos um carrinho.42 (rd/s)2 x 0. Se utilizarmos um sistema de unidades no qual esta equação seja dividida por uma constante igual a 9. o valor da força (peso) será expresso em N (Newton). é a aceleração da gravidade. Uma bomba centrífuga.10m? A velocidade angular seria: w= ␲N 30 = ␲ . está exercendo sobre ele uma força.10m = 98. ela recebe o nome de força centrífuga. é o produto de uma massa pela aceleração. devido ao fato de a força ser aplicada por meio de um movimento de rotação. Peso = m x g m = massa g = aceleração da gravidade Usando m ➜ kg e g ➜ m/s2. PROBLEMA 14 Qual a aceleração centrífuga de um corpo girando a 300rpm num raio de 0. 300 30 = 31. o peso é uma força.81. estamos exercendo uma força. que através de seu impelidor impulsiona o líquido. como qualquer força. Quando subimos em uma balança para pesar. neste caso. O peso.A aceleração centrífuga varia com o quadrado da rpm e diretamente com o raio de giro. teremos: Peso = mxg 9.81 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 31 Pense e Anote . a qual. estamos medindo uma força. Portanto. Como vimos. Estes valores seriam iguais somente ao nível do mar.81 9. o que é uma simplificação. é o produto da massa pela aceleração. visto que massa e peso são distintos. por exemplo. este valor simplificaria o denominador. Num local mais alto. peso é uma força. só que.81m/s2. a massa permaneceria com o mesmo valor. a força centrífuga fica multiplicada por 4. Dizemos. que a massa de uma peça é de 10kg e dizemos também que seu peso é de 10kg. 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 ␲ N rd/s w= 30 Como ➜ Fc = m . ao nível do mar. FIGURA 8 FORÇA CENTRÍFUGA F c F c Parado Baixa rotação Alta rotação 32 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . o correto seria dizer que a massa é de 10 quilogramas massa (10kgm) e o peso é de 10 quilogramas força (kgf) ou 10kg. mas o peso seria menor porque a aceleração da gravidade local seria menor.r A força centrífuga varia com o quadrado da rotação (N) e diretamente com a massa e o raio de giro. Para distinguir quando estamos falando de massa ou de peso. ac = m .81 =m vido à facilidade da conversão entre massa e peso.Como. ficando o peso e a massa expres- Pense e Anote sos pelo mesmo número. Se dobrar o raio.81 = m x 9. a força fica multiplicada por 2. neste caso. a aceleração da gravidade é de g = 9. A força centrífuga também é o produto de uma massa por uma aceleração. Portanto. ao dobrar a rotação. ( ) ␲N 30 2 . Este sistema é bastante utilizado deP= mxg 9. foi gasta uma energia. Para realizar esse trabalho. Fc = m x ac = 0.00001 4.000 0.102 1.200kg. se girasse a 300rpm e com um raio de 0. a força será expressa em N. A conversão de unidades de força pode ser tirada da Tabela 8: TABELA 8 CONVERSÃO DE UNIDADES DE FORÇA kgf 1kgf 1ton f 1N = = = 1 1.25x 10 -6 1 1 dina = 1lbf = PROBLEMA 15 A que força centrífuga estaria submetida uma massa de 0.01kgf Trabalho ou energia T Trabalho é realizado quando uma força atua sobre uma massa para fazê-la percorrer determinada distância.10m? No problema 14.72 x 0.02x10-6 0.000 100.2 2. devido ao fato de a massa ser articulada.000102 1. de aceleração.45x 105 lbf 2. visto anteriormente.No caso da peça mostrada na Figura 8.72N Da Tabela 8: 1 N = 0. Ambos os efeitos contribuem para o aumento da força centrífuga.10m ➜ ac = 98.00454 N 9.102kgf ➜ Fc = 19.000 1 4.200 x 98.665.45 dina 980.225 2.02x10 -9 0. PETROBRAS ABASTECIMENTO FIGURA 9 TRABALHO REALIZADO F 1 d T=Fxd 2 Manutenção e Reparo de Bombas 33 Pense e Anote .204 0.001 1 0. calculamos que para N = 300rpm e r = 0.6m/s2 Se usarmos a massa em kg e a aceleração em m/s2.665 980.6 = 19. aumentamos também o raio de giro.102 = 2. ao aumentarmos a rotação.806 9806 1 0.454 Ton força 0.72N = 19. Energia e trabalho são equivalentes. A quantidade de trabalho é definida como sendo o produto dessa força por essa distância percorrida. temos de exercer um torque na porca.102 3.187 1.36 KW. d Raio de giro Para apertar uma porca com uma chave. é energia mesmo.m = 1 0.138 J = N.77 x10 -7 1 2.m 9. podem ser expressos pelas mesmas unidades. o trabalho realizado será definido como: Pense e Anote T=Fxd F → kgf F→N e e d→m d→m ➜ ➜ T → kgf .ft 7.239 8. ou seja.48 x10-4 3. FIGURA 10 Como podemos notar.324 lbf.67 x 105 108 0.06 4.427 0.6 x 106 1055.h 2. Torque Tq Torque é o produto de uma força pela distância a um eixo de rotação.Se usarmos uma força F para deslocar o bloco da posição 1 para a 2.77 x10 -7 British Thermal Uni t e cal (caloria) são unidades de calor equivalentes à energia.738 2.8 1 3.93 x10 -4 1.m 1kgf.412 1 0.001285 cal 2. Unit A conta que pagamos de energia elétrica em nossas casas é baseada no consumo de kWh.ft = = = = 2.h 1BTU 1cal 1lbf.34 0.m = 1kW.m = J (Joule) A conversão das unidades de trabalho pode ser retirada da Tabela 9: TABELA 9 CONVERSÃO DE TRABALHO OU ENERGIA kgf.655x10 6 778 3.23 0.72 x10 -6 BTU 0.00929 9.00397 0. o que é equivalente ao consumo de uma potência (kW) por um determinado tempo (h). 34 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas .09 1 1J = 1N.6 x 10 5 252 1 0. percorrendo a distância d. Embora te- TORQUE T=Fxd Força aplicada nham significados distintos.16 x10 -6 3. o torque e o trabalho são o produto de uma força por uma distância.m T → N . m e t→s ➜ Pot→ W (Watt) Em bombas.Pense e Anote F → kgf e d→m ➜ ➜ ➜ Tq → kgf. cm 9. é comum expressar a potência em hp ou kW (que é um múltiplo do W) ou.8 8.02 x 10 -8 1N.ft? Vamos calcular primeiro qual o torque em kgf.6kgf para obter o torque de 100 lbf/ft. ft = 100 x 0.m.ft = 0. m 9.85 12 1 8. in 86.138kgf .8 = 27.13 x 106 1 1lbf.0833 7.m F→N e d→m Tq → N. ft 7.50 Portanto.cm PROBLEMA 16 Que a força em kgf devemos aplicar a uma chave com 0. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 35 .8kgf .0115 1.38 x 10 -8 1lbf.m F → lbf e d → ft Tq → lbf.738 1 0. Da tabela acima.356 0.m 1kgf. Potência Pot Potência é o trabalho realizado na unidade de tempo.ft = 1lbf.m Como Tq = F x d ➜ 100 lbf .50m de comprimento para dar um torque recomendado de 100 lbf.138 = 13.85 x 10 -7 1 dina .8 1 1. teríamos de fazer uma força de 27. Pot = T t T → J = N.113 1 x 10 -7 1lbf.ft A conversão entre as unidades de torque é fornecida na Tabela 10 a seguir: TABELA 10 CONVERSÃO DE UNIDADES DE TORQUE 1kgf.8 x 10 7 1 x 10 7 1 .50m.102 0.233 0.in = 1dina.m = 1 0.m = 1N.36 x 10 7 1. com uma chave de 0. ainda.50m 13. em CV.138 0. temos: 1 lbf .8kgf .6kgf 0. m І F= ➜ 13. m = F x 0. 000 745. 36 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas .70) Massa específica massa de cada unidade de volume.014 1 PROBLEMA 17 Qual a potência equivalente em hp de um motor cuja plaqueta indica 100kW? Da Tabela 11 de conversão de potência.341hp ➜ 100kW = 100 x 1. é a ␳ = massa volume Na temperatura ambiente.5 KW 0.7355 hp 0.36 1. ou seja.00134 1.341hp = 134. cada centímetro cúbico de mercúrio tem uma massa de 13.7457 0. H 274 . ou seja.341 1 0.986 cv 0. 70% → usar 0. ␳ É a relação entre a massa de uma substância e seu volume.6g/cm3. usado em manômetros e termômetros.00136 1.6g. o mercúrio. ␩ 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.001 1 0. temos: 1kW = 1. possui uma massa específica de 13.1hp A potência consumida por uma bomba é dada por: Pot = ␥.A conversão entre as unidades de potência é dada por: TABELA 11 CONVERSÃO DE UNIDADES DE POTÊNCIA Pense e Anote W = J/s 1W = 1kW = 1hp = 1cv = 1 1.7 735. Q . PROBLEMA 18 Qual seria a massa específica de um cubo de 2cm de aresta. do que da massa específica. sua massa específica é 0. A massa de 1cm3 de água na temperatura de 20oC é de 0. A transformação entre unidades de massa específica pode ser obtida por: PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 37 Pense e Anote . se aquecermos um produto. Quanto maior a temperatura de um material. estaremos aumentando o denominador no cálculo da massa específica (volume). é necessário citar a temperatura a que estamos nos referindo quando informamos a massa específica de um produto.998g. seu volume aumenta com a temperatura. cuja definição veremos em seguida. Logo. mantendo o numerador (massa) constante. o que levaria à redução da massa específica. É usual adotar o valor de 1g/cm3 na temperatura ambiente. Por esse motivo. é mais usual o emprego do peso específico. logo. No caso de bombas. mas sua massa permanece constante.998g/cm3. sabendo que sua massa é de 40 gramas? FIGURA 11 MASSA ESPECÍFICA DO CUBO 2 2 2 Volume = a3 = 23 = 8cm3 massa = 40g massa específica ␳ = massa 40g = = 5gcm3 volume 8cm3 Quando aquecemos um material. menor a sua massa específica. 0005787 1 1 0.000 1 16. medir seu volume e fazer a divisão. em forma de cubo. sabendo que um reservatório completamente cheio.43 0.0624 1 1728 lb / in3” 0. PROBLEMA 19 Calcular o peso específico da água.001 0.02 27680 lb /ft3 62. apresentou um peso líquido de 125 gramas força (já descontando o peso do recipiente). com cada lado medindo internamente 5cm. FIGURA 12 PESO ESPECÍFICO Volume = 5 x 5 x 5 = 125cm3 Peso = 125gf 5cm 5cm 5cm Peso específico = peso 125gf = 1gf/cm3 = volume 125cm Na temperatura ambiente.61 x 10 -5 0.TABELA 12 Pense e Anote RELAÇÃO ENTRE MASSAS ESPECÍFICAS g / cm3 1g / cm3 = 1kg / m 1lb /ft3 3 kg / m3 1. ␥= peso volume Para determinar o peso específico de qualquer material.0361 3. 38 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . o peso específico da água pode ser considerado como de 1gf/cm3.016 27. basta pesá-lo.68 = = 1lb / in3 = Peso específico ␥ É a relação entre o peso de uma substância e seu volume. 5 0.5gf/cm3 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 39 Pense e Anote .68 = = 1lbf/in3 = PROBLEMA 20 Qual o peso específico em gf/cm3 equivalente a 2.86 a 0. A 200oC.8 11.865gf/cm3.0624 1 1728 lbf/in3 0.8 8.78 a 0. temos os seguintes pesos específicos: TABELA 13 PESOS ESPECÍFICOS Produto Água Aço-carbono Aço inox AISI 316 Alumínio Chumbo Cobre Mercúrio Peso específico (gf/cm3) 1 7.43 0.78 0.016 27.68 a 0. A conversão entre as unidades mais usadas para pesos específicos pode ser obtida por: TABELA 14 RELAÇÃO ENTRE PESOS ESPECÍFICOS gf/cm3 1gf/cm3 = 1kgf/m 1lbf/ft3 3 kgf/m3 1.02 2. temos que: 1kgf/m3 = 0.500kgf/m3 = 2. podem ser usadas outras unidades diferentes de gf/cm3 para sua definição.94 13. Por exemplo.82 0.971gf. vemos que o aço-carbono pesa 7.787x 10 -4 1 1 0. Podemos afirmar então que o peso específico da água a 80oC é de 0.001 0.O peso específico varia com a temperatura.94 0. Como peso específico é uma relação entre peso e volume. como kgf/ m3 ou lbf/in3.971gf/cm3 e a 200oC é de 0.2 8.8 vezes mais do que o mesmo volume de água.61 x 10 -5 5.001gf/cm3 = 2.500kgf/m3? Da Tabela 14 de conversão. o peso do cm3 de água cai para 0.001gf/cm3 ➜ 2. 1cm3 de água a 80oC pesa 0.02 27680 lbf/ft3 62.000 1 16.89 0.0361 3.94 Analisando a Tabela 13.85 a 0. uma vez que o volume é modificado.6 Produto GLP Gasolina Querosene Diesel Gasóleo Óleo lubrificante Petróleo Peso específico (gf/cm3) 0. O peso específico é usado tanto para sólidos como para líquidos.865gf. Na temperatura de 20oC. acima.500 x 0.70 a 0.82 a 088 0. P= F A Estão representados na Figura 13 um prego (com ponta) e um saca-pino (sem ponta). em torno de 0. elas se cancelam. o prego penetra na madeira. já que estamos dividindo a massa específica da água por ela mesmo. Na temperatura ambiente. como não poderia deixar de ser. ao usarmos o numerador e o denominador com as mesmas unidades.Densidade Densidade de um líquido ou de um sólido é a relação entre a massa espe- Pense e Anote cífica deste material e a da água. Para gases. o padrão de comparação adotado é o ar. Nessa temperatura. expressa por um número sem dimensão. é igual a 1. Por que isso ocorre? 40 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . ou seja. podemos dizer que a densidade é numericamente igual à massa específica quando expressa em g/cm3. a densidade também é numericamente igual ao peso específico em gf/cm3. Daí. Ao bater com o martelo. ficando a densidade como adimensional. d= massa específica do produto massa específica da água A norma ISO recomenda que a massa específica da água seja tomada a 20 C. é a força dividida pela área em que esta atua. vamos dividir a massa específica desse material pela da água. possivelmente ele só fará uma mossa na madeira. por exemplo. ambos com o mesmo diâmetro de corpo.998g). a densidade da gasolina fica em torno de 0. Outras fontes adotam outras temperaturas. No cálculo da densidade. Na temperatura ambiente. Se batermos com a mesma força no sacapino. que é de aproximadamente 1g/cm3.74 e a do GLP. o Para calcular a densidade de um líquido ou sólido. por definição. g/cm3.5. A densidade da água na temperatura ambiente. Pressão Pressão. 1cm3 de água tem uma massa ligeiramente menor do que 1 grama (0. enquanto o saca-pino só deformou a madeira.01cm2 e a do saca-pino.000kgf/cm2 A 0. Por esse motivo. de 0. ao bater no prego. o prego penetrou.2 = 50kgf/cm2 Vemos que a pressão exercida pelo prego na madeira foi 20 vezes maior do que a do saca-pino.2cm2. FIGURA 14 MACACO HIDRÁULICO F Peso = 2.000kg diâmetro do cilindro = 2cm diâmetro do cilindro = 25cm Óleo Manômetro PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 41 .Pense e Anote FIGURA 13 PENETRAÇÃO DO PREGO 1 2 Vamos supor que o martelo. Uma aplicação bastante usada de pressão é o macaco hidráulico.01 Saca-pino → P = F A = 10 0. As pressões exercidas na madeira serão: Prego → P = F 10 = = 1. exerça uma força de 10kgf e que a área da ponta do prego seja de 0. Dados: Peso = 2. cil.14cm2 Área cil.000kgf Dia. será necessário aplicar no pistão menor a força de: F A kgf cm2 P= І F = P x A = 4. Podemos calcular esta relação sabendo que o volume deslocado pelos dois cilindros tem de ser igual.PROBLEMA 21 Qual seria a pressão de óleo necessária para levantar um carro de 2.14 x 22 4 = 3. com uma força de apenas 12.08kgf/cm2 490. menor = 2cm Dia.6 = = = 156.000kgf 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. cil.81kgf Com o auxílio da pressão.14 x 252 = 490.6cm2 4 Pressão necessária para levantar o carro: F A 2.08kgf/cm2 no óleo.000kgf = 4.2cm para cada centímetro do pistão maior.81kgf.000kgf.08 x 3. 2 = ␲ D2 4 = 3.6cm2 P= = Para termos uma pressão de 4. V = A1 x h1 = A2 x h2 h1 A1 490. 1 = ␲ D2 4 = 3.14cm 2 = 12.2 h2 A2 3.14 ➜ 42 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . conseguiremos levantar um carro com 2. maior = 25cm Pense e Anote Área cil. O pistão menor terá de deslocar-se de 156. ao medir uma pressão. tenhamos dois modos de expressá-la: ➜ PRESSÃO ABSOLUTA Medida a partir da pressão zero absoluto.000m de altura. decorrente da coluna de ar. Quando subimos numa montanha. a coluna de ar fica reduzida. Logo. Essa pressão. O valor da pressão absoluta será igual ao valor da pressão atmosférica local.71kg/cm2.A pressão atmosférica Vejamos agora o significado da pressão atmosférica. a 3.033kgf Coluna de ar Pressão – kgf/cm 2 1cm 2 Terra Altitude – metros A cidade de São Paulo está situada a uma altitude de 700m.710kgf. ➜ PRESSÃO RELATIVA OU MANOMÉTRICA Medida a partir da pressão atmosférica local. a pressão atmosférica nessa altitude será de 0. FIGURA 15 PRESSÃO ATMOSFÉRICA Pressão x Altitude Peso = 1.033kgf. O ar que envolve nosso planeta tem um peso. A coluna de ar correspondente a 1cm2 da superfície da Terra medida ao nível do mar pesa 1. possuindo. por isso. Pressão absoluta = Pressão manométrica + Pressão atmosférica local PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 43 Pense e Anote .95kgf/cm2.033kgf/cm2. somado ao valor da pressão relativa ou manométrica. permite que. a pressão exercida por esta coluna será de 1. então. a coluna de ar pesa 0. Por exemplo. o que reduz a pressão atmosférica local. Este valor é denominado pressão atmosférica. uma pressão atmosférica em torno de 0. local = 1kgf/cm2 + – P2 P abs = 2. As pressões negativas são usualmente expressas em mm de Hg (milímetro de mercúrio).5kgf/cm2. a medida em valor manométrico seria de 1.0kgf/cm2. P1abs = P1man + Patm ➜ 2. FIGURA 16 PRESSÃO ABSOLUTA E PRESSÃO RELATIVA (MANOMÉTRICA) Pressão Pressão manométrica ou relativa P1 P man = 1. fosse de 0. quando abaixo. P1. ou seja.6kgf/cm2 absoluta.4kg/cm2 P atm 1. Quando a pressão está acima da pressão atmosférica. Pense e Anote Daí os valores medidos serem chamados de pressão manométrica ou relativa.4kg/cm2 44 PETROBRAS Manutenção e Reparo de Bombas . e uma outra pressão abaixo da atmosférica. Para obter a pressão zero absoluto teríamos de retirar toda a coluna de ar existente sobre o corpo. abaixo da atmosfera.033kg/cm2 (nível do mar) P abs = 0. Vamos supor que P1 e P2 estejam sendo medidas num local onde a pressão atmosférica seja de 1. seria equivalente a dizer que é de .0.0 = 1.4kgf/cm2 manométrica. P2.6 = P2man + 1.0 ➜ P1man = 2.6 kg/cm2 + 0 abs Pressão absoluta P abs = P atm + P man Na Figura16.5kg/cm2 1atm Pressão atm. representamos uma pressão acima da atmosférica. Podemos dizer também que esta pressão P2 é um vácuo de 0.5kg/cm2 Se a pressão P2. Este valor é resultante da composição com a pressão atmosférica local.Os manômetros são normalmente calibrados para indicarem pressão relativa. ela é considerada positiva e. a medição é realizada a partir da pressão atmosférica local.0 = – 0.5 = P1man + 1.6 – 1.5 – 1. A pressão negativa é chamada também de vácuo.0 ABASTECIMENTO ➜ P 2man = 0.5kg/cm2 P man = – 0. é negativa. Se a pressão P1 fosse de 2. P2abs = P2man + Patm ➜ 0.4kgf/cm2.5kgf/cm2 absoluta. Para diferenciar.Para não confundir a pressão manométrica com a absoluta.7psi: Pressão psia = Pressão psig + 14.7 Vejamos qual seria a pressão exercida na base por uma coluna de líquido.0kgf/cm2 M 12.9kgf/cm2 m Em unidades inglesas. a pressão é usualmente medida em psi. que é igual a 14. e a é de absolute. que significa pound per square inch. Para transformar a pressão de psig para psia. psig quer dizer pressão manométrica. O g vem da palavra gauge. Exemplo: Pressão absoluta 3. no nível do mar. são usados psig e psia. É fácil notar que o peso do líquido será o responsável pela força exercida. e psia é a pressão absoluta. Usa-se M ou m para pressão manométrica. que significa manômetro. basta somar a pressão atmosférica. e A ou a para pressão absoluta.2kgf/cm2 A 4. libra por polegada quadrada.26kgf/cm2 a Pressão relativa 8. 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 Pense e Anote . é comum adicionar uma letra após a unidade. ou seja. Portanto. na dedução da fórmula da pressão da coluna de líquido. temos: Força Área Peso Área A . a “forma” da área não interfere na pressão. colocamos diversos formatos de vasos. um quadrado ou qualquer outro formato. ficamos com: Pressão = ␥ x H Esta fórmula expressa em unidades usuais se apresenta da seguinte forma: onde: P= Hx␥ 10 P = pressão em kg/cm2 H = coluna em metros ␥ = peso específico em gf/cm3 Notar que. a pressão será função apenas da altura da coluna e do peso específico do líquido. ␥ Como a pressão é a relação entre força (neste caso. FIGURA 18 VASOS COM FORMATOS E ÁREAS DE BASE DIFERENTES E COM PRESSÃO IGUAL NA BASE P=␥H H H H H 46 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . tanto faz ser um círculo.H .O peso do líquido da coluna é de: Pense e Anote Peso = Vol x peso específico = Vol x ␥ = A . Não importa também se a área é pequena ou grande.␥ A Pressão = = = Simplificando o termo A da área que temos no numerador e no denominador. entre peso) e área. Na Figura 18. a seguir. H . com diferentes áreas de base. Se o líquido (mesmo peso específico ␥) e a altura H forem iguais. as pressões nas bases serão iguais. a área foi cancelada. Portanto. 74gf/cm3 ␥xH 10 e H = 20m P= = 0.H 10 = 1 x 10 = 1kgf/cm2M 10 Para cada 10 metros de altura de coluna de água fria equivale uma pressão de 1kgf/cm2. PROBLEMA 23 Qual seria a pressão no fundo de um vaso com uma coluna de 20m de gasolina com densidade de 0.6kgf/cm3) necessária para obter a pressão 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 . temos que: ␥ gasolina = 0. Se calcularmos a pressão para uma coluna de 25 metros de água.48kgf/cm2M 10 PROBLEMA 24 Qual seria a coluna de mercúrio (␥ = 13.74? Lembrando que densidade é igual ao peso específico em gf/cm3. temos: P= ␥.74 x 20 = 1. acharemos 2. Usando a fórmula preparada para as unidades usuais.5kgf/cm2.Pense e Anote PROBLEMA 22 Qual seria a pressão se tivéssemos uma coluna de 10 metros de água na temperatura ambiente? Peso específico da água na T ambiente: ␥ (água) = 1gf/cm3 Altura H da coluna de líquido = 10m. 895 0.33 atm 0.72 1 73.07 100 6.1 1.6 750. contendo água. mostrada anteriormente.133 9.7031 0.06895 1.501 7501 760 m H20 10 10.02x10-4 0.9678 0.P= ␥xH 10 І Pense e Anote H= 10 P ␥ = 10 x 1.001 1 1000 101.760m = 760mm Hg 13.89x10 -3 0.01934 1.56 7.09678 9. Esses tubos foram os primeiros manômetros inventados.9869 0.81x10 -3 1x10-6 0.07031 0. Para passar para kgf/cm2.87x0 -6 9.869 1 kPa 98.9807 1 0.000133 9.3 MPa 0. Existem manômetros de tubos transparentes que utilizam esse princípio. milímetros ou polegadas de colunas de água ou de mercúrio para definir essas pressões.5 1 0.807 0.1 6.00136 0.7 mmHg 735. Qual o valor da pressão reinante? A pressão no duto é diferença de alturas entre os dois lados do tubo em U.001 1 0.87x10 -3 9.1013 = = = = = = = = = 1 1.02 0. A Figura 20 mostra 70 – 20 = = 50cm de água. TABELA 15 CONVERSÃO DA UNIDADE DE PRESSÃO Kgf/cm2 1kgf/cm 1bar 1psi 1mmHg 1m H2O 1Pa 1kPa 1Mpa 1atm 2 bar 0.033 PROBLEMA 25 Um tubo em U.013 psi 14.09807 0.0102 10.09807 1x10-5 0. indica a pressão de descarga de um ventilador. Se quisermos saber o valor dessa pressão em outras unidades. conforme mostra a Figura 20.6 A coluna de um líquido é um método para expressar uma pressão.06805 1.33x10 -3 0.32x10 -3 0.22 14.422 1.2 0.1 51.45x10 -4 0.145 145 14. temos: 48 PETROBRAS ABASTECIMENTO FIGURA 20 TUBO EM U cm H2O 80 60 H 40 20 H = 70 – 20 = 50cm 0 Manutenção e Reparo de Bombas .02x10-5 0. É comum usar metros.0136 1 1.2 1. basta usar a Tabela 15 de conversão.50x10-3 7.033 = 0.01 10 1.102 102 10. 031kgf/cm2 M A pressão atmosférica ao nível do mar pode ser dada por: 1atm = 1.013bar = = 0. já que com o passar do tempo deverá ser cada vez mais utilizada. os valores usuais de pressão seriam altos.Da Tabela 15 temos que: 1m H2O = 0.1kgf /cm2 = 0.07031 = 7.1013MPa = 101. seguindo recomendação da ISO.000.031kgf/cm2 Como a pressão foi dada em psig. A conversão de Pascal para bar é fácil se memorizarmos que: para passar de kPa para bar.92in Hg Como podemos ver.7 psi = 29.000Pa) e kPa (quilo Pascal = 1. Como o Pascal é uma unidade muito pequena. Portanto. Para passar de MPa para bar.033kgf/cm2 = 10.07031kgf/cm2 ➜ 100psi = 100 x 0. PROBLEMA 26 Qual a pressão em kgf/cm2 correspondente a 100psig? Da Tabela 15 temos que: 1psi = 0.3kPa = 14.000Pa). basta multiplicar por 10. é bom começar a ter uma noção da pressão em Pa. o uso do bar. definiu como unidade de pressão no Brasil o Pascal (Pa). numa fase de transição.1kgf/cm2 50cm H2O = 0. Por isso. basta dividir o valor por 100.33m = 760mm Hg = 1. a pressão é manométrica: 100psig = 7.5kgf/cm2 A ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas –. organização internacional de padronização.33m de água. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 49 Pense e Anote . admitindo. a pressão atmosférica ao nível do mar equivale a uma coluna de 10.50m H2O = 50 x 0. são mais utilizados seus múltiplos MPa (mega Pascal = 1. PROBLEMA 27 Qual seria a coluna de água que teríamos num tubo mergulhado em um re- Pense e Anote servatório de água ao nível do mar se retirássemos todo o ar do tubo fazendo um vácuo perfeito? FIGURA 21 COLUNA MÁXIMA DE ÁGUA COM VÁCUO COM AR NO TUBO 3 Pman = 0 Pressão atmosférica 1. vamos colocar o tubo dentro do reservatório com a válvula situada na parte superior aberta para a atmosfera. fazendo seu nível subir. e a pressão atmosférica forçará a água para o interior do tubo. Vamos conectar a válvula da parte superior do tubo a uma bomba de vácuo e começar a retirar o ar do interior dele. ficando no mesmo nível do reservatório. igual à pressão atmosférica local de 1.033kgf/cm2 absoluta ou 0kgf/cm2 manométrica. = ? 1 2 Inicialmente. 50 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas .033kg/cm 2 Vácuo 3 Pressão atmosférica 1. mantendo sempre a pressão no ponto 1 igual à pressão atmosférica local P2. suas pressões P1 e P2 serão sempre iguais e. no caso. A pressão no tubo P3 começará a cair.033kg/cm 2 A 1 2 SEM AR NO TUBO Pman = –1. A água entrará no tubo. Como os pontos 1 e 2 estão no mesmo nível.033kg/cm 2A H máx. Esta coluna de água compensará a pressão negativa da parte superior do tubo P3. como a pressão atmosférica é menor. a coluna máxima seria: P= ␥xH 10 І 1. para cada líquido.75 Como podemos notar. em função do seu peso específico. este valor é bem inferior pelas seguintes razões: Uma bomba centrífuga jamais conseguirá fazer um vácuo perfeito. o que é a mesma coisa. retirar todo o ar do interior do tubo. a coluna seria menor. no lugar de água. tivéssemos gasolina (g gasolina = 0.77m 10 0. Por isso. Num local de maior altitude.75 x H 10.Se. Se. Notar também que os 10. ou seja. No caso de querer retirar água de um poço com uma bomba colocada na superfície. Na prática. Neste caso. As bombas possuem necessidade de uma energia mínima na sucção (NPSH disponível – que será visto posteriormente). por hipótese.033 = 0. a pressão absoluta seria igual a zero. maior a coluna H de líquido (ver fórmula usada anteriormente). onde a pressão atmosférica é maior. conseguíssemos fazer um vácuo absoluto. ficaremos limitados à profundidade teórica de 10. a pressão manométrica seria = –1. 51 Manutenção e Reparo de Bombas Pense e Anote .33m 1.33 І H= = 13.75gf/cm3). o máximo que se consegue aspirar com uma bomba centrífuga fica em torno de 7 ou 8 metros quando trabalhando com água. ou.33m.33m ocorreriam ao nível do mar. teremos uma coluna máxima. Viscosidade ␮ ou ␷ PETROBRAS ABASTECIMENTO A viscosidade pode ser definida como a resistência do fluido ao escoamento. Quanto menor o ␥. Há perdas de carga por atritos.033kgf/cm2. Esta coluna é também influenciada pelo peso específico do líquido (␥). choques e mudanças de direção do líquido na tubulação de sucção. a coluna seria: P= ␥xH І 1xP І H = 10.033 = 10 10 Esta seria a coluna máxima que poderia ser conseguida para água. e outro com água.000672 0.01 10 14.88 1cP (centipoise) = 1Pa.01poise A viscosidade de um líquido varia inversamente com a temperatura.s 0. um com óleo de massa específica igual à da água.001 1 1.1 0. mento. Ao tentar girar uma pá Pense e Anote para movimentar os líquidos. Normalmente. notaríamos uma resistência maior no óleo do que na água. A principal unidade para medir viscosidade dinâmica é o poise (pronuncia-se “poase”). Isso é devido à maior viscosidade do óleo. é usado um submúltiplo 100 vezes menor.0672 0. FIGURA 22 DIFERENÇAS DE VISCOSIDADES Óleo Água mática (␯).488 lbm / ft.s = = 52 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . Quanto maior a temperatura. menor a viscosidade.s 1 lbm/ft.672 1 1Poise = 1 0. 1cP = 0.s 0.Suponhamos dois vasilhames. comparada com a da água. Existem dois modos de expressar a viscosidade: dinâmica (␮) e cineA viscosidade dinâmica (␮) é a propriedade do líquido que expressa Quanto maior a viscosidade dinâmica. TABELA 16 CONVERSÃO DE VISCOSIDADES DINÂMICAS Poise cP 100 1 1. porém mais viscoso.000 1488 Pa. o centipoise (cP). maior a resistência ao desloca- sua resistência ao deslocamento de suas camadas. 40 87.50 20.2 20.6 61. A conversão pode ser feita por: TABELA 17 CONVERSÃO DE VISCOSIDADES CINEMÁTICAS SSU – segundos saybolt universal 31 35 40 50 60 70 80 90 100 150 200 250 300 400 500 600 700 800 900 1.79 11.000 5. ␷= ␮ ␳ As unidades mais usadas são: stoke (St).000 10.0 65.56 4. que possui uma viscosidade de 63.70 14.Pense e Anote A viscosidade cinemática (␯) é a relação entre a viscosidade dinâmica (␮) e a massa específica (␳).0 91.100 2.88 2.30 7.0 32.2 54.45 23.000 cSt centistokes 1 2.40 10.200 Graus Engler 1.0 146 292 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 53 .1 15.000 4.48 5.35 26.20 58.1 43.3 13.000 2.000 3.16 1.30 23.9 51.60 117.64cST a 100oC. centistoke (cSt).58 1.92 7.30 29.24 19.45 2.000 SSF – segundos saybolt furol – – – – – 12.1 81.70 14.73 3.0 100.7 18.60 17.5 41.17 2.00 1.95 13.02 4.9cST a 40o e de 8.4 71.01St = 1mm2/s Na lubrificação das bombas da Petrobras é comum utilizar o óleo Marbrax TR-68.60 110 132 154 176 198 220 440 660 880 1. e SSU: 1St = 1cm2/s 1cSt = 0.6 32.0 87.31 1.35 8.7 200 300 400 500 1.44 15.5 28. dizemos que o líquido se encontra saturado.A viscosidade cinemática é bem mais utilizada no estudo de bombas do que a dinâmica.000 Pressão de vapor Para cada temperatura de um líquido. A pressão de vapor aumenta com o aumento de temperatura. Podemos converter a viscosidade dinâmica em centistokes para viscosidade cinemática em centipoise. 54 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . Suponhamos um vaso com um líquido volátil. como GLP ou gasolina.9 = 1. FIGURA 23 PRESSÃO DE VAPOR Manômetro Fase vapor Fase líquida Termômetro Pv = Pman + Patm A pressão de vapor é a pressão medida na fase gasosa e é expressa em valores de pressão absoluta. Então. usando a fórmula: Pense e Anote PROBLEMA 28 ␯ (cSt) = ␮ (cP)3 ␳ (g/cm ) = ␮ (cP) densidade Qual seria a viscosidade em centistokes de um óleo cuja densidade é de 0. existirá uma pressão na qual teremos um equilíbrio entre as fases vapor e líquida. À pressão exercida nas paredes do recipiente pela fase vapor denominamos pressão do vapor deste líquido para esta temperatura.9 e a viscosidade dinâmica de 900cP? ␯ (cSt) = ␮ (cP) densidade = 900 0. Álcool etílico 3. Para uma pressão de vapor PV1. Glicerina 18. 4. 23. se a pressão do fluido for superior à pressão de vapor PV1. Acetona 2. Benzeno 12. Isobutano 19. Naftaleno Propano Propileno Tolueno Água PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 55 Pense e Anote . se a temperatura for inferior a T1.FIGURA 24 CURVA DA PRESSÃO DE VAPOR Pressão absoluta PV1 Líquido Curva da pressão de vapor Vapor T1 Temperatura (oC) Para uma dada temperatura T1. Difenil 15. Gasolina 11. por exemplo. Se a pressão for inferior. A pressão de vapor é sempre expressa em valores absolutos como. Dietil-éter 14. Ácido Acético 17. o fluido estará na fase líquida. Ácido fórmico 4. Clorobenzeno 13. 26. Etano 7. Hexano 20. Se a temperatura for maior. Etileno glicol 10. estará na fase vapor.6kg/cm2A. o fluido estará na fase líquida. Querosene 21. FIGURA 25 PRESSÃO DE VAPOR EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA Pressão absoluta (bar) Temperatura (o C) 1. Álcool metílico 22. 8. Amônia 5. Downtherm A 16. estará na fase vapor. Etileno 9. Anilina 6. 24. 25. Essas pressões correspondem às pressões de vapor da água para as temperaturas citadas.55barA. A temperatura não ultrapassará esse valor por mais que aumentemos a chama do fogão. Por isso. A energia é cedida ao líquido pelo impelidor. sob a forma de pressão e de velocidade. Este é o princípio da panela de pressão. Alguns líquidos. que só permite o escape dos vapores da água após atingir uma certa pressão. a água começará a vaporizar (ferver). precisamos que o líquido esteja sempre numa pressão acima da pressão de vapor para evitar que haja vaporização no interior da bomba. seria necessário 15. a temperatura da água será de 100oC. Entrando no eixo de temperatura com 60oC e seguindo até a linha 23. ou seja. a pressão atmosférica. se colocarmos uma panela aberta com água no fogão e começarmos a aquecê-la. ele irá vaporizar-se.PROBLEMA 29 Qual a pressão de vapor do propano na temperatura de 60oC? Pense e Anote Na Figura 25. fazendo com que a pressão de vapor aumente.76barA). fenômeno que é conhecido como cavitação e que veremos com mais detalhes na parte em que falaremos de bombas. teremos de aumentar a temperatura da água. se colocarmos propano num vaso aberto. ␩= Energia cedida Energia recebida 56 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . no caso. como o propano. Caso queiramos cozinhar mais rapidamente o alimento. No caso de uma bomba. Para cozinhar com água a 150ºC. possuem a pressão de vapor na temperatura ambiente superior à pressão atmosférica. ou seja. Para cozinhar com 200oC. temos 20barA. Rendimento ␩ Rendimento de uma máquina é a relação entre as energias recebidas e cedidas por essa máquina. Nesse momento. Nessa pressão. a pressão de vapor subirá com a temperatura da água até atingir a pressão reinante no ambiente que. não se modificará. Isso porque a pressão que está reinando sobre a panela. o propano corresponde à linha 23. a qual possui uma válvula de segurança. Ao nível do mar.033kgf/cm2A). a pressão da panela teria de ser de aproximadamente 5barA (ver valor aproximado na Figura 25 – curva 26 – o valor correto é de 4. a energia é recebida através do eixo de acionamento. cerca de 4barM. é a pressão atmosférica (1. e isso só será possível se aumentarmos a pressão no interior da panela. nesse caso. Quando estamos bombeando. metade da energia recebida. 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. a bomba estaria transformando em calor. por atrito e por outras ineficiências.PROBLEMA 30 Qual seria o rendimento de uma bomba cujo motor entrega 40hp no eixo e a bomba cede ao líquido 20hp? ␩= Energia recebida 40 = = 0. podemos afirmar que.50 ou 50% Energia cedida 20 Nesse caso. Equação da continuidade Considerando um fluido como incompressível. pelo esquema da Figura 26. 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 A2 A1 v1 = v 2 x a v1 = v 2 x ( ) D2 D1 2 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 57 Pense e Anote . a vazão Q1 na seção 1 é igual à vazão Q2 na seção 2. desde que não tenhamos nenhuma saída ou entrada de líquido entre as seções 1 e 2. 58 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . Energia de pressão. Essa capacidade é chamada de energia potencial. maior a energia contida. a velocidade média cairá para a metade. a área aumenta quatro vezes e a velocidade média cairá para 1/4. Outro exemplo é o de um macaco hidráulico que levanta um peso. A energia sob a forma de pressão é a que. A energia potencial é a que temos quando o líquido se encontra a uma determinada altura. 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. D1 = Diâmetro interno da tubulação na seção 1. por exemplo. tem capacidade de acionar uma turbina acoplada a um gerador de eletricidade. A água. localizadas num nível mais baixo. v2 = Velocidade média de escoamento na seção 2.1cm2 6"sch 40’→ A1= 186. Se dobrarmos o diâmetro. Para uma mesma massa. D2 = Diâmetro interno da tubulação na seção 2.32m/s Teorema de Bernouille Um fluido escoando numa tubulação possui três formas de energia: Energia potencial ou de altura.4 v 1 = v2 x =3x = 1. Energia de velocidade ou cinética.1 186. quanto maior a altura.onde: Pense e Anote v1 = Velocidade média de escoamento na seção 1. ao escoar da cota em que se encontra até as turbinas hidráulicas. PROBLEMA 31 A área varia com o quadrado do diâmetro área = ␲ D2 4 Temos uma velocidade média de escoamento de 3m/s numa tubulação de 4"sch 40. como nos casos de barragens de usinas hidrelétricas.4cm2 A2 A1 82. Dobrando a área de uma seção da tubulação. permite a realização de um trabalho como o deslocamento de um pistão numa prensa hidráulica. também chamada de energia cinética. apenas se transforma.Pense e Anote A energia de velocidade. Um exemplo de uso da energia cinética são os geradores eólicos (movidos pelo vento). no qual afirmamos que energia não se perde nem se cria. FIGURA 27 TEOREMA DE BERNOUILLE Seção 2 V2 Seção 1 V1 Z1 Linha de referência Z2 As energias no ponto 1 e no ponto 2 da tubulação mostrada no esquema acima. Temos então que: P1 V 12 2g P2 V 22 2g ␥ + + Z1 = ␥ + + Z2 = constante Teorema de Bernouille Onde os termos representam: ␥ P = Energia de pressão V2 = Energia de velocidade 2g Z = Energia potencial PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 59 . é a decorrente da velocidade de escoamento. seriam: P1 V12 2g P2 V22 2g E1 = ␥ + + Z1 E2 = ␥ + + Z2 Pelo princípio de conservação de energia. a energia no ponto 1 é igual à energia no ponto 2. expressas em dimensões de coluna de líquido. já que. choques etc. mas ganho de energia.A equação anterior é válida apenas teoricamente. não temos perda. na prática. Medindo a energia no flange de descarga (E2) e no flange de sucção (E1) da bomba. temos algumas perdas de energia entre os pontos 1 e 2 decorrentes de atritos. também podemos calcular a energia fornecida por uma bomba para uma determinada vazão. voltaremos a este assunto. No caso da bomba. ficando a equação como: E1 = E2 + perdas de carga V12 2g V 22 2g Pense e Anote P1 ␥ + + Z1 = P2 ␥ + + Z2 + perdas Essas perdas recebem o nome de perda de carga entre o ponto 1 e o ponto 2. Pela equação anterior. 60 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . FIGURA 28 ENERGIA CEDIDA PELA BOMBA P2 P1 V2 Z1 V1 Z2 Linha de referência E2 – E1 = Energia cedida pela bomba Energia cedida pela bomba = E2 – E1 = P2 – P1 ␥ + V22 – V12 2g + Z2 – Z1 Quando tratarmos das curvas características das bombas centrífugas. a diferença entre essas energias é a fornecida pela bomba para aquela vazão.. 12 123.55 1.9 18.4 102.72 172.4 47.31 27.6 590.7 17.4 2742.65 16.87 3.5 247.9 182.7 Área int.5 387.6 1.5 509.23 42.2 574.9 254.73 4.7 14.7 174.4 202.09 3. Nominal ext.0 363.2 77.1 116.23 4.0 14.2 317.3 23.8 9.507.Tabela de tubos TABELA 18 DADOS SOBRE TUBOS Diâm.5 17.7 15.51 1.1 15.5 1.2 87.1 1.9 856.1 73. Diâm.1 1038.74 79.11 10.1 1.4 235.0 9.1 28.0 139.9 50.4 168.7 254.3 186.77 3.7 21.27 12.91 5.9 215.0 Peso kgf/m 0.3 1.0 655.9 8.140.2 298.2 94.3 97.8 11.8 303.87 3.3 157.2 136.23 5.0 26.47 11.56 13.2 23.630. (mm) ½” 21 Std XS – XXS Std XS – XXS Std XS – XXS Std XS – XXS Std XS – XXS Std XS – XXS Std XS – XXS Std XS XXS – Std XS – – Std – XS – Std – XS – Std XS – Std XS – – Std XS – – Std XS – – Padrões 40 80 160 – 40 80 160 – 40 80 160 – 40 80 160 – 40 80 160 – 40 80 160 – 40 80 160 – 40 80 – 160 40 60 80 160 – 40 – 80 30 40 – 80 30 40 80 – – 40 80 20 30 40 80 20 – 40 80 40S 80S – – 40S 80S – – 40S 80S – – 40S 80S – – 40S 80S – – 40S 80S – – 40S 80S – – 40S 80S – – 40S 80S – – 40S – 80S – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – Espessura Diâm.6 438.7 81.2 21.8 111.5 584.2 6.57 4.34 131.49 40. (mm) 2.8 186.35 9.7 42.54 8.6 11.71 11.178.7 22.9 455.64 3.06 22.8 6.4 11.44 11.7 19.48 64. (mm) int.08 13.4 9.9 154.1 481.7 1.3 12.28 15.1 60.9 304.0 9.443.68 2.9 93.8 13.52 10.65 97.95 5.6 239.1 254.50 3.3 80.7 15.52 12.5 321.4 121.2 59.2 365.6 722.18 12.45 95.1 74.91 5.6 24.23 81.41 79.54 7.9 482.8 140.9 38.62 1.48 7.91 6.02 8.6 34.9 ¾” 27 1" 33 2" 60 3" 89 4" 114 6" 168 8" 219 10" 273 12" 324 14" 356 16" 406 18" 457 20" 508 24" 610 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 61 Pense e Anote .79 1.1 26.464.9 26.7 15.97 18.9 336.3017.10 0.9 463.9 310.98 28.3 351.1 154 146.19 2.3 20.51 67.4 9.7 440.7 19.1 12.10 42.47 2.829.52 11.5 699.25 21.8 15.5 333.52 12.6 488.1 2677.8 1.9 73.52 12.3 1.07 5.6 173.7 2355.29 107.1 1.877.42 1.44 2.1 431.2 193.4 30.82 21.793.7 547.1 294.5 1.2 203.88 3.32 3.6 409.0 155.2 9.0 105.3 131.8 428.56 107.37 1.8 124.96 1.44 5.9 15.2 42.52 12.4 330.6 9.2 791.5 49.94 2.75 7.6 242.6 66.7 17.4 20.7 58.2 52.44 7.7 872.4 889.6 2593.8 82.4 288.91 0.63 2.8 729.1 7.82 2. cm2 1.6 477.29 33.62 11. Letras gregas Relação das letras gregas maiúsculas e minúsculas. Pense e Anote 〈 ␣ Alfa 〉 ␤ ⌯␩ ⌵␯ ⌻␶ Eta Beta TABELA 19 LETRAS GREGAS ⌫␥ ⌱␫ Gama ⌬␦ ⌲␬ ⌸␲ ⌾␹ Delta ⌭␧ ⌳␭ ⌹␳ ⌿␺ Épsilon ⌮␨ ⌴␮ ⌺␴ ⑁␸ Zeta ⌰␪ ⌾␰ ⌼␷ 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 quintilhão quadrilhão trilhão bilhão milhão mil cem dez Múltiplo Prefixo Símbolo Nome quintilionésimo quadrilionésimo trilionésimo bilionésimo milionésimo milésimo centésimo décimo 10 18 10 10 15 12 exa peta tera giga mega quilo hecto deca E P T G M k H da 10 -18 10 10 -15 -12 atto femto pico nano micro mili centi deci a f p n ␮ m c d 10 9 10 6 10 10 10 3 2 10 -9 10 -6 10 10 -3 -2 10 -1 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 62 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . b.h 2 Lado ao cubo Largura x Profundidade x Altura Área da base x Altura Área da base x Altura sobre 3 V = B .Resumo ÁREA DE FIGURAS GEOMÉTRICAS Quadrado Retângulo Paralelogramo Trapézio Triângulo Círculo A = a2 A=b. h 3 3 3 V=4. h) 2 2 Lado ao quadrado Base x Altura Base x Altura Base média x Altura Base x Altura sobre 2 Pi x Raio ao quadrado A = ␲ . r2 = ␲ .h A= A= h .h=␲. h = ␲ .␲.r 3 Esfera Quatro terços de Pi x Raio ao cubo VELOCIDADE LINEAR v= D t Distância percorrida sobre tempo VELOCIDADE ANGULAR w = 2␲ ␲N N = rd/s 60 30 Pi x rpm sobre 30 VAZÃO v. ␲ . (b1 + b2) 2 (b .h A=b. r2 .h V=B.r 2 Q = Vol = v x A = t 30 ACELERAÇÃO Volume sobre tempo a= v2 – v 1 t2 – t1 Variação da velocidade no tempo FORÇA F=mxa Peso = m x g Massa x Aceleração PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 63 Pense e Anote .r . D 4 VOLUME DOS SÓLIDOS Cubo Paralelepípedo Cilindro Cone V = a3 V=a. Resumo Pense e Anote TRABALHO T=Fxd Força x Distância TORQUE T=Fxd Força x Raio de giro POTÊNCIA Pot = T t MASSA ESPECÍFICA Trabalho sobre tempo ␳= Massa Volume Massa sobre o volume PESO ESPECÍFICO ␥= Massa Volume Peso sobre o volume DENSIDADE d= Massa específica do produto Massa específica da água Relação entre massa específica do líquido e da água PRESSÃO P= F A P= ␥xH 10 Força sobre área ou peso específico x Altura sobre 10 p/ P em kgf/cm2 ␥ em gf/cm3 → H = m ␮ E CINEMÁTICA VISCOSIDADE DINÂMICA ␯ ␯ (cSt) = ␮ (Cp) Densidade Viscosidade cinemática é a viscosidade dinâmica dividida pela densidade RENDIMENTO ␩ = Energia cedida Energia recebida É a relação entre as energias cedida e a recebida 64 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . Pense e Anote Resumo EQU AÇÃO D A CO NTINUID ADE EQUAÇÃO DA CONTINUID NTINUIDADE V1 = V2 x A2 A1 D2 D1 ou 2 V1 = V2 x ( ) + Z1 = Velocidade da seção 1 igual à velocidade da seção 2 x Relação entre as áreas 2 e 1 ou multiplicada pelas relações entre os quadrados dos diâmetros 2 e 1 TEOREMA DE BERNOUILLE P1 ␥ P2 + V12 2g V22 2g ␥ + + Z2 + perdas Pressão sobre peso específico + Velocidade ao quadrado sobre 2 x Aceleração da gravidade + Altura do manômetro na seção 1 igual à da seção 2 + Perdas PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 65 . que podem ser grupadas em duas famílias principais.Bombas B ombas são máquinas destinadas à transferência de líquidos de um ponto para outro. ➜ Turbinas a vapor. Para realizar essa movimentação. Esse conhecimento facilita a identificação de falhas e o modo de saná-las. cada uma delas com características que serão objeto de apreciação ao longo desse trabalho: ➜ Bombas dinâmicas ou turbobombas. Na indústria em geral. a bomba necessita receber energia de um acionador. principalmente. sendo a forma de pressão a predominante. as bombas cedem energia ao líquido sob a forma de pressão e de velocidade. por motores elétricos. ➜ Motores de combustão interna. Os principais acionadores usados nas bombas são: ➜ Motores elétricos. ➜ Bombas de deslocamento positivo ou volumétricas. Essa preferência é devido ao fato de os custos de aquisição e de operação serem inferiores aos das turbinas e dos PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 67 Pense e Anote . Para funcionar. O presente trabalho visa dar este conhecimento. Os fabricantes disponibilizam uma grande variedade de bombas. o acionamento das bombas é realizado. É importante conhecer o funcionamento de um equipamento para que possamos realizar manutenção adequada. Visando aumentar a segurança operacional. ou o contrário. Sua vantagem é a de não causar riscos de explosão e de serem facilmente acionáveis devido à grande disponibilidade de pontos de alimentação de ar comprimido existentes nas unidades. O sistema de partida automático do motor elétrico é mais simples do que o da turbina. Os motores de combustão interna são pouco utilizados em refinarias. Quando ambas. Hoje em dia. ao usar a turbina a vapor como principal. ficando seu uso restrito a casos excepcionais de segurança. De modo geral. é usual a adoção de bomba reserva de modo a não interromper o funcionamento da unidade. Em unidades novas. Além deles. Os motores pneumáticos. a saber. quando empregados. são acionadas por motor elétrico. a bomba principal e a reserva. é comum a utilização de alimentadores elétricos (feeders) diferentes para cada uma delas. Se não dispusermos de vapor nas instalações. como acionadores de bombas portáteis de abastecimento de óleo lubrificante a partir de tambores. não são utilizados em bombas de processo. aumentamos o custo operacional devido ao fato de seu rendimento ser menor. Esses motores. Pense e Anote Durante muito tempo. como bombas reservas de água contra incêndios ou de produtos que.motores de combustão interna. é comum adotar duas fontes distintas de alimentação para os acionadores. Nos locais em que a falha da bomba possa ocasionar problema de segurança ou prejuízos elevados. que faz com que a bomba entre em operação rapidamente. as turbinas possuíram uma vantagem sobre os motores elétricos. com o barateamento dos variadores de freqüência. existem algumas bombas alternativas que são acionadas por meio de cilindros a vapor. são passíveis de endurecimento caso cesse o bombeamento. reduzindo assim a possibilidade de parada do sistema para o qual a bomba trabalha. Já a desvantagem é que. A escolha do tipo de acionador principal deverá levar em conta esses fatores. isso é outro motivo que poderá levar à utilização de tal alternativa de acionamento. Os motores elétricos possuem rendimento na casa dos 90% contra cerca de 30% dos dois outros acionadores citados. devido a sua baixa confiabilidade e ao seu alto custo operacional. 68 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . a possibilidade de variar a rotação. são geralmente movidos a óleo diesel. essa aplicação está ficando cada vez mais rara. A vantagem em ter o motor como reserva é a sua elevada aceleração. É comum também ter a bomba principal acionada por motor elétrico e a reserva por turbina a vapor. o fornecimento do vapor é mais confiável do que a energia elétrica. ao escoarem através de oleodutos. principalmente. é cada vez mais comum utilizar motores elétricos com rotação variável no acionamento de bombas. São aplicados. caso tenhamos uma falha do equipamento principal. o sistema ainda continuará sendo atendido. fica uma delas como reserva.Pense e Anote Com o intuito de aumentar a flexibilidade operacional. algumas instalações adotam diversas bombas operando em paralelo. só que com uma vazão menor. nesses casos. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 69 . o que permite variar significativamente a vazão. Caso venha a falhar mais de uma bomba simultaneamente. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 71 Pense e Anote . por exemplo. Embora a maioria das bombas adquiridas pela Petrobras seja inspecionada durante sua fase de fabricação e de testes. 2. Conferência da documentação. Normalmente. Caso a bomba tenha vindo num caixote fechado. vinda do fabricante. Verificação dos sobressalentes encomendados: se foram fornecidos com as especificações e as quantidades corretas. podem ocorrer danos entre a saída da fábrica e a chegada ao almoxarifado da refinaria usuária. somente após a entrega).Recebimento da bomba deve ser submetida a uma inspeção de recebimento. da bomba. 5. das linhas de refrigeração e de selagem. Análise dos estados da base metálica. a inspeção deverá ser mais detalhada. Havendo danos. 3. do sistema de lubrificação e dos parafusos de nivelamento. A inspeção de recebimento deve constar no mínimo de: A o chegar ao almoxarifado. Caso ele tenha sido mal manuseado. as bombas são embaladas pelo fabricante em caixotes de madeira fechados por placas de compensado. 4. ou em caixotes com ripas de madeira pregadas. do acionador. do tipo engradado. como. O manual da bomba deve conter no mínimo: • Folhas de dados da bomba e do acionador (se este último fizer parte do fornecimento). uma bomba nova 1. Verificar se a documentação está de acordo com a quantidade solicitada. ter caído durante o transporte. o primeiro passo é ler a pasta que contém a documentação de compra (pasta do PCM) para saber que itens deveriam ser fornecidos juntamente com a bomba. do acoplamento e da sua proteção. em outros. tal como manuais e desenhos: se vieram junto com a bomba (em alguns casos eles são fornecidos com antecedência e. abri-lo para verificar sua plaqueta de identificação e a do acionador para assegurar-se de que a bomba é mesmo a encomendada. Verificação do estado do caixote de madeira. No ato do recebimento. provavelmente a parte de madeira deverá estar danificada. Resumo Na inspeção de recebimento de uma bomba. vibração. mostrando a base. com lista de peças. do tamanho e do número de anéis utilizados. a bomba. material de fabricação e quantidade empregada. caixa de mancais e de selagem): se estão protegidas para evitar a entrada de umidade e de objetos estranhos. pode ser dado o aceite da bomba no pedido de verificação de material. referências comerciais e materiais e quantidades utilizadas. além de um corte da caixa de selagem. No caso do uso de selo mecânico. mostrando o posicionamento das gaxetas em relação ao anel de distribuição (anel de lanterna). furos que comunicam com o interior da carcaça. • Desenho do conjunto da bomba. lista de peças com identificação das referências comerciais. deve-se verificar: Se ocorreram danos durante o transporte. • Desenho da selagem. corte do selo. devem constar: plano de selagem. Pense e Anote • Instruções de manutenção e de operação da bomba. • Desenho de corte da bomba com todos os itens identificados. Caso a selagem seja feita por meio de gaxetas.). Se os bocais e os furos roscados estão protegidos. 72 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas .• Dados dos testes efetuados na fábrica (desempenho. Estando tudo correto. os materiais de fabricação e as quantidades empregadas na bomba. • Lista das peças relacionadas no desenho de corte da bomba com as referências comerciais. Se a documentação da bomba e de seus componentes foi fornecida. 6. 7. • Desenhos de corte do acionador. seu acionador. deverá ter a especificação do tipo. Verificação de todas as suas entradas (flanges. NPSH etc. acoplamento e as respectivas cotas. Descrição da preservação realizada pelo fabricante da bomba. Esse líquido costuma ser um óleo com alto teor de antioxidante. girar periodicamente o eixo da bomba e do acionador (de 15 em 15 dias é um bom prazo) no sentido indicado pela plaqueta de rotação. a bomba deve ser cheia com um líquido de proteção adequado. Bombas que vão ser lubrificadas por sistema de névoa podem ser preservadas por esse sistema. se não for possível fazê-lo com a mão. ou seja. ocasionando a corrosão localizada e o desgaste (brinnelling).Preservação cer estocada e mesmo após ser montada na base. passado o período de preservação recomendado pelo fabricante. É usual o fabricante fazer alguns pontos de preservação na fábrica. PETROBRAS ABASTECIMENTO A té a partida efetiva. durante o período em que permane- Manutenção e Reparo de Bombas 73 Pense e Anote . As aberturas roscadas devem todas ser protegidas com um plugue (bujão) roscado de plástico ou metálico. para tal preservação. o sistema de geração de névoa terá de ser instalado com antecedência. com nível até a parte inferior do eixo. usar um óleo tipo turbina. Na sua furação. Logicamente. devendo ser girada algumas voltas e drenada. findos os quais eles devem ser renovados. deve ser feita uma linha adicional para a carcaça da bomba. Na falta deste. Nesse caso. o que costuma ser eficaz para um período de 6 meses. Para evitar que isso ocorra. Marbrax 68. Para essa operação de giro. Esse material só deve ser retirado na fase de colocação das tubulações. girar manualmente algumas voltas. um plano de preservação deve ser obedecido. Em seguida. Não utilizar chave de grifo para não danificar nem o eixo. O copo nivelador deve ser retirado e guardado num local seguro até pouco antes da partida da bomba. Um dos principais cuidados que devemos ter é o de impedir a queda de algum objeto no interior da bomba. Recomenda-se colocar na caixa de mancais o mesmo óleo de preservação. Evitar que o peso da parte rotativa recaia sempre sobre o mesmo ponto do rolamento. Caso não exista o sistema de névoa. colocar um plugue roscado. usar uma chave de cinta no acoplamento ou no eixo. de 1 volta + 1/4 de volta. por exemplo. os flanges devem ser protegidos com uma tampa plástica ou uma chapa metálica com junta. Para tal. Fazer uma marca com tinta ou marcatudo no acoplamento para acompanhar a posição de parada do eixo. Girar o eixo da bomba a cada 15 dias de 1+1/4 de volta no sentido da rotação. O óleo colocado na caixa de mancais deve ser trocado a cada 6 meses se o ambiente for medianamente agressivo como. como a região de apoio do acionador e da bomba. Pense e Anote As superfícies usinadas da base metálica que ficarem expostas. regiões próximas ao mar ou de elevada umidade. 74 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . Resumo A preservação deve ser renovada a cada 6 meses.nem o acoplamento. devem ser preservadas com graxa ou parafina para evitar sua oxidação. por exemplo. Podemos dividir esta fase em três outras. Assim. as forças que atuam na bomba terão seus efeitos atenuados. sejam de desbalanceamento. fazendo uma união efetiva entre elas. enumeradas a seguir: 1. O grauteamento é a operação de colocar uma massa adequada entre a base de concreto e a base metálica da bomba. 3.Instalação e teste de partida E nganos cometidos nesta etapa ocasionam problemas futuros difí- ceis de serem reparados. Alinhamento. com o objetivo de aumentar a rigidez da base e a massa do conjunto. Nivelamento/grauteamento. sejam estas forças de tensão da tubulação nos flanges da bomba. FIGURA 29 GRAUTEAMENTO DE UMA BASE DE BOMBA Bases de apoio do motor que podem ser usadas para nivelamento Base de apoio da bomba que pode ser usada para nivelamento 25mm mínimo Chumbador Parafuso de nivelamento com placa Graute Parafuso de nivelamento com placa Chumbador Base de concreto Forma de madeira para conter o graute PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 75 Pense e Anote . Uma bomba bem grauteada vibrará muito menos do que uma outra submetida aos mesmos esforços com graute inadequado. Conexão com os flanges. 2. Esse 76 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . interno > 2D Prender com material que não endureça. que curam bem mais Pense e Anote rápido. é raro o uso de chumbador tipo L. os seguintes passos devem ser seguidos. impedindo a entrada de concreto ou de graute 150mm (mínimo) Ponto de solda 3. Como seu custo é bem superior ao do cimento. Não é recomendado o uso de marteletes pneumáticos nessa tarefa. Deve ser retirada uma espessura de cerca de 25mm da base. 1. FIGURA 30 CHUMBADOR E LUVA D Graute 25mm mínimo Vedante Luva com dia. assim. Hoje em dia. Hoje em dia. O API 610 (bombas centrífugas) e o API 686 (montagem de máquinas) recomendam o uso de epóxi no grauteamento das bombas.Antigamente. espuma de poliuretano. O espaço entre essa luva e o chumbador deve ter sido preenchido com um material não endurecível como. a entrada de concreto ou do graute. Na montagem da bomba. o graute era realizado com uma massa de cimento rala. Utilizar uma pequena marreta e uma ponteira. supondo que a base de concreto esteja pronta e curada. retirando a camada lisa de cimento que fica na parte superior dela. usada em isolamento de tubulação ou RTV (borracha de silicone). Isso pode ser feito pelo desenho da base da bomba. A cura completa do concreto só ocorre 28 dias após sua fundição. Isso permitirá o alongamento do chumbador ao ser apertado e também admitirá pequenos deslocamentos para casar com a furação da base metálica. por exemplo. Os especialistas consideram como o melhor material para graute um epóxi específico para esse fim. esse fator acaba sendo um inibidor para uso generalizado. ou se a bomba já estiver na planta. evitando. são empregados cimentos próprios. Picotar a base de concreto. Verificar se os chumbadores foram montados dentro de uma luva com diâmetro interno de 2 a 3 vezes o diâmetro do chumbador e no mínimo 150mm de comprimento. 2. observar diretamente a base metálica. Verificar se o posicionamento dos chumbadores na base de concreto está compatível com os furos existentes da base metálica da bomba. apertar as porcas dos chumbadores e tornar a verificar o nível. transcrita a seguir: PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 77 Pense e Anote .7mm (1/2") de espessura. pois estas substâncias impedem a aderência do graute.desbaste tem por objetivo remover o cimento liso que sobrenadou na base de concreto de modo a deixá-lo áspero e irregular. Evitar a presença de óleo e graxa. e depois na região da bomba. As duas têm de ser iguais. o que irá facilitar a aderência e aumentar a área de contato com o graute. Colocar a base da bomba sobre a de concreto de modo que a parte inferior da base metálica fique no mínimo 25mm acima da base de concreto. Soprar. já que o ar comprimido de compressores de campo costuma ter óleo. 5. Limpar bem a base de concreto de detritos e poeiras. Nivelar a base através dos macaquinhos no sentido transversal e longitudinal na região do motor. Ajustar. um pedaço de chapa com cerca de 12. Na falta da recomendação. colocar os calços de latão ou aço inoxidável sobre os apoios.2mm por metro. usar os valores da Tabela do API. fazer uma leitura com o nível e depois girá-lo 180º. 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. As bases das bombas adquiridas pela Petrobras são fornecidas com parafusos “macaquinhos” para efeito de nivelamento. O torque de aperto deve seguir o recomendado pelo fabricante. É recomendável realizar uma aferição do nível que será utilizado. com ar isento de óleo. 6. na direção dos parafusos de nivelamento. repetindo a leitura. Para tal. Colocar sobre o concreto. tanto para o nivelamento transversal quanto para o longitudinal. Após nivelar a base. 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. 4. se necessário. As bases costumam ter furos nas chapas para este fim (ver Figura 31). Se a bomba e o acionador prejudicarem o acesso para a colocação do graute. Não é recomendado o uso de óleo ou graxa nesta atividade.m – 3. os parafusos macaquinhos e as porcas de fixação da proteção do acoplamento. Fazer um acabamento com um chanfro de 45º. principalmente junto ao concreto. conforme mostra a Figura 32. a base de concreto e a camada de graute não devem ter cantos vivos.8 22. O ideal é que exista um suspiro (vent) do lado oposto do furo de colocação do graute para permitir a saída do ar.1 111 207 304 440 818 ٠ Ch – – M12 M16 M24 M30 M52 Torque N.7 81. FIGURA 32 CHANFRO DE 45º NA BASE DE CONCRETO E NO GRAUTE Base metálica Graute Chanfros Concreto 10. Durante a fase de grauteamento. Para evitar quebras. para evitar vazamentos. São elas: as formas de madeira.2 37 118 389 7. todas as tubulações devem estar desconectadas.TABELA 21 TORQUE A SER APLICADO NOS CHUMBADORES Pense e Anote ٠ Ch Fios/pol pol 1/2 5/8 3/4 7/8 1 1 1/8 – 13 11 10 9 8 8 Torque N.m 678 1085 2034 2983 4312 8026 Kgf.4 136 217 332 481 kgf. 9. eles devem ser retirados da base.16 11. Verter o graute.m – 31 110 363 1157 3815 Kgf. e sim três camadas de uma pasta à base de parafina.m 4.m 69.1 33. Passar um antiaderente nas partes em que não se deseja que o graute tenha aderência. Não é aconselhável o uso de vibrador. Utilizar para 78 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas .m 40. 8.1 ٠ Ch Fios/pol pol 1¼ 1½ 1¾ 2 2¼ 2¾ – 8 8 8 8 8 8 Torque N. Preparar as formas em torno da base para o grauteamento.15 8.3 13. Existem cimentos apropriados para graute.9 49. Vedar as formas. Devem ser preenchidos todos os vazios da base. verificar. Os desalinhamentos angulares podem ser corrigidos com o aquecimento localizado em alguma curva. Não deve ser exercida muita força para evitar a deformação da chapa superior da base metálica. de selagem e de lubrificação. Torne a zerar os relógios e aperte agora o flange de descarga. for excedido esse valor de deslocamento. Os relógios também devem indicar menos de 0. Os flanges das tubulações devem estar concêntricos e paralelos com os da bomba. um na direção horizontal e o outro na vertical. 12. Para tal. 15. Lembrar que alguns tipos de aço usados em tubulações. um para introduzir massa epóxi. Todos os parafusos devem ser colocados com a mão nos furos. Após a operação anterior.Pense e Anote esse fim um pedaço de madeira para ir socando o graute. Somente após a cura do graute. Portanto. 14. e outro para saída do ar. Alinhar a bomba com o acionador. 17. o que diminui a tensão introduzida pela linha. 11. Verificar se o sentido de giro do acionador está coerente com a bomba antes de acoplá-la. Havendo. comum. Se. Um outro recurso que pode ser usado é aquecer ao rubro uma seção completa da tubulação com os flanges da bomba apertados. cortar a tubulação e refazer a solda da linha. 13. Zere os relógios. No caso de motor elétrico. se aquecidos. não for possível enquadrar os valores. Após a cura do graute. no aperto de alguma das tubulações. coloque dois relógios comparadores com os ponteiros apoiados no cubo do acoplamento.) e começar apertando-os a partir do flange mais próximo da bomba.05mm.05mm. consulte antes o responsável pela montagem da tubulação. fazendo com que o material deforme. peça para inverter as fases de alimentação elétrica. Se fizer parte do projeto. retirar as formas e os parafusos de nivelamento. depois de tudo. Verificar a tensão introduzida pelas linhas. montar as tubulações auxiliares de refrigeração. das válvulas de retenção etc. dos filtros. 16. O aquecimento reduz a resistência da tubulação. com auxílio de um pequeno martelo. batendo na chapa superior da base. O alinhamento que vem do fabricante é apenas um pré-alinhamento. O reparo deve ser realizado com epóxi mesmo que tenha sido grauteado com cimento. Os dois relógios devem indicar menos de 0. afrouxar os flanges dessa linha nas imediações da bomba (das válvulas de bloqueio. se não estiver correto. se ficou alguma região vazia. Se. faça dois furos nas extremidades opostas do vazio. Aperte os parafusos do flange de sucção com a junta de vedação no local. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 79 . podem necessitar de tratamento térmico posterior. sem necessidade de forçar os flanges. devem ser conectadas as linhas de sucção e de descarga. é interessante partir a bomba com a gaveta da válvula ligeiramente descolada da sede (cerca de 1/4 de volta do volante). Caso tenha dúvida. ela pode ser ligada e desligada rapidamente só para sair da inércia e verificar o sentido de giro. Durante a fase de aceleração da bomba. ocorrerá o aquecimento excessivo do motor. 80 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . verificar: a Pense e Anote Se a bomba. Logo após a partida. As bombas de fluxo misto. elas devem partir com a descarga fechada. A corrente alta também pode atuar o sistema de proteção elétrico. desacople a bomba e teste. Portanto. abrir a válvula de descarga. principalmente eixos e impelidores. o que reduz a vida útil de seu isolamento. Já nas bombas de fluxo axial. a corrente do motor elétrico atinge 5 a 6 vezes o valor da corrente nominal. a bomba estará cheia de líquido. f Se a válvula de descarga está fechada e descolada da sede. Se o sentido de giro do acionador está correto. na maioria dos casos. Se a partida for demorada. devem seguir as centrífugas. Se a proteção do acoplamento encontra-se no lugar. para efeito de partida. serão analisadas as suas curvas de potência. o acionador e o acoplamento estão adequadamente lubrificados. Fechar o suspiro. Nessa situação. Para tal. a menor potência ocorre com alta vazão. 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. No capítulo sobre as Curvas Características das Bombas. bem como o local de apoio na pista do rolamento. desarmando o motor. não podem girar ao contrário. as bombas devem partir na condição de menor potência exigida.Caso a bomba fique inativa por período prolongado. b c d e Se as válvulas das linhas de refrigeração e de selagem (flushing e quenching) estão abertas. sob pena de soltarem partes fixadas por roscas. Bombas verticais. abra a válvula de sucção e o suspiro (vent) da carcaça. Nesse caso. Por esse motivo. Se a bomba está escorvada. evitando desgaste localizado. Algumas bombas podem ser giradas ao contrário. Como nas bombas centrífugas a potência cresce com a vazão. devem partir com a descarga totalmente aberta. Válvulas de descarga de diâmetros grandes e com pressão de descarga alta geram uma força na gaveta que dificulta sua abertura. Antes da primeira partida e logo depois dela. Quando pararem de sair borbulhas de ar. g h Partir a bomba. verificando vibração. f Havendo possibilidade. medir a corrente do motor elétrico. b c Barulhos anormais. desempenho. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 81 Pense e Anote . Temperatura dos mancais (pode levar até 3 horas para estabilizar). Proteger os chumbadores e grautear a base. Testar a bomba. se necessário. devem ser verificados e acompanhados: a Vibração da bomba e do acionador.Após a partida da bomba. É interessante fazer espectros das vibrações dos mancais da bomba e do acionador para servir como referência futura. Limpar bem o concreto e colocar a base metálica da bomba. Alinhar. picotá-la. rebaixando-a cerca de 25mm. observando se o valor está dentro do esperado. Resumo Após a cura da base de concreto. Nivelar a base lateral e longitudinalmente no limite de 0. ruídos anormais e vazamentos e.2mm para cada metro de dimensão. mantendo-a cerca de 25mm acima do concreto. Se os manômetros da sucção e da descarga estão estáveis. Manômetros oscilando muito demonstram problemas de cavitação ou recirculação. A norma API 610 limita em 82ºC a temperatura dos mancais ou 40ºC de acréscimo em relação à temperatura ambiente. verificar sentido de giro do acionador e acoplar. o que pode ser verificado e confirmado pelo ruído característico. d e Vazamentos pela selagem. . Classificação de bombas cado. Podemos classificá-las. juntamente com a forma como a energia é cedida. palhetas etc. A orientação do líquido ao sair do impelidor determina. analisaremos mais detalhadamente cada tipo. baseados no modo do seu funcionamento. Seus nomes provêem da forma como a energia é transferida ao líquido: pistão. engrenagens. diafragma. Nos próximos capítulos. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 83 Pense e Anote . A bomba volumétrica ou de deslocamento positivo se caracteriza por executar seu trabalho por meio do aprisionamento de um certo volume do líquido na região de sucção e posterior deslocamento desse volume para a descarga. o tipo da turbobomba. em dois tipos principais: E xiste uma variedade muito grande de bombas disponíveis no mer- Classificação de bombas Radial Bombas dinâmicas ou turbobombas Centrífuga Fluxo axial Fluxo misto PERIFÉRICA OU REGENERATIVA Tipo Francis Alternativa Bombas volumétricas ou de deslocamento positivo Rotativa Pistão Êmbolo Diafragma Engrenagens Parafusos Lóbulos Palhetas Peristática Cavidades progressivas A bomba dinâmica ou turbobomba se caracteriza por fornecer energia ao líquido pela rotação de um impelidor. Em uma volta. Nesse tipo de bomba. O líquido sai do impelidor perpendicular ao eixo. estas bombas costumam ter uma pressão alta de descarga para o diâmetro do impelidor. A carcaça forma uma câmara em forma de anel (corte A-A da Figura 34). O fluxo do líquido caminha paralelamente ao eixo. A bomba centrífuga tipo Francis possui as pás do impelidor com curvatura em dois planos. BOMBA CENTRÍFUGA Pode ser do tipo radial ou tipo Francis. PETROBRAS ABASTECIMENTO A turbobomba que trabalha cedendo energia ao líquido por meio Manutenção e Reparo de Bombas 85 Pense e Anote . Na região de descarga. BOMBA PERIFÉRICA OU REGENERATIVA Esta bomba também é chamada de turbina regenerativa. BOMBA DE FLUXO MISTO Esta bomba é intermediária entre a centrífuga e a axial. de acordo com a forma de cessão de energia ao fluido. Seu impelidor lembra uma hélice de barco ou de ventilador. as pás ficam situadas na periferia do impelidor.Bomba dinâmica ou turbobomba de um impelidor pode ser classificada em quatro tipos diferentes. por isso. o fluxo sai do impelidor perpendicularmente ao eixo. A energia transmitida pelo impelidor é sob a forma centrífuga e de arrasto. Em cada entrada. a câmara se estreita para impedir o retorno do líquido para a região de sucção (corte B-B da Figura 34). o líquido entra e sai diversas vezes nesta câmara e entre as pás do impelidor. Nela. A bomba centrífuga radial ou centrífuga pura é a que possui as pás do impelidor com a curvatura em um só plano. O líquido segue uma trajetória helicoidal. ele ganha um novo impulso e. Nesse tipo. a energia é cedida ao líquido pela força centrífuga e de arrasto. O fluxo sai do impelidor inclinado em relação ao eixo. O impelidor cede energia ao líquido por meio da força centrífuga. BOMBA DE FLUXO AXIAL É a bomba na qual a energia é cedida ao líquido sob a forma de arrasto. FIGURA 33 TURBOBOMBA COM OS TRÊS TIPOS DE FLUXO Pense e Anote Fluxo radial Fluxo misto Fluxo axial FIGURA 34 BOMBA REGENERATIVA E SEU IMPELIDOR P4 P4 > P3 > P2 > P1 P1 A P3 A P2 Corte A–A B B Corte B–B 86 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . FIGURA 35 TIPOS DE BOMBAS CENTRÍFUGAS SEGUNDO A NORMA API 610 Tipo básico (impelidor) Em balanço ( Overhung) Acoplamento flexível Tipo Características Classificação OH1 Figura Horizontal Apoiada por pés 1 Estágio Apoiada na linha de centro 1 Estágio OH2 Vertical in-line com caixa de mancais separada 1 Estágio OH3 Acoplamento rígido Vertical in-line Impelidor montado no eixo do acionador 1 Estágio OH4 Eixo da bomba sem acoplamento Vertical in-line 1 Estágio OH5 Alta velocidade Multiplicador integral Acoplamento entre multiplicador e acionador Montagem vertical ou horizontal 1 Estágio OH6 Continua PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 87 Pense e Anote . FIGURA 35 Continuação TIPOS DE BOMBAS CENTRÍFUGAS SEGUNDO A NORMA API 610 Pense e Anote Tipo básico (impelidor) Entre mancais (between bearings ) 1e2 Estágios Tipo Características Classificação BB1 Figura Partida axialmente Partida radialmente BB2 Multiestágios Partida axialmente BB3 Partida radialmente Carcaça simples com multisegmentos BB4 Carcaça dupla (tipo barril) BB5 Verticalmente suspensas Carcaça simples Descarga através da coluna Difusor VS1 Continua 88 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . Pense e Anote FIGURA 35 Continuação TIPOS DE BOMBAS CENTRÍFUGAS SEGUNDO A NORMA API 610 Tipo básico (impelidor) Verticalmente suspensas Carga simples Tipo Características Classificação VS2 Figura Descarga através da coluna Voluta Fluxo axial VS3 Descarga separada Eixo com mancais VS4 Impelidor em balanço VS5 Carcaça dupla (poço) Difusor VS6 Voluta VS7 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 89 . bem selecionada. Cada tipo recebe uma designação iniciada pelas letras acima. o que as bombas de deslocamento positivo geralmente não permitem. bem operada e bem mantida. sugere uma classificação e uma numeração em função do tipo da bomba. principalmente devido a sua versatilidade. ela deve ser bem especificada. embora a bomba axial nada tenha de centrífuga.A norma API 610. Para garantir o funcionamento adequado de uma bomba. 90 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . 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. Normalmente. Ela faz parte de um conjunto mais geral denominado turbobombas. e teremos uma bomba com campanhas sempre inferiores às esperadas. seguida de um número. bem montada. inclui a bomba axial e a de fluxo misto. fazendo uma divisão principal entre três modelos. além da centrífuga. a Figura 35 mostra um quadro com um croqui para cada tipo. baseados na posição do impelidor em relação aos mancais: Em balanço (overhung) Entre mancais (between bearings) Verticalmente suspensas (vertically suspended) – Denominadas OH – Denominadas BB – Denominadas VS Pense e Anote Estes modelos são subdivididos em vários tipos. A bomba centrífuga permite fácil controle de vazão. que. axial. mista e regenerativa. bem fabricada. proporcionando uma campanha longa. Uma das vantagens da bomba centrífuga é poder trabalhar com grandes variações de vazão sem alterar a rotação. Resumo As bombas dinâmicas ou turbobombas podem ser classificadas em função da orientação do fluxo de saída: radial. outros. são englobadas com o nome genérico de bombas centrífugas. A bomba centrífuga é o tipo mais usado. na qual é especificada e adquirida a maioria das bombas centrífugas de uma refinaria. De modo a facilitar essa identificação. Alguns enganos cometidos em qualquer dessas etapas podem ser contornados. dificilmente o serão. Esta operação de encher a bomba é chamada de escorva da bomba. 8. Na bomba. Temos de substituir o ar preexistente em seu interior por líquido. Use a Figura 37 para acompanhar as explicações sobre o funcionamento da bomba centrífuga. 3. 7. Para uma bomba centrífuga funcionar adequadamente. Tubulação de sucção Flange de sucção Olhal do impelidor Entrada das pás Saída do impelidor Voluta (dupla) Cone de saída da carcaça Lingüeta 1 2 6 5 4 3 8 6 5 6 3 4 6 6 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 91 Pense e Anote . advindo daí o seu nome. há necessidade de que sua carcaça esteja cheia de líquido. o qual orienta o fluxo do líquido pelos seus canais formados pelas pás e discos. 6.Princípio de funcionamento da bomba centrífuga Se colocássemos gotículas de líquido sobre um disco. 2. 4. as gotículas seriam expelidas para a periferia pelo efeito da força centrífuga. ao girá-lo com uma rotação N. FIGURA 36 DISCO GIRANDO COM GOTAS DE LÍQUIDO Fc Fc Fc Fc Fc Fc N A bomba centrífuga utiliza este mesmo princípio para funcionar. 5. Faz uso da força centrífuga. esta energia é cedida pelo impelidor. FIGURA 37 ESQUEMA DE FUNCIONAMENTO DE UMA BOMBA CENTRÍFUGA 7 7 1. O impelidor. FIGURA 38 VARIAÇÃO DE PRESSÃO E VELOCIDADE 7 1 2 6 5 1. e assim sucessivamente. fazendo com Pense e Anote que este líquido caminhe para a área de saída do impelidor. transmite uma determinada força centrífuga que acelera o líquido presente no seu interior (regiões 3. O líquido passa pela voluta e é orientado pela lingüeta (8) para o cone de saída da carcaça (7). 4. Tubulação de sucção Flange de sucção Olhal do impelidor Entrada das pás Saída do impelidor Voluta (no caso dupla) Cone de saída da carcaça 4 3 6 5 6 Velocidade Pressão Região 92 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . ele cria uma região de menor pressão. sendo descarregado na voluta (6). Esta será preenchida pelo líquido que está em 1. o vazio criado pelo impelidor. que é preenchida pelo líquido que está imediatamente antes.O impelidor. 6. 2. ao girar. ao girar. em vez de líquido. na região 2. Na Figura 38. inviabilizando assim o bombeamento do fluido. Se não tivéssemos escorvado a bomba. não seria suficiente para que o líquido presente na tubulação de sucção fluisse para o impelidor. 4 e 5). 5. 7. ao girar. teríamos no seu interior ar ou gases e. 3. estabelece um fluxo contínuo de líquido da linha de sucção para a descarga. nessa situação. Ao ser deslocado no interior do impelidor. é mostrada a variação da pressão e da velocidade no interior da bomba centrífuga para uma determinada vazão. A pressão continua caindo lentamente até o olhal do impelidor (3). podemos ter uma pequena perda localizada devido à não-coincidência perfeita entre os diâmetros internos dos flanges da tubulação e o da bomba. 6. conseqüentemente. Logo após o olhal. logo após o olhal e antes de chegar às pás do impelidor (o líquido ainda não recebeu energia dele). é que apresenta a pressão mais baixa no interior da bomba. Nessa região. conforme vimos quando falamos no Teorema de Bernouille (Parte 1). FIGURA 39 VARIAÇÃO DA PRESSÃO E DA VELOCIDADE NO INTERIOR DA BOMBA 7 1 2 6 5 4 3 1. válvulas. a região 4. filtros etc. que normalmente é fundido. 4. reduções. 7. a pressão vai caindo conforme o fluido se desloca pela linha de sucção da bomba (1). Pelos motivos expostos. uma queda de pressão. Tubulação de sucção Flange de sucção Olhal do impelidor Entrada das pás Saída do impelidor Voluta (no caso dupla) Cone de saída da carcaça 6 5 6 Velocidade Pressão Região PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 93 Pense e Anote . região 4. o que provoca um aumento de velocidade de escoamento e. temos uma redução da área de escoamento devido ao cubo do impelidor. o fluxo fica mais turbulento pela influência da vazão que retorna pelo anel de desgaste dianteiro e pelos furos de balanceamento do impelidor. 2. 3. Na junção do flange da tubulação com a sucção da bomba (2). 5.Devido ao atrito e aos choques nas paredes da tubulação e aos acidentes.. tais como curvas. sejam elas horizontais. geralmente ele faz parte da carcaça (ver Figura 35 – bomba verticalmente suspensa tipo VS1). por exemplo. A área da voluta é crescente (ver Figura 37). Nas bombas centrífugas que utilizam difusor em vez de voluta. a grande parcela de energia cedida é sob a forma de pressão. sejam verticais. Logo. o líquido começa a receber energia cedida pelas pás do impelidor. Somente nas bombas de baixo diferencial de pressão como. mas o impelidor. Ao sair do impelidor. a velocidade na descarga é ligeiramente maior do que na sucção. Logo. o difusor costuma ser uma peça independente. As áreas dos canais do difusor são crescentes. a velocidade de escoamento será reduzida e a energia será transformada em pressão. permanecendo uma parcela como energia de velocidade. permanecendo estável a velocidade de escoamento e a pressão (válido para a vazão de projeto da bomba). Como as velocidades de sucção e de descarga são relativamente baixas. nas bombas axiais. De modo geral. aumentando sua velocidade (energia Pense e Anote cinética). ao girar. na saída da carcaça. O difusor é mais empregado nas bombas de múltiplos estágios. a transformação de velocidade em pressão ocorre no impelidor e no difusor. a parcela de energia de velocidade pode ser significativa. Como geralmente o flange de descarga da bomba centrífuga é menor do que o flange de sucção. Esta energia vai sendo transformada parcialmente em energia de pressão devido ao aumento da área entre as duas pás consecutivas (canal de escoamento) à medida que o líquido vai avançando no impelidor. que acelera o líquido.A partir da região 4. região cônica 7. nem toda a energia cedida ao líquido pela bomba é transformada em energia de pressão. descarrega mais líquido de modo que o aumento de vazão é compensado pelo aumento da área. o fluxo passa pela voluta. Nas bombas verticais. Nas bombas horizontais. FIGURA 40 DIFUSOR 94 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . a energia cedida sob a forma de velocidade é relativamente pequena em bombas centrífugas. temos a transformação final da energia de velocidade em energia de pressão. Por último. Podemos usar também a rotação para variar a vazão. feito com bombas pequenas com 1/8hp.Pense e Anote Resumo O impelidor cede energia ao líquido sob a forma de velocidade. em irrigação de lavouras. Uma das grandes vantagens da bomba centrífuga é sua capacidade de variar a vazão. Quando as pressões são muitos altas. a perda de carga será alterada. Atualmente. Suporta desde serviços leves. a bomba centrífuga possui larga PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 95 . As pressões fornecidas por esse tipo de bomba podem ir de alguns kgf/cm2 até centenas de kgf/cm2. essa faixa de vazão costuma ser mais reduzida. Este tipo de bomba é usado praticamente em todas as indústrias. Tanto na exploração. No próprio impelidor. é utilizada uma válvula de controle na linha de descarga da bomba centrífuga. quanto na produção de petróleo. como conseqüência. que podem chegar a milhares de hp. no abastecimento de água das cidades. caso das unidades de uma refinaria. Em boa parte dos processos que necessitam um controle de vazão. temos uma transformação final de energia de velocidade para pressão. nas aciarias e nas demais indústrias. As bombas de processo utilizadas na indústria de petróleo seguem a norma API 610 (American Petroleum Institute). Existem bombas centrífugas projetadas para poucos m3/h de vazão. a vazão da bomba. no transporte de líquidos (oleodutos). Os difusores também transformam energia de velocidade em pressão. daí seu grande emprego na indústria. Aplicações típicas Bomba centrífuga é um tipo de bomba bastante versátil. essa norma está em fase de junção com a ISO (International Organization for Standardization) para formarem uma norma comum. como veremos mais adiante. em termoelétricas. como o bombeamento de água residencial. Conforme sua abertura seja aumentada ou reduzida. enquanto outras são para milhares de m3/h. As bombas de baixa vazão costumam ter um rendimento inferior ao das bombas de vazão mais elevada. como no refino e no transporte de produtos (oleodutos). na indústria de papel e celulose. No cone de saída da carcaça. As bombas pequenas podem operar de 10% a 120% da vazão de projeto. parte dessa energia vai sendo transformada em energia de pressão. até bombas com consumo de potências bastante altas. as bombas centrífugas são projetadas com vários estágios (impelidores) em série. na exploração de petróleo. nas indústrias químicas. modificando. Nas bombas maiores. é mais freqüente o uso de bombas de parafusos ou de engrenagens. sendo mais fácil citar as condições em que não são empregadas. Nas demais aplicações. os danos que eventualmente apresentam e as recuperações empregadas para restabelecer a condição normal de funcionamento. nesse tipo de serviço. o ventilador é dispensável Mancais de ancora Impelidor Sobreposta Câmara de selagem Anti-rotacional Anel de desgaste Caixa de selagem Junta da carcaça/ caixa de selagem Selo Selagem da caixa de mancais Eixo Anel salpicador Copo do nivelador de óleo Ventilador para refrigeração Caixa de mancais Aletas para resfriamento Mancal triplo para alta pressão de sucção Dreno Luva do eixo 96 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . abrangendo praticamente todas as áreas. NO BOMBEAMENTO DE ÓLEO LUBRIFICANTE DE GRANDES MÁQUINAS Embora algumas máquinas utilizem bombas centrífugas. Partes componentes e suas funções Vejamos as principais partes de uma bomba centrífuga e as funções que exercem. embora existam bombas menores. Senão vejamos: A VAZÃO É MUITO PEQUENA Pense e Anote Quando a vazão é inferior a 5m3/h. é usual a adoção de bombas centrífugas. geralmente. FIGURA 41 CORTE DE UMA BOMBA CENTRÍFUGA TIPO EM BALANÇO – KSB Carcaça com voluta Bucha de fundo/ Caixa de selagem Dissipador de calor/defletor Parafuso extrator Entrada para lubrificação por névoa Mancal radial Na lubrificação por névoa não são necessários copo nivelador nem anel salpicador e.aplicação. QUANDO A VISCOSIDADE DO FLUIDO É ELEVADA A bomba centrífuga tem grande perda de rendimento nesta condição. envolve o impelidor contendo o líquido. quando se danificam. No caso de carcaça em voluta. É prática comum chamar o impelidor de rotor. costumam ser recuperadas por soldagem com posterior usinagem ou esmerilhamento. luvas do eixo e defletores. Juntamente com a carcaça. antes de ser colocado na caixa de selagem. geralmente. a não ser nas bombas utilizadas com líquidos abrasivos ou corrosivos e nas que trabalham sob cavitação ou recirculação interna. Sua recuperação é semelhante à da carcaça. CAIXA DE SELAGEM Também chamada de tampa da carcaça e de caixa de gaxetas. como as do tipo epóxi. a não ser que seja de grande tamanho. podem ser recuperadas por meio de deposição de resinas especiais. Quando apresenta algum tipo de desgaste. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 97 Pense e Anote . a luva permite que o selo seja todo montado externamente. é geralmente substituído. impelidor. Possui uma câmara que serve para instalar a selagem da bomba. que é mais barata. IMPELIDOR Sua função é a de fornecer energia ao líquido sob a forma de pressão e de velocidade. CARCAÇA Sua função principal é a de conter o líquido. Nos selos tipo cartucho. Como. rotor é o conjunto de todas as peças girantes. PORCA DO IMPELIDOR Tem a função de fixar o impelidor no eixo. O impelidor raramente é recuperado. o qual lhe é fixado. esta serve também para transformar energia de velocidade em pressão na região do cone de saída. não existem em estoque carcaças reservas. Não é usual necessitar reparos. É através desta peça que o eixo sai para o exterior da bomba. trocase a luva. exceto os selos e rolamentos. Em alguns casos. LUVA DO EIXO Serve para proteger o eixo. Em vez de trocá-lo.ROTOR OU CONJUNTO ROTATIVO Pela definição da norma API. sendo quase sempre substituído por um novo quando está desgastado. O rotor é composto por eixo. porcas de fixação. inclusive alguns fabricantes de bombas utilizam indevidamente esse nome. que é uma peça cara. EIXO Sua função é a de transmitir o torque do acionador ao impelidor. como são normalmente fabricadas de material nobre. serve de apoio para uma das sedes. Nesse caso.). é usual utilizarem uma bucha de bronze na região que pode vir a ter contato com o eixo. caso venham a vazar. que estão sendo empregadas com sucesso. SOBREPOSTA No caso de selagem por gaxetas. líquidos (água e o próprio produto bombeado) e vapores no interior da caixa de mancais. A maioria das Pense e Anote bombas utiliza mancais de rolamentos. CAIXA DE MANCAIS Sua função é a de sustentar os mancais e criar uma região propícia para sua lubrificação. podendo quebrar no caso do trancamento de um rolamento. Mesmo assim. raramente necessitam de recuperação. Nesse caso. Como esse material é frágil. Raramente se danificam. como o carvão ou Teflon impregnado. devido às restrições de poluição ambiental. surgiram no mercado gaxetas injetáveis. As bombas antigas usavam tanto gaxetas como selos mecânicos. que é a responsável pela centralização da caixa de selagem. catalisadores etc. Na selagem por selo mecânico. o selo mecânico vem ganhando terreno nestas aplicações.MANCAIS Sua função é a de sustentar o eixo gerando pouco atrito. SELAGEM DA CAIXA DE MANCAIS Sua função é a de evitar ou reduzir a entrada de sólidos (poeiras. Cuidados devem ser tomados para garantir as concentricidades entre as regiões dos rolamentos e da guia. os projetistas das bombas os substituem por mancais de deslizamento (metal patente). quase sempre AISI 316. As caixas de mancais das bombas antigas eram de ferro fundido. as gaxetas são utilizadas somente para produtos que não ocasionam problemas ao meio ambiente. além de impedir que o óleo lubrificante ou a graxa va98 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . SELAGEM DA BOMBA Sua função é a de evitar que o líquido vaze para o exterior pela região onde o eixo sai da carcaça. o que levaria a um vazamento pela selagem. As gaxetas estão sendo utilizadas praticamente para água. Atualmente. Nas bombas verticais. é comum a utilização de mancais guias para o eixo. Recentemente. que são usualmente fabricados de bronze ou outro material macio. ela pode ser recuperada por meio de embuchamento. recebe também o nome de preme-gaxetas. a norma API passou a recomendar que as caixas de mancais sejam fabricadas em aço-carbono quando o líquido bombeado for inflamável ou perigoso. Caso a pista externa do rolamento venha a girar na caixa. Quando as condições operacionais (rotação e esforços) acarretam uma vida curta dos rolamentos. que são peças mais caras. teríamos de substituir ou recuperar o impelidor e/ou a carcaça. O seu diâmetro também serve para equilibrar os esforços axiais. os lábios endureciam. Existe uma grande variedade desses selos. fluindo daí para o mancal. permitindo usar folgas menores entre o impelidor e a carcaça. A primeira é de ser uma peça de sacrifício. As bombas mais antigas usavam retentores com lábios de borracha ou labirintos. O retentor realizava sua função quando novo.zem para o exterior. aumentando a rigidez do rotor. perdendo sua capacidade de vedação. BUCHA DE FUNDO DA CAIXA DE SELAGEM Esta bucha é que separa a câmara de selagem do interior da bomba. Com folgas pequenas. Se não houvesse anéis de desgaste e ocorresse um “roçamento” das peças. ANEL SALPICADOR É um anel fixado no eixo e que gira com ele. colocado na frente da selagem da caixa de mancais com a finalidade de evitar que jatos de líquidos ou vapores atinjam diretamente a região de selagem. após alguns meses de funcionamento. O anel pescador é acionado pela rotação do eixo. evitando que ele venha a vaporizar. dificultando a entrada de corpos estranhos nas caixas de mancais. Quando suas folgas aumentam. Esta situação é crítica nas bombas com dois estágios em balanço. lançando-o nas canaletas que levam aos rolamentos. Outra função dos anéis de desgaste é a de trabalhar como mancal. Por isso. Esses selos usam molas ou magnetismo para manter as sedes em contato. ANEL PESCADOR Sua função é carregar o óleo do reservatório para o eixo. a norma API 610 passou a recomendar o uso de selos mais sofisticados que permanecem aptos a realizar sua função por tempo mais prolongado. podiam surgir trincas ou acabavam por riscar o eixo. esta função fica prejudicada e temos o aumento de vibração da bomba. o fluxo que passa da descarga para a sucção pode ser reduzido. aumentando a eficiência da bomba. alguns vedam por meio de anel “O” e labirintos. ANÉIS DE DESGASTE Possuem diversas funções. com uma face fixa e outra giratória provendo a vedação principal. DEFLETOR É um disco. sua folga é importante porque vai ajudar a controlar a pressão e a vazão do líquido de refrigeração do selo. mas. geralmente fixado ao eixo. fica mais barato e rápido trocá-las. enquanto outros são semelhantes a um selo mecânico. tendo por função salpicar o óleo lubrificante. Com o uso dos anéis. No caso de bombas que utilizam selo mecânico. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 99 Pense e Anote . 100 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . FIGURA 42 PARTES DO IMPELIDOR Parede dianteira Região do anel de desgaste dianteiro Olhal Parede traseira Região do anel de desgaste traseiro Furo de balanceamento Cubo Pá Furo de balanceamento Os impelidores utilizados nas bombas centrífugas podem ser classificados quanto: Ao projeto ou geometria do impelidor Existe um índice que correlaciona a rotação. Este índice é denominado de velocidade específica (Ns). ANTI-ROTACIONAL Sua função é de orientar o líquido para o impelidor. sem ocasionar aumentos consideráveis da vibração. As bombas dotadas de lubrificação por névoa. evitando que ele entre girando. na maioria dos casos. Impelidores Abaixo são mostradas as partes de um impelidor. dispensam o uso de refrigeração nos mancais. Pense e Anote ACOPLAMENTO Sua função é a de transmitir o torque do acionador para a bomba. absorvendo pequenos desalinhamentos entre os eixos. A maioria das bombas utiliza em seu lugar uma câmara de resfriamento com água nesta função.BUCHA DA SOBREPOSTA Sua função é a de restringir o vazamento entre a luva e a sobreposta. a vazão e a Altura Manométrica Total (AMT) de um impelidor e que determina a sua geometria. VENTILADOR É empregado como um meio de refrigerar a caixa de mancais. 5 D2 D1 =1 Ns = N Q AMT 0. basta dividir a AMT da bomba pelo número de estágios. são empregadas unidades usuais que não se cancelam matematicamente (por análise dimensional). Para bombas de dupla sucção.5 a 2 D2 D1 < 1. m) (unidades inglesas – rpm. ainda é comum a velocidade específica ser expressa no sistema inglês de unidades. m3/s. Teoricamente. No cálculo da velocidade específica.75 Sistema N – Rotação Q – Vazão AMT Inglês rpm gpm ft Métrico 1 rpm m3/s m Métrico 2 rpm m3/h m Sabendo-se a velocidade específica. gpm. a vazão deve ser dividida por dois. ft) D2 D1 Pás radiais Tipo Francis Fluxo misto Axial Eixo de rotação D2 D1 >4 D2 D1 = 1. a velocidade específica é um número adimensional (sem unidades). pela fórmula. Como a literatura disponível sobre bombas é predominantemente americana.Pense e Anote FIGURA 43 CLASSIFICAÇÃO DO IMPELIDOR QUANTO AO PROJETO – VELOCIDADE ESPECÍFICA Velocidade específica – Ns (unidades métricas – rpm. existem algumas considerações: A AMT e a vazão são as correspondentes ao impelidor de maior diâmetro que a bomba comporta e no ponto de máxima eficiência (BEP). daí ser necessário saber as que foram utilizadas no seu cálculo de modo a permitir sua interpretação. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 101 . No caso de bombas de vários estágios. Por conveniência. A altura manométrica considerada é por estágio. identificamos o formato do impelidor. se todos os impelidores forem do mesmo diâmetro. m /h. Como é de dupla sucção.16 60 1 ➜ ➜ ➜ Por exemplo.4 Pela Figura 43. ft 1 51. calculado com rpm. para saber o equivalente de um Ns =100. m 3 Para → rpm. m3/s. teremos de fazer a conversão.75 = 1. m 1.86 rpm. m3/h e m.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. PROBLEMA 1 Determinar o tipo de impelidor de uma bomba de um estágio que gira a 1. Como o impelidor é de dupla sucção. m 0. ft rpm.75 = 1.354 42. m3/h. Portanto.Para converter a velocidade específica. basta multiplicar por 60 para passar para Ns expresso em rpm.750 x 0. m rpm.125 2 2 h h 3. com NS = 14. teremos de dividir a vazão por 2 para o cálculo da velocidade específica e por 3.4 em unidades métricas.750 0. m3/s e m. um contra o outro. Ns: TABELA 22 CONVERSÃO DE VELOCIDADE ESPECÍFICA Pense e Anote De: ↓ rpm.0167 rpm.65 0. gpm. À inclinação das pás Retas 102 PETROBRAS Para frente ABASTECIMENTO Para trás Manutenção e Reparo de Bombas .125 150 0.600s 5 Cálculo da velocidade específica: Ns = N Q AMT 0. vemos que o impelidor é do tipo radial. gpm.600 para transformá-la de m3/h para m3/s: Q’ = Q 900 m3 450m3 1h m3 = = = = = 0.019 1 0.86 = Ns = 14. m 3/s.750rpm Q = 900m3/h (dupla sucção) AMT = 150m A unidade de vazão utilizada na Figura 43 é em m3/s. seria equivalente a 2 impelidores. não é muito comum esta situação. FIGURA 45 CLASSIFICAÇÃO DOS IMPELIDORES QUANTO AO TIPO DE CONSTRUÇÃO Abertos Aberto com parede parcial Semi-aberto ou semi-fechado Fechado PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 103 Pense e Anote . Ao tipo de construção do impelidor Fechado Semifechado ou semi-aberto Parcialmente fechado Aberto Os impelidores abertos e semi-abertos são empregados quando o líquido bombeado pode conter sólidos. excetuando-se o caso de parafinas ou de bombas de esgotamentos. Nos ventiladores. as bombas centrífugas não o utilizam por gerarem curvas instáveis. Na indústria de petróleo. As bombas de alta rotação costumam utilizar impelidores de pás retas. as pás para frente são usadas com alguma freqüência. os impelidores são predominantemente do tipo fechado. Por isso. A maioria dos impelidores de bombas centrífugas é projetada com pás para trás. que teriam dificuldade em passar pelos canais de um impelidor fechado.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. pela construção e quanto ao tipo de sucção. Os impelidores podem ser classificados pelo sentido das pás. Os valores mais baixos de Ns correspondem ao impelidores radiais. Quanto aos tipos: Voluta Dupla voluta Difusor Concêntrica ou circular Mista (raramente utilizada) 104 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . Carcaças As carcaças das bombas centrífugas podem ser classificadas sob diversas formas. e os mais altos. aos axiais. caracteriza o formato do impelidor. ficando os de fluxo misto com os valores intermediários.Quanto ao tipo de sucção Pense e Anote • Simples • Dupla sucção FIGURA 46 CLASSIFICAÇÃO DOS IMPELIDORES QUANTO À SUCÇÃO Simples sucção Dupla sucção Resumo A velocidade específica. Ns. Comparando com a de simples voluta. é a mais usada em bombas industriais. É também bastante usada em bombas verticais. Devido à dificuldade de fundição. que pode ser simples ou dupla. A carcaça concêntrica ou circular é utilizada apenas em bombas pequenas. nas bombas menores. de até 4" na descarga.FIGURA 47 TIPOS DE CARCAÇAS Simples voluta Dupla voluta Difusor Concêntrica A carcaça em voluta. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 105 Pense e Anote . Alguns fabricantes. Este tipo de carcaça proporciona uma baixa carga radial. A carcaça com difusor é mais empregada em bombas de multi-estágios. Somente as bombas de 6" e maiores são projetadas com dupla voluta. nas bombas menores. Partida verticalmente ou radialmente. A carcaça mista é composta de pás difusoras e voluta em série. usam a carcaça circular e deslocam o impelidor. As carcaças também podem ser classificadas quanto ao tipo da partição: Partida horizontalmente ou axialmente. as carcaças são normalmente de simples voluta. obtendo assim um esforço radial menor do que com voluta simples quando trabalha fora do ponto de projeto. Raramente é utilizada. a carcaça de dupla voluta reduz significativamente o esforço radial. FIGURA 48 Pense e Anote BOMBA COM CARCAÇA PARTIDA AXIALMENTE (BB1) E VERTICALMENTE (TIPO BARRIL – BB5) 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 106 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . ou pés (ft) no sistema inglês. Como a AMT é a energia cedida por uma bomba para uma determinada vazão. VS6) (ver Figura 35). Altura manométrica total (AMT ). a AMT é representada por uma unidade de comprimento. Na seleção de bombas centrífugas é mais comum usar AMT do que a pressão. Altura manométrica total Altura manométrica da descarga Altura manométrica da sucção = – PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 107 . head (em inglês). podemos calculá-la pela diferença de energias existentes entre a descarga e a sucção da bomba. difusor. ou ainda MCL (Metros de Coluna de Líquido). Nas bombas de deslocamento positivo não se usa AMT e sim a pressão. AMT = Energia Peso = Força x distância Peso = kg/f x m kg/f =m Por simplificação. Para cada vazão. Mas usualmente é usada como energia cedida por unidade de peso. daí receber também o nome de metros de coluna de líquido. A definição clássica de AMT é a energia cedida pela bomba por unidade de massa do líquido bombeado. VS2) ou duplas (exemplos: BB5. isto porque a AMT é fixa. BB1. a bomba centrífuga fornece uma AMT. concêntrica e mista. Podem ser partidas axialmente ou radialmente. Por esta definição. independe do líquido bombeado. que é dada pelo sistema. Podemos entender a AMT como a energia fornecida pela bomba expressa sob a forma de altura de coluna de líquido. dupla voluta.Pense e Anote As carcaças podem ser simples (exemplos: OH1. passaremos a usar apenas “energia” por unidade de peso do “líquido bombeado” para a AMT. enquanto a pressão irá variar de acordo com o líquido. Resumo As carcaças podem ser do tipo de simples voluta. carga ou head A Altura Manométrica Total (AMT) é também conhecida pelos nomes de carga da bomba. VS5. em geral metros no nosso sistema de unidades. descontando. Normalmente. FIGURA 50 Pense e Anote 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. Uma bomba em boas condições de conservação trabalhará com o ponto de operação sempre sobre essa curva. ou o equivalente 75x50x200. flange de descarga e o tamanho máximo do impelidor. logicamente. Se alterarmos o diâmetro do impelidor ou a rotação. O aspecto seria semelhante ao mostrado na Figura 50. Alguns fabricantes identificam o tamanho da bomba pelas dimensões do flange de sucção. 108 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas .550rpm Se a mesma bomba puder usar diversos modelos de impelidores. esse conjunto de números vem precedido do modelo da bomba: XYZ 3x2x8. é usual registrar no gráfico esses valores. a curva se modificará. por exemplo: 3x2x8. Esses valores podem ser expressos em polegadas ou em milímetros. Por isso. obteremos o gráfico de AMT x vazão desta bomba.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. eles também deverão ser identificados no gráfico. como. 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. que pertence a uma bomba centrífuga radial. 81m/s2 (no nível do mar) ENERGIA DE PRESSÃO – EP EV = P – Pressão em kgf/cm2 Ep = 10P ␥ ␥ – Peso específico do líquido em gf/cm3 (igual à densidade) ENERGIA POTENCIAL – EPOT Altura do líquido em relação a um plano horizontal de referência (hd e hs). Caso os manômetros estejam abaixo da L. o plano de referência poderia ser qualquer um.. os valores devem ser subtraídos. pois não alteraria o resultado porque estaríamos alterando igualmente a altura de sucção e de descarga. o usual é a linha que passa pelos centros dos flanges. é dada por: ENERGIA DE VELOCIDADE – EV V2 2g V– Velocidade de escoamento (m/s) g – Aceleração da gravidade 9. em metros. Vs A AMT é sempre calculada nos flanges da bomba e é usual adotar como plano horizontal de referência o que passa pela linha de centro do impelidor para bombas horizontais e. ENERGIA TOTAL = EV + EP + EPOT FIGURA 51 Epot = h LEVANTAMENTO DA AMT FI Pd Medidor de vazão Ps hd hs Vd L.A energia por unidade de peso de um líquido escoando (ou altura manométrica) em um determinado ponto da tubulação é composta pela soma da energia de três parcelas: da energia de pressão. Na realidade.C. as pressões devem ser corrigidas para a linha de centro através da adição das cotas hs e hd. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 109 Pense e Anote . Por esse motivo. da energia cinética (ou de velocidade) e da energia potencial (de altura) em relação a um plano horizontal. em metros.C. para bombas verticais. A expressão dessas energias. Usando as unidades apropriadas. EQUAÇÃO 3 AMT = AMD – AMS = 10 x (Pd – Ps) ␥ + Vd2 – VS2 2g + (hd – hs) 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 ␥ g hs hd – Peso específico do líquido bombeado em gf/cm3 (numericamente igual à densidade) – Aceleração da gravidade local em m/s2. Ao nível do mar g = 9.8m/s2 – Altura do manômetro de sucção em relação a um plano de referência em metros – Altura do manômetro de descarga em relação a um plano de referência em metros 110 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . podemos expressar as alturas manométricas como: Pense e Anote Altura manométrica de sucção EQUAÇÃO 1 AMS (m) = 10 x PS ␥ + VS2 2g +h s Altura manométrica de descarga EQUAÇÃO 2 AMD (m) = 10 x PD ␥ + VD2 2g + hd A energia cedida pela bomba (AMT) para a vazão em questão será igual à diferença entre as energias na descarga e na sucção. Estas velocidades podem ser facilmente obtidas. as parcelas de energia de PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 111 Pense e Anote .54 x Q = Ad Dd Vs Vd Q As Ad Ds – Velocidade média de escoamento na sucção em m/s – Velocidade média de escoamento na descarga em m/s – Vazão em m3/h – Área interna da tubulação de sucção em cm2 – Área interna da tubulação de descarga em cm2 – Diâmetro interno da linha de sucção em cm Dd – Diâmetro interno da linha de descarga em cm 2. válvulas.54 x Q = As Ds Vd = 2. dividindo-se a vazão pela área interna da respectiva tubulação. tendem a fornecer leituras falsas devido ao turbilhonamento provocado no líquido. 3). O ideal é que os manômetros estejam afastados pelo menos 5 diâmetros dos acidentes da tubulação. tais como curvas. As velocidades usuais de escoamento na sucção e na descarga das bombas costumam ser inferiores a 3m/s. As velocidades devem ser calculadas na mesma seção da tubulação em que foi medida a pressão (ver Obs. EQUAÇÃO 4 V= Q A Vs = 2. 2. Os valores dessas áreas estão listados na Tabela 18. 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.78 x Q 3. ou a própria bomba. devem ter seus sinais invertidos nas fórmulas se estiverem abaixo da linha de centro da bomba. 4. 3. Embora falemos em energia nos flanges da bomba para definir a AMT.78 x Q 3.54 – Fatores para compatibilizar as unidades empregadas Quando queremos obter um valor de AMT com precisão. Os valores de hs ou hd. 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.1. usamos a fórmula da equação 3. Os termos hd e hs são correspondentes à correção da pressão para a linha de centro da bomba. Nos casos em que a diferença entre a pressão de descarga e a de sucção ultrapassa os 3kg/cm2. altura dos manômetros.78 e 3. Se. à medida que a vazão vai aumentando. A AMT pode ser considerada como uma coluna de líquido que a bomba fornece para a vazão em questão. o que é equivalente. temos uma AMT correspondente e. forneceria uma coluna de 86 metros 112 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . num trecho de linha horizontal. Se. calculando a AMT. a AMT vai sendo reduzida. ficam pequenas em relação à parcela da energia de Pense e Anote pressão. A curva da Figura 50 mostra que. um na sucção (Ps) e outro na descarga da bomba (Pd). Daí a AMT ser também chamada de MCL (Metros de Coluna de Líquido). ou seja. numa primeira aproximação. de acordo com a equação simplificada 5. Essa curva é típica de uma bomba centrífuga radial ou tipo Francis. no sistema em que a bomba estiver instalada. para cada vazão.velocidade e as referentes à diferença das cotas hs e hd. ou seja. Caso não esteja. se as medições efetuadas forem confiáveis. na vazão de 70m3/h.40m. podemos estimar a vazão. geralmente da ordem de 0. mudanças de direção e choques que acontecem quando um líquido escoa numa tubulação. podemos obter a AMT. com o desempenho em conformidade com a curva original. Portanto. De posse dessa curva. quando aumentamos a vazão para um mesmo diâmetro de linha. para uma determinada vazão. cuja curva está representada na Figura 50. calculando a AMT. maior a perda. Quanto maior a vazão. dizemos que a perda de carga no trecho foi de 1kgf/cm2. Perda de carga são as perdas de energia (pressão) que ocorrem devido aos atritos. só é necessário saber o peso específico ␥ (ou a densidade) do líquido que está sendo bombeado e dispormos de dois manômetros confiáveis. elas podem ser desconsideradas para efeito de avaliação rápida de campo. A bomba. é provável que a bomba esteja desgastada. de 10m de coluna de água. podemos avaliar se a bomba está em bom estado. A perda de carga irá variar com a vazão. ficando a AMT como: EQU AÇÃO 5 EQUAÇÃO AMT = 10 X (Pd – Ps) ␥ Pd e Ps – kgf/cm2 ␥ – gf/cm3 (ou densidade) AMT – m Para levantar a AMT. ou. tivermos um instrumento que indique a vazão. Essas perdas crescem quando aumentamos a velocidade de escoamento. temos em seu início uma pressão de 8kgf/cm2 e no final uma pressão de 7kgf/cm2. ou o inverso: sabendo a vazão.30 ou 0. a vazão da bomba seria reduzida. em inglês. À medida que elevássemos o reservatório 2 (aumentando o H ou a AMT). Essa coluna de líquido é somada à coluna já existente na sucção. Notar que não definimos qual era o líquido quando falamos da curva AMT x vazão. Existe uma altura. GLP. estamos nessa condição. nula ou negativa (bombas trabalhando com a sucção sob vácuo). que pode ser positiva. DESPREZANDO PERDAS H Bomba Reservatório 2 Reservatório 1 H Reservatório 2 Reservatório 1 Bomba Na Figura 52. como shutoff da bomba. FIGURA 52 AMT IGUAL A H. a partir da qual a bomba não mais conseguirá bombear. passando sua vazão a ser nula. Esse valor é conhecido como AMT de vazão nula. Essa curva é válida para qualquer fluido (líquido ou gás). se desprezarmos as perdas de carga na tubulação. a diferença de altura H entre os níveis dos dois reservatórios seria equivalente à AMT fornecida pela bomba.Pense e Anote do líquido bombeado. seja ele água. gasolina ou ar. Quando fechamos completamente a válvula de descarga de uma bomba centrífuga. ou. o ponto de vazão nula mostrado corresponde a uma AMT de 90m. Na Figura 50. A bomba representada pela curva da Figura PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 113 . os quais modificam a curva. e com gasolina daria 6.01kgf/cm2. FIGURA 53 Pense e Anote AMT DE 80M FORNECIDA PELA BOMBA PARA A VAZÃO DE 90M3/H P= ␥xH 10 H = 80m P – kgf/cm2 g – gf/cm3 H–m PI PI PI PI Fluido AMT ou H – m Peso espec. 114 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . para uma vazão de 90m3/h.75 0. ou seja. No caso de estar bombeando água na vazão acima. Como cada fluido possui um peso específico diferente. considerando toda a energia cedida sendo transformada em pressão. A exceção de seguir esta curva fica por conta dos líquidos com viscosidade alta que. gasolina e ar.5 0.0 P= GLP 80 0.0013 0. Bombeando GLP. daria 4. forneceria 80 metros de AMT ou de MCL. necessitam de fatores de correções. valor esse que seria tão baixo que nem seria notado no manômetro normal de uma bomba. daria apenas 0. o acréscimo de pressão seria de 8kgf/cm2.01 ␥xH 10 A bomba da curva da Figura 50.0 P= Gasolina 80 0. ␥ – gf/cm/3 Pressão P – kgf/cm P= 2 Água fria 80 1 P= 1 x 80 10 = 8. Essa curva caracteriza a bomba. Se estivéssemos bombeando ar. GLP.0013 x 80 10 = 0. A altura da coluna de líquido que a bomba fornece é igual para os fluidos citados. que seria igual para os quatro fluidos: água. por terem um atrito muito elevado.0 P= Ar 80 0. com 90m3/h de vazão. teríamos os valores mostrados na Figura 53. Desprezando a variação de velocidade entre a sucção e a descarga. a coluna de líquido de 80m fornecida pela bomba corresponderá a um acréscimo de pressão diferente para cada um deles. trabalhando com qualquer dos fluidos citados.0kgf/cm2 de acréscimo. daí seu nome de curva característica.50. mas esta coluna representa uma pressão diferente para cada um deles em função da modificação do peso específico (ou densidade).75 x 80 10 = 6. teria AMT = 80m.5 x 80 10 = 4.0kgf/cm2. FIGURA 54 PERDA DE AMT DEVIDO AO DESGASTE INTERNO DA BOMBA AMT ou H – metros AMT x vazão Em boas condições Com desgaste Modelo 3 x 2 x 8 Vazão – m 3 /h Dia = 200mm 3.8kgf/cm2. bombeando gasolina (␥ = 0.8 – 1. mais a curva de AMT x vazão fica afastada da curva prevista. Avaliar se a bomba está em bom estado. se o sistema tiver um medidor de vazão e com o uso de manômetros aferidos.3m 0. esse teste deve ser bem rápido.4 = 85.75 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 115 Pense e Anote . Não há necessidade de levantar toda a curva. No caso de produtos com condições próximas da vaporização. Assim. ou seja. Nesse tipo de teste. (Pd – Ps) ␥ = 10 .Quanto maior o desgaste da bomba. com a válvula de descarga fechada. Quando não temos instrumento para indicar a vazão. podemos fazer uma avaliação do seu estado. cuja curva característica de AMT está representada na Figura 50. 7. temos: EQUAÇÃO 5 AMT = 10 . Portanto. ou ele não é confiável. não é aconselhável esse tipo de teste. 7. um na sucção e outro na descarga. apresenta na sucção a pressão de 1. é usual medir a pressão na condição de vazão nula (shutoff). basta um ponto.75gf/cm3) com a vazão de 70m3/h.550rpm PROBLEMA 2 Uma bomba centrífuga. Calculando a AMT pela equação 5. temos de tomar cuidado para evitar que o líquido no interior da bomba venha a aquecer e acabe vaporizando.4kg/cm2 e na descarga. nas condições dadas no problema. valor bem próximo dos 85. Pense e Anote Logo.5) = 80m 0. Sabemos que a densidade é igual ao peso específico quando expresso em gf/cm3 (␥ = 0. independente do líquido que esteja sendo bombeado. obtemos a vazão Q = 90m3/h. PROBLEMA 3 Estimar a vazão de uma bomba cuja curva característica de AMT está representada na Figura 50. Se estivesse desgastada. a vazão seria reduzida de 90m3/h para 78m3/h. É expressa em metros ou pés.9 – 2. entrando com a vazão de 70m3/h. Com o desgaste equivalente ao mostrado na Figura 54. Para cada vazão. teria uma vazão de 90m3/h. a vazão ficaria dependente das folgas dos anéis de desgaste. a bomba pode ser considerada em bom estado.9kgf/cm2 na descarga. a pressão de descarga é que irá variar. encontramos 86m para AMT.Pela Figura 50. Com a mudança de líquido.5kgf/cm2 na sucção e de 8. A densidade do líquido é de 0.8 Entrando na curva da Figura 50 com a AMT = 80m. para esta mesma AMT de 80m. Considerar que ela se encontra em bom estado e bombeando um líquido com as pressões de 2.8 e sua viscosidade é baixa. Cálculo da AMT fornecida pela bomba: EQUAÇÃO 5 AMT = 10 X (Pd – Ps) ␥ = 10 X (8. 116 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . a bomba cede uma AMT. A bomba em bom estado.3m verificados.8 gf/cm3). 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. do estado do impelidor e da carcaça. Sobre a linha. NPSH disponível e NPSH requerido Quando a vaporização do líquido no interior da bomba atinge uma certa intensidade. Entretanto. de forma simplificada. temos um gráfico representando a pressão de vapor da água em função da temperatura. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 117 Pense e Anote . Nos casos mais severos. A vibração da bomba fica elevada e os ponteiros dos manômetros de sucção e de descarga oscilam. portanto. parte branca. as soluções desses problemas são bem distintas. ou alterar a pressão e a temperatura simultaneamente (1– 3 ou 1– 5). Esse tipo de problema quase sempre é diagnosticado como cavitação clássica da bomba. estão na fase líquida e os abaixo. Na Figura 55. a AMT é um excelente método para avaliar se uma bomba está desgastada. como se ela estivesse bombeando pedras. estão na fase vapor. Um líquido pode atingir a pressão de vapor mantendo-se a temperatura constante e reduzindo-se a pressão (1– 2). líquido e vapor. ocorre um forte ruído. A pressão de descarga e a vazão ficam prejudicadas. deve ser pelo processo 1– 2 da Figura 55. Se vaporizar nessa região. temos as duas fases. A vaporização também pode ocorrer com a redução da temperatura. Os pontos situados acima da linha de equilíbrio. esses mesmos sintomas também podem ser decorrentes da recirculação interna ou da entrada de gases no líquido. cujos sintomas são bastante semelhantes. Portanto. Como veremos. a bomba pode perder a escorva e deixar de bombear. tem início a vaporização. será numa temperatura próxima da de sucção da bomba. parte cinza. pela fórmula: AMT = 10 X (Pd – Ps) ␥ 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 sua curva de AMT x vazão. o que nem sempre é verdade. Numa bomba centrífuga até a entrada das pás do impelidor.Podemos calcular a AMT. como mostrado em (1– 6). o líquido ainda não recebeu energia. Os impelidores podem sofrer danos. Cavitação. logo. convivendo em equilíbrio. Podemos também manter a pressão constante e aumentar apenas a temperatura (1– 4). ainda não aqueceu. em que só a queda de pressão contribui. Quando a pressão de um líquido numa dada temperatura atinge a sua pressão de vapor. vimos que existe uma perda de carga (queda de pressão) entre o flange da bomba e a entrada das pás do impelidor. provocando a vaporização no seu interior. por meio de cálculos e de testes de bancada. Para cada vazão. kgf/cm2A. passa 118 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . expresso em metros de coluna d’água. Pabs = Pman + Patm local Na Figura 38. Imediatamente antes das pás. Cabe notar que sua curva não se estende até a vazão nula. Para sabermos se um líquido está na eminência de vaporizar. temos a região de menor pressão. e crescente com a vazão. Então. Essa energia no flange de sucção recebe o nome de NPSH requerido pela bomba. barA. temos de comparar a pressão de vapor com a pressão absoluta do líquido e não com sua pressão manométrica. cujo formato é mostrado na Figura 56. a bomba irá requerer uma energia mínima por unidade de peso do líquido bombeado no flange de sucção (pressão e velocidade) para evitar que a pressão interna do líquido caia abaixo da pressão de vapor. parando antes. fornecem a curva do NPSH requerido versus vazão. este é um dos locais mais prováveis. Os fabricantes. A pressão absoluta é obtida somando-se a pressão indicada pelo manômetro (pressão relativa ou manométrica) à pressão atmosférica local. psia etc. caso ocorra vaporização por problema de pressão no interior da bomba. O NPSH requerido é sempre determinado para água fria.FIGURA 55 CURVA DE PRESSÃO DE VAPOR D’ÁGUA Pense e Anote Pressão de vapor – kgf/cm 2 A Pressão de vapor d’água Líquido Linha de equilíbrio FI Temperatura ( o C) Vapor A pressão de vapor de um líquido é sempre expressa em valores de pressão absoluta: por exemplo. Abaixo dessa vazão. disponibilizada no flange de sucção da bomba. nessa região. é denominada NPSH disponível. O termo “positiva” indica que essa diferença tem de ser positiva. NPSH vem de Net Positive Suction Head. os valores de NPSH requeridos aumentam significativamente. Esses valores não são plotados pelos fabricantes por serem influenciados pelo sistema. Essa energia sob a forma de energia absoluta (com pressão absoluta e velocidade). O termo “líquida” é o mesmo que usamos para cargas quando falamos em peso bruto e peso líquido. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 119 . O NPSH disponível é função apenas do sistema no qual a bomba se encontra instalada. chamado de recirculação interna. O termo “net = líquida” corresponde à diferença entre a energia disponível e a da pressão de vapor. não podemos extrapolar o valor do NPSH para vazões inferiores à fornecida pela curva do fabricante (Q1).Pense e Anote a predominar um outro fenômeno. O NPSH é equivalente a uma AMT head ou carga. que significa o valor da altura manométrica de sucção positiva líquida. que será visto mais adiante. senão o líquido vaporizará. Portanto. Na realidade. É sempre expresso em metros ou em pés de coluna de líquido bombeado. 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 para cada vazão uma energia no flange de sucção da bomba. acima da pressão de vapor. A velocidade de escoamento deve ser calculada no mesmo ponto de medida de pressão. o NPSH é calculado no flange de sucção da bomba com referência a um plano horizontal. o plano é na linha de centro do flange de sucção. Considera-se que a perda de carga entre este ponto e o flange é desprezível.Por definição. No caso das bombas horizontais. em geral.78 x Q 3.54 x Q = 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 ␥ Vs Q A hs Ds – Peso específico do líquido em gf/cm3 (numericamente igual à densidade) – Velocidade de escoamento do líquido em m/s – Vazão da bomba em m3/h – Área da seção interna da tubulação em cm2 – Correção da altura do manômetro em m – Diâmetro interno da linha de sucção em cm Devido à dificuldade de medir a pressão no flange de sucção. ela é medida um pouco antes. o plano é o que passa pela linha de centro do impelidor. 120 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . O NPSH disponível pode ser calculado pela fórmula: Pense e Anote EQUAÇÃO 6 NPSH disp = 10 x (Ps + Patm – Pvap) ␥ + V S2 2g + hs com EQUAÇÃO 4 Vs = 2. Nas bombas in-line e nas verticais. Para uma mesma instalação. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 121 Pense e Anote . Portanto.FIGURA 57 CÁLCULO DO NPSH DISPONÍVEL Ps hs Linha de centro Vs A equação 6 de cálculo do NPSH disponível é composta por três parcelas de energia: Energia de pressão na sucção acima da pressão de vapor 10 x (Ps + Patm – Pvap) ␥ Energia de velocidade na sucção VS2 2g hs – É simplesmente uma correção da pressão de sucção. como se ela estivesse sendo medida na linha de centro que passa pelo impelidor (para bomba horizontal). reduzindo a pressão de sucção Ps. pela equação do NPSH disponível. o NPSH disponível cai com o aumento da vazão. a pressão de sucção e a velocidade de sucção. Quando aumentamos a vazão. vemos que. Se colocarmos num gráfico os valores do NPSH disponível versus a vazão da bomba. O aumento da velocidade eleva a perda de carga entre o vaso de sucção e a bomba. aumentamos a velocidade de escoamento Vs na linha de sucção. ao variar a vazão. Os demais permanecem constantes. equação 6. teremos uma curva semelhante à mostrada na Figura 58. A perda de energia com a redução de Ps é maior do que o ganho com Vs. apenas dois itens serão alterados. em algum ponto do interior da bomba. Quando ocorre a vaporização. temos como conseqüência a cavitação. também mostrada no gráfico.FIGURA 58 CURVA DE NPSH DISPONIBILIZADO PELO SISTEMA Pense e Anote NPSH disp Perdas Q1 Vazão Ps hs NPSH disp = Ps + Patm – Pvap ␥ + V S2 2g + hs Para uma bomba funcionar sem vaporizar o produto internamente. Para tal utilizaremos a Figura 38. teremos a vaporização. Para melhor compreender o que vem a ser o NPSH. devemos ter sempre o NPSH disponível maior do que o NPSH requerido. Vamos tornar a representar estas pressões no interior da bomba usando pressões absolutas (pressão manométrica + pressão atmosférica local) para que possamos comparar com a pressão de vapor. Podemos saber a vazão máxima para trabalhar sem cavitar se plotarmos as curvas do NPSH requerido x vazão (Figura 56) e a de NPSH disponível x vazão (Figura 58) num mesmo gráfico (ver Figura 62). tivermos uma pressão inferior à pressão de vapor. Ao contrário. não teremos vaporização (Figura 58A – lado esquerdo). Todas as pressões desta figura estarão sob a forma de coluna de líquido. vamos examinar como se comporta a pressão no interior de uma bomba centrífuga. que sempre é expressa desta forma. para a vazão desejada. 122 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . Se a pressão interna da bomba for sempre superior à pressão de vapor do líquido bombeado na temperatura de bombeamento. que resultará na cavitação (Figura 58A – lado direito). se. Tubulação de sucção Flange de sucção Olhal do impelidor Entrada das pás Saída do impelidor Voluta Cone de saída 6 Bomba sem cavitação Pressão absoluta em coluna de líquido Pdesc abs Pabs Pvap Regiões Bomba com cavitação Pressão absoluta em coluna de líquido Pressão absoluta Pdesc abs Pabs Pvap a b Regiões PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 123 Pense e Anote . 3.FIGURA 58A BOMBA OPERANDO SEM E COM VAPORIZAÇÃO 7 1 2 3 5 4 1. 7. 4. 5. 6. 2. para uma determinada vazão. nenhum ponto do interior da bomba fica com a pressão abaixo da de vapor. O NPSH requerido é uma característica apenas da bomba. No ponto “a” (Figura Pense e Anote 58A – lado direito) a pressão interna passa a ser menor do que a pressão de vapor. A partir deste ponto. ou seja. o vapor retornará à fase líquida. Do lado esquerdo. Dispondo desta energia mínima. Vários pontos da região 4 não terão a pressão inferior à pressão de vapor. região 4. só uma parte do líquido é vaporizada. 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 vazão 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). Como o ponto de menor pressão é o 4 (antes das pás). perderia a escorva e deixaria de bombear totalmente. o que levará à vaporização do líquido. uma vez que a perda de carga ⌬P e a velocidade só dependem da vazão. não te124 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . Logo após as pás. já explicadas na Figura 38. quase sempre a vaporização é parcial. Nesse caso. Para uma mesma vazão. o líquido recebe energia do impelidor e a pressão interna aumenta. por definição. É uma característica do sistema no qual a bomba trabalha e da pressão de vapor do produto na temperatura de trabalho. se aumentarmos ou reduzirmos a pressão de sucção da bomba. é a energia 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). e a energia total (energia de pressão + energia de velocidade) no flange de sucção (região 2). ponto “b”. não alterando o valor do NPSH requerido. estão representados dois casos. como representaríamos na figura o NPSH disponível e o NPSH requerido. As energias estão representadas por colunas de líquido. é a energia 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. nenhum ponto no interior da bomba estará com pressão abaixo da pressão de vapor. Vejamos agora.Como já havíamos chamado a atenção. NPSH requerido. Na Figura 59. o NPSH disponível é maior do que o NPSH requerido. NPSH disponível por definição. logo. de acordo com a Figura 59. a bomba ficaria completamente cheia de vapor. montada a partir das Figuras 38 e 58A. para uma determinada vazão. para uma determinada vazão. a região de menor pressão é a imediatamente antes das pás do impelidor. Se a vaporização fosse total. No bombeamento com vaporização. Nesta figura. a curva da pressão total subirá ou descerá paralelamente à indicada na figura. voltando a superar a pressão de vapor. reproduzimos as energias de pressão absoluta (pressão manométrica + atmosfética local) e de velocidade. FIGURA 59 CAVITAÇÃO. o que levará à vaporização de parte do produto bombeado.Pense e Anote mos vaporização. Do lado direito.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 coluna de líquido Energia total = Epres + Evel NPSH disp NPSH req ⌬P v 2g 2 Pressão absoluta Pdesc abs v2 2g Velocidade Pabs Pvap Vsuc Vdesc Regiões Bomba com cavitação NPSH disp < NPSH req Pressão absoluta e velocidade em coluna de líquido Energia total = Epres + Evel NPSH disp v2 2g NPSH req ⌬P Pressão absoluta Velocidade Pdesc abs Pabs Pvap Vsuc v2 2g 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 . o NPSH disponível é menor do que o requerido. NPSH DISPONÍVEL E NPSH REQUERIDO PARA UMA DADA VAZÃO 7 Energia de pressão = 1 2 3 5 4 Energia de velocidade = 10 x Pabs ␥ V2 2g 6 Energia em m Pabs – pman + Patm em kgf/cm2 ␥ – Peso específico em gf/cm3 ou densidade V – Velocidade média em m/s g – Aceleração da gravidade = 9. permitindo então que a pressão na região 4 fique abaixo da pressão de vapor. 033kgf/cm2 (nível do mar) NPSH disponível = ? ␥ água = 0.02kgf/cm2 Pv = 0.98gf/cm3 Q = 60m3/h T = 70ºC Tub = 4"sch 40 Para sabermos se haverá vaporização. É o que dá origem à cavitação clássica.312barA).306kgf/cm2 A Da Tabela 18. não influi.02kgf/cm2 bar = 0. o que nos interessa é a diferença entre os NPSHs.3barA x 1. na qual temos para água (linha 26) com 70ºC (Pvap = 0. Uma pergunta que alguns se fazem: Por que a velocidade de escoamento do líquido entra no cálculo do NPSH disponível se um líquido para vaporizar só depende de sua pressão estática? A resposta a esta pergunta está na Figura 59.5kgf/cm2. ele é matematicamente cancelado. devemos comparar o NPSH disponível com o NPSH requerido.30m NPSH requerido = 2. temos também que: 1bar = 1. Na Tabela 15. uma vez que entra no NPSH requerido e no disponível. Dados: Ps = – 0.3bar). Para evitar a vaporização. O manômetro está 30cm acima da linha de centro do impelidor. O termo de velocidade no flange de sucção. Podemos obter um valor aproximado pela Figura 25. (a pressão de vapor correta para água a 70ºC é 0.5m. Analisar se teremos vaporização do líquido no interior da bomba.98gf/cm3).5kgf/cm2 h = 30cm = 0. com as dimensões de tubos. Para determinação da pressão de vapor do líquido é desejável dispor de uma tabela. para a vazão de 60m3/h. temos para 4"sch 40 (área = 82cm2). v2/2g. PROBLEMA 4 Pense e Anote Uma bomba trabalhando ao nível do mar com a vazão de 60m3/h bombeia água a 70ºC (␥ água = 0. A tubulação em que está situado o manômetro é de 4"sch 40.5m Patm = 1. O fabricante informa que. na realidade. o NPSH requerido é 2. A pressão indicada no manômetro de sucção é negativa de 0.A condição para que ocorra a vaporização é que o NPSH disponível seja menor do que o NPSH requerido. 126 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . O API 610.30 = 2.30 = 2.78 x Q A = 2. indicando teoricamente que não haverá vaporização. A queda de AMT é abrupta. seria interessante dispor de uma margem maior.81 NPSHdisp = 10 x 0. por exemplo.12 + + 0.78 ~ 2.5 + 1.8m está maior do que o NPSH requerido = 2. com a vazão Q2 e AMT2.30 + 0.Cálculo da velocidade de escoamento EQUAÇÃO 4 Vs = 2. define o valor do NPSH requerido para uma determinada vazão como o que leva a uma redução de 3% na AMT.227 4. dependendo da intensidade. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 127 Pense e Anote .27 + 0. bombeando água fria.98 2 x 9.78 x 60 82 = 2.30m. passaria a trabalhar no ponto 2.306) 2. que na parte hidráulica segue o Hydraulic Institute.032 + 0.5m. que corresponde à vazão Q1 e AMT1. A bomba perdeu em vazão e em AMT devido às bolhas de vapor formadas no impelidor.033 – 0. o qual pode ser determinado por meio do NPSH disponível. As normas utilizam essa queda de AMT para determinar o NPSH requerido.03m/s Cálculo do NPSH disponível EQUAÇÃO 6 NPSHdisp = 10 x (Ps + Patm – Pvap) ␥ + Vs2 +h= 2g = 10 x (– 0. Mas.62 O NPSH disponível = 2. Para bombeamento de água. Colocamos entre parênteses os dados correspondentes à Figura 61 para facilitar o entendimento das explicações. é possível que tenhamos problemas. como a margem de NPSH (NPSHdisp – NPSHreq) está muito pequena. quando a cavitação é significativa. Esse levantamento pode ser realizado em uma bancada de teste. Se começasse a cavitar. apenas 0.8 m 1 19. A Figura 60 mostra as curvas de AMT x vazão de uma bomba operando normalmente no encontro de sua curva com a curva do sistema (ponto 1).21 + 0. a bancada de teste é ajustada para a vazão na qual queremos calcular o NPSH (suponhamos 200m3/h) e com uma pressão de sucção que resulte num NPSH disponível alto (pt 1 = 9m). os valores com NPSH disp > 6m – AMTmédia = 50m). Com a redução gradativa do NPSH disponível. a vazão vai sendo ajustada para permanecer constante (200m3/h) e torna-se a medir a AMT (em torno de 50m). podemos traçar a curva de NPSH requerido versus vazão da bomba. Determina-se a AMT fornecida pela bomba para esta vazão (50m).). Repetindo o teste para outras vazões. 7m. A cada redução. teremos um valor (NPSH disp=5. ou seja. 5. a bomba estará operando sem cavitar.6m) como o correspondente ao ponto de encontro dessa linha com a curva traçada. 6m. Traçamos no gráfico uma linha com a queda de 3% desse valor médio da AMT [(3/100) x 50 =1. bem superior ao NPSH requerido esperado (em torno de 6m). Calculamos então a média das AMTs dos pontos medidos antes de a bomba iniciar a queda da AMT (no caso. 128 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . Determinamos o NPSH disponível (5. O valor do NPSH disponível assim obtido é o NPSH requerido pela bomba testada na vazão de 200m3/h. Inicia-se então a redução do NPSH disponível (8m. Os valores de AMT versus NPSH disponível podem ir sendo plotados em um gráfico.FIGURA 60 Pense e Anote CURVA DE AMT X VAZÃO DE UMA BOMBA CAVITANDO AMT ␩ Curva Rend x Vazão cavitando na vazão Q2 Curva Rend x Vazão sem cavitação Queda de AMT p/ vazão Q2 1 2 Curva do sistema Curva AMT x Vazão sem cavitação Curva Rend x Vazão cavitando na vazão Q2 Q2 Q1 Vazão Inicialmente.5m) em que a cavitação da bomba faz com que ela tenha uma perda acentuada da AMT (46m).5m].5m etc. Esse método não é muito usado. Usualmente. o valor do NPSH disponível por meio de mudanças em Ps. além da Pvap.5 Pt 4 Pt 3 Pt 2 Pt 1 Pt 8 NPSH req NPSH disponível (m) EQUAÇÃO 6 NPSH disp = 10 x (Ps + Patm – Pvap) ␥ + V S2 2g + hs Examinando a equação 6. A velocidade de sucção Vs está amarrada. conseqüentemente.FIGURA 61 DETERMINAÇÃO DO NPSH REQUERIDO Determinação do NPSH requerido p/ 200 m3/h AMT (m) Média AMT 0. Reduzindo o nível do reservatório de sucção. modificaríamos. Pvap ou ␥. sua altura não modificará o NPSH a ser calculado. O hs é simplesmente a correção da cota do manômetro.3 X 50 = 1. A pressão atmosférica e o valor da aceleração da gravidade são características do local onde se encontra a bancada. Aumentando o vácuo no vaso de sucção (válido. Variando a temperatura. quando o teste é realizado em circuito fechado). As bancadas de teste utilizam três métodos: a b c Restringindo a válvula de sucção. Um outro modo de baixar o NPSH disponível seria aumentar a tempe- ratura do líquido na sucção. reduziria o NPSH disponível. numa bancada de teste. o peso específico ␥ do líquido. somente. a redução do NPSH disponível é realizada pela redução da pressão na sucção. prevalecendo o da redução de pressão na sucção. portanto. o que elevaria a pressão de vapor Pvap e. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 129 Pense e Anote . uma vez que estamos testando o NPSH para uma vazão fixa. podemos alterar. Colocando as curvas de NPSH disponível e do requerido num mesmo gráfico. é sempre desejável manter uma margem de NPSH. como a relação (NPSHdisp/NPSHreq). Logo. teremos a formação de bolhas de vapor. A água fria é um dos piores produtos no que concerne a esse aspecto. vemos que o NPSH disponível no flange da bomba cai com o aumento de vazão. Quanto maior o crescimento do volume do líquido ao vaporizar. A conclusão é que. é provável que não notemos nenhum ruído. como veremos adiante. a bomba já está cavitando. A norma API não aceita essas reduções.É interessante chamar a atenção para o fato de que. que alguns definem como diferença (NPSHdisp – NPSHreq) e outros. com um NPSH disponível acima do requerido. Logo. permanecendo os mesmos valores válidos para água. Na realidade. com o NPSHdisp = NPSHreq. Se a quantidade vaporizada de líquido for muito pequena. mas não notamos perda de desempenho. embora com pequena intensidade. a qual já pode estar causando danos ao impelidor. Elas se chocarão e crescerão de tamanho. ou seja. a bomba já está perdendo em desempenho. quanto maior a vazão. 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 de NPSH NPSH disponível Característica do sistema Vazão Q Qmax Ocorrendo a vaporização do líquido no interior da bomba. Por outro 130 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . 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. Isso acontece bastante no bombeamento de água fria. na determinação do NPSH requerido. É o que chamamos de cavitação incipiente. Por esse motivo. maior deverá ser essa margem. menor a margem de NPSH. nem perda de desempenho da bomba. Pense e Anote 3% de AMT. a bomba já estará cavitando. Figura 62. enquanto o NPSH requerido aumenta com a vazão. o líquido começa a vaporizar bem antes. ela retornará à fase líquida. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 131 . criando um jato de líquido. em face da não-existência de líquido junto às paredes para preencher a bolha. Esse retorno é denominado de implosão das bolhas (implosão é o oposto de explosão). o jato será formado no sentido da parede. as bolhas formadas ocuparão o espaço que deveria ser do líquido. mas sim do retorno do vapor à fase líquida. Instantaneamente. Ao atingir essas regiões. O ruído e a vibração que ouvimos não são decorrentes da vaporização do líquido. fica um vazio que será preenchido pelo líquido. atingindo a superfície metálica com alta velocidade e pressão. Se estas bolhas estiverem no meio da corrente líquida. não acarretarão danos. Essa mudança súbita de fase gera ondas de choques que se transformam em vibração.Pense e Anote lado. atingindo regiões com maior pressão (ver Figura 59). 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 ocupado pelo líquido é muito inferior ao do vapor. mas se estiverem próximas das paredes metálicas da bomba. prejudicando sua passagem pelo impelidor. retornando à fase líquida. reduzindo o desempenho da bomba e fazendo com que a vazão e a pressão de descarga sejam prejudicadas ou até inviabilizadas. As bolhas de vapor formadas são impulsionadas pelo impelidor e também arrastadas pelo líquido. A pressão interna da bolha de vapor é a própria pressão de vapor. se a quantidade vaporizada for muito elevada. Quando a pressão externa for superior. conforme mostrado na Figura 63. as bolhas entrarão em colapso. Com a bomba operando na condição de cavitação. É como se tivéssemos um martelamento contínuo na superfície metálica. A região de implosão das bolhas costuma ser logo após o início das pás. Pense e Anote Fadiga é o fenômeno da redução da resistência de um material devido a esforços repetitivos.0078 1. e quando ele condensa. Quando um líquido vaporiza. temos o inverso. Na Tabela 23.3 5.672.0225 1.045. portanto. ocasionando fadiga do material com o posterior arrancamento de partículas do metal. Nessa região. A seguir.4 1. aumentando a pressão.1 Aumento de volume b/a 19. é que ocorre o arrancamento do material. uma redução considerável do volume.398 4. são formadas milhares e milhares de pequenas bolhas continuamente. Volume específico é volume por unidade de massa. que acabam implodindo. Na região da implosão.1568 Vapor (b) cm3/g 19.0434 1. temos o colapso das bolhas. mostramos quantos cm3 são necessários para formar a massa de uma grama do líquido ou do vapor. como no caso de um arame que acaba partindo quando ficamos dobrando-o para um lado e para o outro seguidamente na mesma seção. o líquido já está recebendo energia do impelidor e.603 110 132 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . mostramos uma tabela com o volume específico da água saturada e do vapor em equilíbrio para diversas temperaturas. temos um aumento considerável de volume.934 1.550. TABELA 23 VOLUMES ESPECÍFICOS DA ÁGUA E DO VAPOR Temperatura (oC) 40 70 100 200 Água (a)cm3/g 1. Quando essa pressão ultrapassa a pressão de vapor.52 127. chegando a 19. formando gelo. o aumento será bem maior. trazendo todos os inconvenientes já citados. como a decorrente da recirculação interna. Os produtos de petróleo apresentam um aumento de volume bem inferior ao da água ao vaporizarem. maior a severidade do problema de cavitação. Chamamos essa cavitação de clássica para não confundir com outras cavitações que podem ocorrer na bomba. oscilação dos manômetros de sucção e de descarga. O resfriamento causado pela passagem de um líquido para vapor fica evidente quando abrimos para a atmosfera um vent de uma linha contendo GLP. A vaporização é uma transformação que necessita de calor para sua realização. vemos que cada grama de água vaporizada na temperatura de 200ºC terá seu volume aumentado em 110 vezes. fazendo com que ocorra um resfriamento nas proximidades do ponto em que houve a vaporização. FIGURA 64 IMPELIDORES COM DESGASTE DEVIDO À CAVITAÇÃO PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 133 Pense e Anote . crescimento dessas bolhas e seu retorno à fase líquida (implosão). a temperatura cai tanto que condensa a umidade do ar atmosférico. esse calor é retirado do próprio líquido. Já na temperatura de 40ºC. Por isso. Nesse caso. Se não houvesse esse resfriamento. além do desgaste da bomba. perda de desempenho (vazão e pressão). No caso da vaporização no interior da bomba. o que não quer dizer que não resultem em danos consideráveis. Por isso. pelo arrancamento de partículas metálicas.Pela Tabela 23.398 vezes. a cavitação é menos intensa comparativamente. podemos dizer que cavitação é o fenômeno de formação de bolhas de vapor por insuficiência de energia na sucção da bomba (NPSHdisp< NPSHreq). A cavitação gera vibração. forte ruído. que será vista a seguir. a intensidade da cavitação seria maior. A perda de temperatura reduz a pressão de vapor Pv. principalmente do impelidor. o que aumenta o NPSH disponível (ver Figura 55 e equação 6). Agora que entendemos o que ocorre no interior da bomba. quanto mais frio o líquido. O desgaste no impelidor é na parte visível da sucção.O nome de cavitação vem de cavidade. o crescimento das bolhas e a sua implosão. ou seja. A cavitação causa um ruído acentuado.54 x Q 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 134 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . a cavitação se deve ao vazio formado na implosão das bolhas de vapor. logo no início das pás. Cavitação é o fenômeno que ocorre quando temos a vaporização do líquido bombeado. O ruído e a vibração não são provenientes da vaporização. oscilação das pressões. A principal solução para a cavitação é aumentar a pressão de sucção.78 x Q A = 3. que significa vazio. O NPSH disponível pode ser calculado por: EQUAÇÃO 6 NPSHdisp = 10 x (Ps + Patm – Pvap) ␥ + VS2 2g + hs EQUAÇÃO 4 Vs = 2. desgaste no impelidor. temos que ter NPSHdisp > NPSHreq. perda de vazão e de pressão. mas da implosão das bolhas. Para que não haja cavitação. Um é o NPSH requerido: a energia mínima que a bomba necessita ter em seu flange de sucção para cada vazão. vibração. Esses mesmos fenômenos acontecem quando temos recirculação interna e entrada de gases na bomba. No caso das bombas. O outro é o NPSH disponível: a energia que o sistema disponibiliza no flange de sucção da bomba para cada vazão. Pense e Anote Resumo Temos dois NPSHs (Net Positive Suction Head) que são expressos em metros ou em pés. aumentar o NPSH disponível. as tubulações de sucção e de descarga foram feitas de um material transparente chamado “plexiglass”. naquele momento. Na realidade existem três fenômenos que podem levar a esses sintomas: a cavitação clássica. Os presentes ao experimento estavam. afastado alguns metros do flange. Há algumas décadas. tornavam a entrar na bomba e a voltar diversas vezes. forte vibração. vimos que a cavitação. devido à formação e à implosão das bolhas. foi colocado um pequeno tubo que permitia injetar o corante azul de metileno (ver esquema na Figura 65). Na linha de sucção. Era então injetado um pouco de corante. um fabricante de bombas preparou uma experiência nos Estados Unidos. faz com que a bomba trabalhe com um ruído semelhante ao de bombear pedras. A bomba foi colocada em operação com a válvula de descarga totalmente aberta. Colocou uma bomba centrífuga numa bancada de teste e convidou diversos interessados e especialistas em bombas. Em cada uma destas etapas. entrar na bomba e sair pela descarga.Recirculação interna No item anterior. conforme era esperado. A vazão foi sendo reduzida em etapas. FIGURA 65 TESTE DE RECIRCULAÇÃO INTERNA REALIZADO NUMA BANCADA DE TESTE Tubo para ejeção de corante Tubo transparente PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 135 Pense e Anote . Vamos entender agora o que vem a ser recirculação interna. tendo a oportunidade de ver o que passou a ser conhecido como recirculação interna na sucção da bomba. Já vimos o que é a cavitação clássica. para assistirem ao experimento. Para facilitar a observação. por meio do fechamento gradativo da válvula de descarga da bomba. oscilação dos ponteiros dos manômetros e perda de vazão e de pressão. e podiam ser vistos os veios coloridos de azul passar pela tubulação de sucção. Quando foi atingida uma determinada vazão. As linhas azuis do corante iam até o interior da bomba e voltavam vários metros na sucção. inclusive concorrentes. era realizada uma pequena injeção de corante. Vamos entender como cada um deles ocorre. a recirculação interna e a entrada de gases na sucção da bomba. as pessoas que estavam assistindo ficaram perplexas. Esse fenômeno é bem conhecido hoje em dia, mas ainda não é perfeitamente equacionado e só começou a aparecer com muita freqüência a Pense e Anote partir da década de 1970. Os projetistas das unidades, para economizar em tubulações e fundações, começaram a projetar os vasos e as torres em cotas mais baixas. Com isso, passaram a especificar bombas com NPSH disponíveis menores. Para atender a essa solicitação, os fabricantes passaram 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 carga 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 estreita, 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. NSS = N Q NPSHreq NSS – Velocidade específica de sucção Em unidades americanas N → rpm Q → gpm NPSHreq → ft Em unidades métricas N → rpm PETROBRAS Q → m3/h ou m3/s NPSHreq → m 136 ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas Pense e Anote Valem as mesmas observações usadas na velocidade específica da bomba, ou seja, os valores de Q e NPSHreq são os do BEP – Ponto de Máxima Eficiência com o impelidor de diâmetro máximo. Bombas de dupla sucção devem ter sua vazão dividida por dois. Existe um trabalho que mostra que as bombas projetadas com velocidades específicas menores do que 11 mil (unidades americanas) falham bem menos do que as projetadas acima desse número. Toda bomba centrífuga é projetada para trabalhar com uma vazão e AMT determinadas. É o BEP da bomba. Quando a bomba trabalha nessa vazão, seu rendimento é máximo. Nessa condição, o líquido entra alinhado com as pás do impelidor, tangenciando-as e causando o mínimo de turbulência. À medida que vamos reduzindo a vazão, o ângulo de incidência começa a ficar desfavorável (ver Figura 66). Se continuarmos reduzindo a vazão, atingiremos um ponto em que haverá descolamento do líquido da parede da pá do impelidor, criando um vazio, uma região de baixa pressão que, como vimos, proporciona a vaporização do líquido e também favorece a formação de vórtices (redemoinhos). As bolhas formadas pela vaporização deslocar-se-ão para regiões de maior pressão e retornarão à fase líquida (implosão), causando danos similares aos da cavitação clássica. FIGURA 66 RECIRCULAÇÃO INTERNA NA SUCÇÃO Pá do impelidor Ângulo de incidência no BEP Vórtices Ângulo de incidência com baixa vazão Underfilled Overfilled Rotação D1 D2 Fluxo de recirculação na sucção PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 137 Os vórtices formados se propagarão para a sucção, ocasionando um fluxo contrário ao normal no interior da bomba. A recirculação, inicialmente, 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, fazendo com que os vórtices atinjam a descarga da bomba, e, nesse caso, passaremos a ter a recirculação interna na descarga, também. FIGURA 67 Pense e Anote 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 potência 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 mínima 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. 138 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas Nas bombas que trabalham próximo da linha de equilíbrio de fases, um pequeno acréscimo de temperatura pode levar à vaporização (ver Figura 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 descarga com o desaerador, garantindo assim uma vazão mínima para a bomba. Essa vazão mínima que evita a vaporização pelo aquecimento do líquido no interior da bomba recebe o nome de vazão mínima térmica. Recentemente, com o aumento da preocupação com a recirculação interna, as folhas de dados das bombas passaram a exigir do fabricante o fornecimento da vazão mínima de recirculação interna ou vazão mínima de operação estável, que costuma ser superior à vazão mínima térmica. A norma API 610 define a vazão mínima estável em função da vibração. É a menor vazão que a bomba pode operar sem ultrapassar o limite de vibração estipulado pela norma, que para bombas horizontais é de 3,9mm/s RMS (Figura 68). Isto não quer dizer que toda bomba que trabalhe com vibração acima desse nível esteja com problemas de recirculação interna, uma vez que desalinhamento e desbalanceamento, entre outros, também podem contribuir para a vibração da bomba. Nesse caso, a norma API está se referindo às vibrações de origem hidráulica, como é o caso da recirculação interna. Teoricamente, a menor vibração de origem hidráulica ocorre 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 do líquido no impelidor, provocando choques que tendem a aumentar a vibração (Figura 68). FIGURA 68 VAZÃO MÍNIMA DO API 610 EM FUNÇÃO DA VIBRAÇÃO 1. Região permitida de operação limitada pela 1 2 AMT BEP vibração 2. Região preferida de operação 70% a 120% do BEP 3. Vibração máxima permitida nos limites de fluxo Յ 3,9mm/s RMS 4. Limite de vibração para bomba horizontal Pot <400 hp Յ 3,0mm/s RMS Vibração 3 Յ 3,9mm/s RMS Յ 3,0mm/s RMS 4 70% BEP BEP 120% BEP Vazão PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 139 Pense e Anote Examinando um impelidor com sinais de perda de material, poderemos identificar se o problema foi ocasionado por cavitação clássica ou por Pense e Anote recirculação interna. Quando temos cavitação, examinado o olhal do impelidor, o desgaste 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 lingüeta 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 recirculação interna na descarga Região de danos por recirculação na sucção 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 aleatório e mais alto. 140 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas a instabilidade pode começar em mais de 80% da vazão do BEP – Ponto de Máxima Eficiência. o percentual de estabilidade seria aumentado. A região da carcaça próxima à lingüeta é de alta velocidade. Para impelidores tipo Francis com Ns = 75. água de alimentação e aquecimento-drenagem Vazão mínima como um percentual da vazão do BEP Na Figura 69A. vir a cavitar. seria uma região estável (impelidores com olhais pequenos). Ns = 200. podendo. podendo chegar a 65% da vazão do BEP. Para olhais grandes. FIGURA 69A DETERMINAÇÃO DA VAZÃO MÍNIMA DE RECIRCULAÇÃO Ns = N – rpm Q – m3/s AMT – m N Q AMT 0. a vazão mínima seria de 35% da vazão do BEP com uma faixa de transição entre 35% e 45%.Dependendo da severidade da cavitação ou da recirculação interna. os danos não ficam limitados apenas ao impelidor e podem atingir a carcaça ou o difusor. logo. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 141 Pense e Anote . temos um gráfico que permite uma previsão aproximada da faixa de operação de vazão de uma bomba em função da velocidade específica Ns e da velocidade específica da sucção NSS. Acima de 45%. Com um impelidor axial. de baixa pressão.75 Faixa de trabalho hidraulicamente instável Faixa de trabalho estável Aumentando NSS Faixa de transição Bombas de refrigeração primária Impelidores com olhais grandes e alta velocidade específica de sucção Geração nuclear: bombas de condensado booster . portanto. na qual podem ocorrer instabilidades. Quanto à perda de desempenho. oscilação dos manômetros. com o qual a bomba inicia a recirculação. A solução para a recirculação interna é o aumento de vazão.Pense e Anote Resumo Recirculação interna é um fenômeno que ocorre quando a bomba está trabalhando com baixa vazão. todos concordam. desgaste do impelidor. oscilação das pressões. Existem controvérsias sobre os danos causados pela entrada de ar. mais estreita a faixa de operação da bomba. 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. A diferença é que as bolhas não são formadas por vaporização no interior da bomba. alguns autores afirmam que a entrada de gases não causa danos significativos às bombas. a partir de um certo percentual. na parte visível delas. prejudicando o fluxo. O ar tende a ficar junto ao olhal do impelidor. vibração. ruído. Um dos problemas da entrada de gás junto com o líquido é causado pela separação que ocorre pela centrifugação. Temos dois tipos: a recirculação interna na sucção e na descarga. Uma das principais causas da recirculação interna é o descolamento do fluxo do líquido. vibração. Os sintomas são semelhantes ao da cavitação: ruído. na junção com os discos. perda de desempenho. gera os mesmos fenômenos ocasionados pela cavitação e pela recirculação interna. ou seja. está bastante ligado à velocidade específica (Ns) e à velocidade específica de sucção (NSS) da bomba. A recirculação na descarga ocorre numa vazão mais baixa do que a da sucção. que ocorre quando o ângulo de sua entrada na pá do impelidor fica desfavorável. Quanto aos danos no impelidor. o desgaste é na lateral das pás. Quanto maiores esses valores. simplesmente reduz o desempenho pelo 142 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . mas já entram com o líquido. Na área da descarga. Entrada de gases A entrada de ar ou gases misturados com o líquido no interior da bomba. O percentual em relação à vazão do BEP – Ponto de Máxima Eficiência. atenuando os efeitos da implosão das bolhas e reduzindo o ruído e a vibração. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 143 . não é usual observar qualquer efeito sobre o funcionamento da bomba. em torno do tubo. Uma outra solução seria utilizar uma curva e mergulhar o tubo de chegada no reservatório. os gases ou o ar podem até ser benéficos quando a bomba trabalhar cavitando. Os gases podem já vir dissolvidos no líquido ou penetrar na tubulação de sucção pelas juntas dos flanges quando a pressão de sucção é negativa. podendo até fazer a bomba perder a escorva. deveria existir uma chicana no reservatório para evitar que o fluxo de líquido fosse lançado diretamente para a sucção da bomba. se não tiver a submergência adequada. Esta última. Em percentuais bem pequenos. para evitar a formação dos vórtices (redemoinhos). O ar forma um colchão de amortecimento. Quando valores de 5% ou 6% são atingidos. o funcionamento fica seriamente prejudicado. Outros autores afirmam que os danos são semelhantes aos causados pela cavitação. uma solução seria aumentar a submergência do tubo de sucção ou colocar grades horizontais flutuantes na superfície. Até o teor de 0. Para o caso de baixo.Pense e Anote espaço ocupado pelos gases.5% em volume de gases no líquido. 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. pode ocasionar a formação de vórtices (redemoinhos) (Figura 70). Outros pontos de entrada de ar são na selagem por gaxetas e na tomada da linha de sucção. Na parte de cima da figura. A curva do sistema representa as energias que necessitam ser vencidas para ir do vaso de sucção ao de descarga para cada vazão. é necessário conhecer o sistema no qual a bomba irá trabalhar de modo que possamos calcular a curva desse sistema. Todas essas perdas são expressas em metros de coluna. Quanto maior a vazão. h2 etc. 144 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . somente a perda de carga irá variar. a diferença de níveis (H) e a perda de carga (h1. Essas energias são: a diferença de pressão entre os dois vasos (⌬P).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. portanto. Mas em qual deles? Pense e Anote FIGURA 71 CURVA DO SISTEMA Para saber isso.) nas linhas de sucção e de descarga em função da vazão. maior a perda de carga do sistema e. a curva do sistema será ascendente com a vazão. Se as pressões dos vasos e seus níveis forem constantes. só seria necessário vencer a cota H e o ⌬P. Na vazão nula. Portanto. Ligando e desligando bombas que operem em paralelo ou em série. 80 e 100m3/h. Alterando a curva do sistema. Todavia. O sistema também exige que a bomba trabalhe sobre sua curva. Se colocarmos essas duas curvas num mesmo gráfico. a maioria dos processos industriais necessita variar a vazão. • Pelo ajuste das pás do impelidor. já que a perda de carga seria nula. o ponto de encontro delas é o único que satisfará à bomba e ao sistema simultaneamente.A curva do sistema nos informa para cada vazão o quanto de AMT (head ou carga) o sistema exigirá. Alterando a curva da bomba: • Pela mudança do diâmetro do impelidor. • Pela mudança da rotação. FIGURA 72 PONTO DE TRABALHO AMT (m) Curva da bomba Ponto de trabalho Curva do sistema m 3 /h Pelas curvas da Figura 72. Os seguintes modos de controle são empregados com essa finalidade em bombas centrífugas: Recirculando a descarga para a sucção. Controlando por cavitação. A Figura 71 mostra a curva de um sistema com as perdas de carga de 7. a bomba trabalharia com 99m3/h e com a AMT de 76m. Foi visto que a bomba terá de trabalhar sobre sua curva de AMT x vazão. A bomba centrífuga sempre trabalhará no ponto de interseção da curva da bomba com a curva do sistema. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 145 Pense e Anote . respectivamente. esse será o ponto de trabalho. • Pela colocação de um orifício no flange de descarga da bomba. • Pelo controle de pré-rotação. 20 e 40 metros correspondentes às vazões de 60. É mais utilizado em situações em que queremos garantir uma vazão mínima da bomba. Isso modificará o ponto de trabalho. o que poderá levar à sua vaporização. devemos colocar a linha de retorno o mais afastada possível da sucção da bomba. As bombas de deslocamento positivo utilizam bastante esse método. como. FIGURA 73 RECIRCULAÇÃO DA DESCARGA PARA A SUCÇÃO Se não houver um resfriamento do líquido recirculado. Não devemos nunca restringir o fluxo na linha de sucção das bombas devido ao problema de cavitação. Pense e Anote Recirculando a descarga para a sucção Consiste em retornar parte da vazão bombeada para a sucção através de uma válvula.Vejamos como os modos mais usuais funcionam. No caso de bombas axiais. para evitar esforço axial elevado. Alterando a curva do sistema Esse é o método mais usado em unidades de processo. como pode ser visto na Figura 74. uma válvula de controle que. ao ser mais aberta ou fechada. alterando assim a curva do sistema. evitando assim que o líquido já aquecido entre na bomba e receba mais calor. por exemplo. É um método pouco usado em bombas centrífugas por desperdiçar a energia gasta bombeando o líquido que estaria sendo recirculado. seja devido a problemas de recirculação interna ou. porque nesse tipo de bomba a potência cai com o aumento da vazão. aumenta ou diminui a perda de carga na linha. 146 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . seja para evitar o aquecimento com vaporização do líquido bombeado. esse método de controle é interessante. Consiste em utilizar uma válvula na linha de descarga. ainda. variando a rotação.Modificando a abertura da válvula. 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 = 88m Alterando a curva da bomba Temos cinco modos de alterar a curva de uma bomba centrífuga: alterando o diâmetro do impelidor. o diâmetro mínimo do impelidor recomendado pelo fabricante. que costuma ser em torno de 20% a 25% do diâmetro máximo. esse tipo de controle possui uma limitação. não é um método que possa ser usado a toda hora. A alteração do diâmetro exige a abertura da bomba para sua execução. podemos obter qualquer vazão na faixa de trabalho da bomba. controlando a pré-rotação. colocando um orifício no flange de descarga da bomba. ou seja. Além disso. Quando uma válvula de controle trabalha permanentemente com abertura inferior a 70% (mais PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 147 Pense e Anote . portanto. ajustando o ângulo das pás do impelidor. que também cumprem essa função. Os pontos de operação seriam: 148 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . Existem variadores hidráulicos a serem colocados entre o motor elétrico e a bomba. os motores de combustão interna e os motores elétricos com variadores de freqüência são os principais acionadores que podem variar a rotação. Esse modo de operar resulta em economia de energia quando comparado com a atuação da válvula na linha de descarga. 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. porque. uma vez que esta reduz a vazão pelo aumento da perda de carga. o acionador tem de possibilitar esse recurso. O ideal é negociar com a equipe de operação um valor seguro para cada caso específico antes de calcular o corte do impelidor. ou seja. O ponto de operação será no encontro da curva do sistema com a curva da bomba. é uma ótima oportunidade para economizar energia por meio da redução do diâmetro do impelidor. Não é interes- Pense e Anote sante que o corte leve a válvula de controle a trabalhar totalmente aberta. As turbinas a vapor. Para utilizar o controle por rotação. nesse caso. temos a curva do sistema e três curvas da bomba correspondentes a rotações ou diâmetros diferentes.de 30% de fechamento). ficaria inviável um aumento de vazão numa determinada necessidade do processo. gastando parte da energia cedida pela bomba. as pás do impelidor são pivotadas no cubo do impelidor de modo que podem ser ajustadas. novos pontos de operação poderiam ser obtidos. a vazão poderá não ser atendida. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 149 . Como a perda de carga no orifício aumenta com a vazão. à medida que a vazão aumenta.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. O orifício também pode ser usado para ajustar a AMT (pressão) de uma bomba que a tenha em excesso e esteja trabalhando próximo do final da curva. O uso da placa de orifício junto ao seu flange de descarga (Figura 76). 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 de fluxo misto ou axial de grandes dimensões. e o ganho de energia compensa o custo desse sistema. modificando a curva da bomba. a curva da bomba vai ficando mais afastada da curva original. Posteriormente. Nesse caso. A placa de orifício é usada em bombas de baixa potência. o assunto será abordado com maior profundidade. facilitando o controle por meio de válvula. permite fazer com que uma curva plana passe a ter uma inclinação. Se cortarmos o impelidor nesse caso. Nesse caso. É um sistema semelhante aos usados em compressores. sendo utilizado apenas em bombas de fluxo misto ou axial de elevadas vazões. como no abastecimento de água de uma cidade (durante a noite o consumo cai bastante). ajuste de pás do impelidor e controle de pré-rotação. 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 150 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . Esses sistemas de controle. em vez de usar bombas de grande capacidade. ou em alguns sistemas de água de refrigeração. como ocorre em unidades de processo que variam bastante a carga. As pás do impelidor se mantêm fixas. não são normalmente empregados em bombas de refinarias. 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. são utilizadas bombas menores que vão sendo colocadas ou retiradas de operação de acordo com a demanda. Pense e Anote Ligando e desligando bombas que operem em paralelo ou em série Esse método é usado quando a variação de vazão é muito elevada.O controle por pré-rotação é realizado por pás guias móveis que ficam situadas na frente do impelidor. como conseqüência. vamos partir de uma situação em equilíbrio. a quantidade de condensado que chega à bota é igual à que a bomba retira. o NPSH é crítico nesse tipo de aplicação. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 151 Pense e Anote . ou seja. no ponto A com cerca de 92% da vazão máxima e com uma ligeira cavitação.Controlando por cavitação Esse método é empregado em pequenas bombas de condensado. chegando menos condensado na bota. a bomba estaria operando. O NPSH disponível é praticamente o valor da cota “h” do nível da bota em relação à bomba (Figura 78). o nível h começará a cair e o NPSH disponível vai ser reduzido. caia a vazão da bomba até o nível voltar a equilibrar-se no ponto B. 75% da vazão. por exemplo. Ele usa o fato de a cavitação reduzir a vazão da bomba para controlar o nível da bota do condensador. Suponhamos que o consumo de vapor da turbina caia. o que garante o nível constante. fazendo com que aumente a cavitação e. Para entender como funciona o sistema. Como inicialmente a bomba continua com a mesma vazão. Nessa situação. FIGURA 78 CONTROLE DE CAPACIDADE POR CAVITAÇÃO AMT Pontos de operação com cavitação Pontos de operação sem cavitação Curva do sistema NPSHdisp NPSHreq NPSH completa cavitação Condensador Válvula aberta Bota h Como a pressão no condensador é normalmente uma pressão muito baixa (alto vácuo). O mais econômico. Embora tenhamos visto os métodos usualmente praticados para modificar o ponto de trabalho. teremos mais condensado chegando à bota e elevando seu Pense e Anote nível. aumentando a vazão da bomba até que seja atingida uma outra vazão de equilíbrio correspondente ao ponto C. a diferença de pressão entre esses dois vasos e a perda de carga para a vazão em questão. para não potencializar os danos. Essa energia é composta pela diferença de níveis entre o vaso de sucção e o de descarga. um aumento do consumo de vapor na turbina. O método mais usado na indústria para controle de vazão é a utilização de uma válvula de controle na linha de descarga. ou seja. 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. A grande vantagem desse sistema é a sua simplicidade. Curvas características de bombas centrífugas As curvas características de uma bomba recebem esse nome por serem as curvas que caracterizam seu desempenho. quanto de vazão mínima. Com isso. Conjugação de dois dos métodos anteriores Por exemplo: cortando o impelidor e usando uma válvula de controle na descarga. tanto de vazão máxima. devemos ter em mente que toda bomba centrífuga possui limitações de vazão. não exigindo todo o aparato de uma malha de controle de instrumentação. ou seja. aumenta o NPSH disponível. do ponto de vista de consumo de energia.Caso ocorra o contrário. inferior a 50m. é por meio da variação de rotação. Resumo A curva do sistema indica o quanto de energia o sistema exigirá para cada vazão. e a energia cedida em cada estágio da bomba deve ser baixa. o material da bomba tem que ser apropriado para suportar a cavitação. 152 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . Para usar esse sistema. 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 peso específico. 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. ou MCL (metros de coluna de líquido).550rpm PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 153 Pense e Anote . é comum pagar ao fabricante para levantar as curvas de cada bomba na bancada de teste. Quando a bomba é importante para o funcionamento da unidade. As curvas características são fornecidas pelos fabricantes das bombas. que só é solicitada quando a diferença é pequena em relação ao NPSH disponível (normalmente quando inferior a 1metro). A AMT representa a energia cedida pela bomba por unidade de peso do líquido bombeado. desde que a viscosidade do mesmo seja baixa. As outras curvas características independem do fluido. A exceção fica por conta da curva de NPSH requerido. Curva de AMT x vazão A altura manométrica total é também conhecida pelos nomes de carga da bomba. para ter certeza do seu desempenho. head (em inglês). Toda essa perda de energia é transformada em calor. Potência fornecida ao líqudo Potência recebida do acionador Rendimento ␩= Por exemplo. passa por um valor máximo e começa a cair. os 40% restantes do rendimento. Na curva mostrada. esse valor máximo de rendimento da bomba ocorre na vazão de 80m3/h.Curva de rendimento x vazão Rendimento ou eficiência de uma bomba é a relação entre a potência que Pense e Anote ela fornece ao líquido e a potência recebida do acionador. 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. choques e mudanças de direção do líquido no interior da bomba. O rendimento da bomba é calculado com base na potência recebida pelo seu eixo. não importando a potência de placa do acionador. 154 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . Na Figura 80. Nesse caso. correspondentes a 40hp. a bomba está recebendo no seu eixo uma potência de 100hp. Se ela estiver cedendo ao líquido 60hp. estão sendo consumidos pelos atritos (dos mancais e do líquido). seu rendimento será de 0. temos uma curva característica do rendimento de uma bomba centrífuga que mostra sua variação com a vazão. na figura acima.6 ou 60%. Parte desse calor aquece o líquido bombeado e outra parte é transmitida para a atmosfera. deverá ser corrigida por meio de um fator apropriado (ver Figura 110). O rendimento é máximo porque o líquido entra no impelidor com o ângulo mais favorável em relação às pás.Pense e Anote Tal ponto é o ponto de máxima eficiência. A curva de rendimento é válida para qualquer líquido. 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. desde que a viscosidade não seja alta. as bombas apresentam valores menores de vibrações quando trabalham próximas desse ponto (ver Figura 68). Curva de potência x vazão Na Figura 81. Pela Figura 81. Sendo alta. A vazão do BEP é a vazão para a qual a bomba foi projetada. praticamente sem choques (ver Figura 66). temos que a potência consumida pela bomba é de 38hp. a curva fornecida é para água fria e necessita ser corrigida se o líquido tiver peso específico diferente. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 155 . temos uma curva característica de potência x vazão de uma bomba centrífuga. Nos catálogos próprios da bomba. Por esse motivo. para a vazão de 90m3/h. a curva mostrada geralmente já está corrigida.550rpm Nos catálogos gerais dos fabricantes. usualmente chamado de BEP – Ponto de Máxima Eficiência (best efficiency point ) da bomba. H. para água temos: Pot = ␥ . bombeando água fria (␥=1. H. temos para 90m3/h: AMT = H = 80m Da Figura 80. segundo as Figuras 79 e 80.Q 274 ␩ Pot – Potência em hp ␥ H Q – Peso específico em gf/cm3 ou densidade – AMT em metros – Vazão em m3/h – Rendimento ␩ Como vemos. Q e ␩ sofrerão correções e.H. a potência cairá também pela metade.A potência consumida por uma bomba pode ser obtida pela fórmula: EQU AÇÃO 7 EQUAÇÃO Pense e Anote Pot = ␥. a potência mudará (Figura 110).0gf/cm3) na vazão de 90m3/h. a potência é diretamente proporcional ao peso específico ␥. basta multiplicar o valor achado para a curva para água pelo valor do peso específico ou densidade do novo líquido. Se ele cair pela metade. temos para 90m3/h: ␩ = 70% = 0. para saber a potência consumida por outro líquido. Como essa curva é feita para água (g = 1gf/cm3).54hp 274 x 0.70 De acordo com a equação 7. Se o líquido for viscoso. PROBLEMA 5 Calcular a potência consumida por uma bomba que possui as curvas características de AMT e de rendimento. conseqüentemente.70 156 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas .Q 274 ␩ = 1 x 80 x 90 = 37. Da Figura 79. com a menor vazão. como no caso de lavagem de uma unidade. que corresponde à descarga fechada. devemos partir a bomba centrífuga. temos de avaliar se os equipamentos existentes na descarga suportam essa nova pressão e se o motor da bomba está dimensionado para essa nova condição. não há necessidade de preocupação com a partida no que se refere ao aspecto de corrente. A corrente de partida de um motor elétrico pode atingir até seis vezes a corrente nominal.5 x 80 x 90 274 x 0. a potência consumida para a mesma vazão aumentará. a potência seria: Para GLP Pot = ␥ . a única variável da fórmula que mudaria em relação à água seria o peso específico (já vimos que a AMT ou H não dependem do fluido). onde é comum o bombeio de água pelas bombas. devido ao peso específico (ou densidade) do GLP ser a metade do peso específico da água. Por esse motivo.Q 274 ␩ = 0. exigindo a menor potência possível do motor. veremos que isso não ocorre com as bombas axiais. mostrada na Figura 81. Assim.5gf/cm3) nessa mesma vazão. desarmando o motor. Temos de tomar cuidado quando a bomba de um produto vai bombear outro. No gráfico da Figura 81. Existem alguns casos especiais de bombas com partida automática. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 157 Pense e Anote . Se a bomba tiver sido selecionada para um líquido leve e for trabalhar com água. Se nossa bomba estivesse trabalhando com GLP (␥ = 0. alteramos a potência e a pressão de descarga da bomba. Mais adiante.70 = 18.Caso tenhamos a curva de potência. pode levar à atuação do sistema de proteção. que no projeto já são especificados motores dimensionados para partir a bomba centrífuga com a descarga aberta. Portanto. O acréscimo de pressão fornecido pela bomba também aumentará. ou seja. Portanto. teremos uma aceleração mais rápida. que possui ␥ = 1gf/cm3. Nessa situação. a potência para GLP foi exatamente a metade da potência para água. Modificando o líquido bombeado e mantendo a mesma vazão. note que a potência é crescente com a vazão. o que. o que é próprio da bomba centrífuga radial.H. a potência poderia ser lida diretamente a partir da vazão. além de encurtar a vida do enrolamento elétrico.77hp Como era esperado. evitando que o motor fique submetido muito tempo a uma corrente alta. onde foi medida a pressão. O fabricante informa o NPSH requerido para a bomba trabalhando com água fria. teremos vaporização de produto no interior da bomba (cavitação). A curva mos- Pense e Anote tra a energia mínima requerida no flange de sucção da bomba para as diversas vazões.Curva de NPSH requerido O NPSH requerido pela bomba é fornecido pelo fabricante. Caso contrário. energia esta expressa sob a forma de metros ou de pés de coluna de líquido. é de 4”sch 40.50kg/cm 2M (pressão negativa) medida com um manovacuômetro colocado a 20cm acima da linha de centro. uma vez que a pressão de vapor é subtraída (ver equação 6). O NPSH requerido é sempre crescente com a vazão. está bombeando álcool etílico na vazão de 80m 3/h e na temperatura de 55ºC (␥ = 0. instalada ao nível do mar. PROBLEMA 6 Uma bomba cuja curva de NPSH requerido é representada pela Figura 82. A linha de sucção. A pressão de sucção é de – 0.76gf/cm3). Essa energia no flange de sucção deve ser tal que garanta que não ocorrerá a vaporização do líquido bombeado no ponto de menor pressão no interior da bomba (ver Figura 58A). Avaliar essa bomba quanto à cavitação. 158 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . 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. que é calculado para o líquido bombeado. Não há problema na comparação deste NPSH com o disponível. FIGURA 83 CÁLCULO DE NPSH DISPONÍVEL Medidor de vazão FI Dados Pd Vd Fluido: álcool etílico Q = 80m3 /h T = 55oC Ps = –0. podemos calcular o NPSH disponível.033kgf/cm2 ␥ = 076gf/cm3 Ps hs L. Com esses dados e a pressão de sucção.C.20m Patm = 1. vamos calcular a velocidade no local do manômetro e obter a pressão de vapor do líquido na temperatura de bombeamento.7m/s As 82. Da tabela de tubos (Tabela 18).78 x 80 = = 2.1cm2 Velocidade no local do manômetro: EQUAÇÃO 4 Vs = 2.1 Pressão de vapor: Figura 25 Álcool etílico a 55ºC (curva 2) Pvap = 0. temos: Área interna do tubo D= 4"sch 40 Ai = 82.5kgf/cm 2M hs = 0.78 x Q 2.35barA PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 159 Pense e Anote . Vs 4”sch 40 Inicialmente. rendimento e NPSH versus a vazão. a Figura 82 fornece um NPSH requerido de 3m. head. Pense e Anote Pvap = 0.5 + 1. temos o NPSHdisp<NPSHreq. potência.357kgf/cm2 A ~ 0. adotar um ou mais dos procedimentos listados no item Análise de Problemas em Bombas Centrífugas.02kgf/cm2 1.02kgf/cm 2 = 0. AMT.20 = 2.72 10 x (– 0.033 – 0.36kgf/cm2 A bar Usando a equação 6. logo. teoricamente a bomba irá cavitar.35barA x 1 bar = 1. Se uma bomba nessa situação estiver operando com ruído. O rendimento de uma bomba é dado por: = pot fornecida ao líquido pot recebida do acionador 160 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas .36) + + 0. Seria conveniente que houvesse alguma folga no NPSH para evitar a cavitação.20 = 2 x 9.37 + 0.76 = 2. Resumo As curvas características de uma bomba centrífuga são: AMT. podemos calcular o NPSH disponível: NPSHdisp = 10 x (Ps + Patm – Pvapor) ␥ + Vs2 2g + hs = = 2. carga ou coluna de líquido é a energia cedida pela bomba por unidade de peso para cada vazão. Como o NPSH disponível é de 2.8 0.9m.31 + 0.9m Para a vazão de 80m3/h.02kgf/cm2. temos que 1 bar = 1.Da Tabela 15. vibração ou apresentando desgaste no impelidor.88 Х 2. decrescendo depois. podemos concluir: PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 161 . de fluxo misto e de fluxo axial. O rendimento inicialmente cresce com a vazão até o BEP. a AMT decresce com a vazão. Curvas características para bombas de fluxos misto e axial Para efeito de comparação. enquanto a potência e o NPSH requerido crescem. FIGURA 84 CURVAS CARACTERÍSTICAS POR TIPO DE BOMBA Fluxo radial Ns = 13 AMT AMT Pot ␩ Q AMT Fluxo radial tipo Francis Ns = 33 AMT ␩ AMT Pot Q Fluxo misto Ns = 100 AMT Fluxo axial Ns = 200 AMT ␩ AMT Pot Q BEP Fluxo axial Pot ␩ AMT BEP Q ␩ AMT Pot Q BEP BEP BEP Examinando as curvas características para os diversos tipos de impelidor. estão representadas na Figura 84 as curvas características das bombas: centrífuga radial.H.Pense e Anote EQU EQUAÇÃO EQUAÇÃO 7 A potência consumida por uma bomba pode ser obtida pela fórmula: Pot = ␥ . Numa bomba centrífuga.Q 274 ␩ Pot – Potência em hp ␥ H Q – Peso específico em gf/cm3 ou densidade – AMT em metros – 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 ). Se reduzirmos a força centrífuga. ou seja. com a descarga aberta. Nesse aspecto. apresenta o que chamamos de instabilidade. Temos dois modos de alterar a força centrífuga numa bomba: variando o diâmetro do impelidor ou variando a rotação. é um método que não pode ser aplicado continuamente como a modificação da rotação. nesse caso. Nas de fluxo axial. condição de potência mínima. Podemos também usar os dois métodos simultaneamente. elas são menos críticas que as radiais e as axiais. podemos ter duas ou mais vazões distintas. Nas bombas de fluxo misto. a AMT e a potência consumida. Como a menor potência corresponde à vazão nula. Vejamos como as variáveis se comportam com a modificação do diâmetro do impelidor e da rotação em uma bomba centrífuga. temos de garantir que irá operar com uma vazão acima da correspondente dessa instabilidade. Q2 Q1 D2 D1 = 162 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . a curva de AMT fica mais inclinada. as bombas de fluxo misto devem partir preferencialmente com a válvula de descarga fechada. A curva de AMT correspondente ao impelidor de fluxo axial. O oposto também é verdadeiro. a parte final da curva de potência tende a ficar plana e. estas três variáveis também serão reduzidas. A vazão varia diretamente com o diâmetro do impelidor. mostrada à direita.Curvas de AMT x vazão Conforme aumenta a velocidade específica Ns. Por esse motivo. um novo tipo de vazão mínima. portanto. que é devido à instabilidade da curva de AMT. e as de fluxo axial. Pense e Anote Curvas de potência x vazão A potência das bombas centrífugas puras ou de fluxo radial cresce com o aumento de vazão. na figura 84. quanto maior a força centrífuga fornecida ao líquido. Influência do diâmetro do impelidor no desempenho da bomba centrífuga Numa bomba centrífuga. maior a vazão. Por isso. porque a diferença entre as potências com a vazão máxima e com vazão nula é menor. Temos. as bombas de fluxo radial devem partir com a válvula de descarga fechada. a potência cai com o aumento de vazão. para uma mesma AMT. quando uma bomba apresenta essa anomalia. Para alterar o diâmetro do impelidor. Não é aconselhável operar nessa região. em algumas. pode até chegar a cair. possui uma região onde. temos de abrir a bomba. Para uma mesma vazão. AMT2 AMT1 = ( ) D2 D1 D2 D1 3 2 A potência varia com o cubo do diâmetro do impelidor. Pot2 Pot1 = ( ) O NPSH requerido varia com o diâmetro do impelidor. FIGURA 85 VARIAÇÃO DO NPSH REQUERIDO EM FUNÇÃO DO DIÂMETRO DO IMPELIDOR 200mm dia 259mm dia Resumindo. quanto maior o diâmetro. a variação com o diâmetro do impelidor pode ser obtida aproximadamente por: EQU AÇÃO EQUAÇÃO AÇÃO 8 8 Q2 Q1 = D2 D1 AMT2 AMT1 = ( ) D2 D1 2 Pot2 Pot1 = ( ) D2 D1 3 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 163 Pense e Anote . como mostra a Figura 85. Não existe uma relação matemática definida.A AMT varia com o quadrado do diâmetro do impelidor. menor o NPSH. Só podemos levar em conta esta variação quando o fabricante fornece essas curvas. 164 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . temos: Vazão Q2 D2 = Q1 D1 Q2 100 ➜ = 180 200 ➜ Q2 = 100 x 180 = 90m3/h 200 AMT AMT2 AMT1 = () D2 D1 2 ➜ AMT2 80 = ( ) 180 200 2 AMT2 = 80 x 0. Seria na intercessão da nova curva de AMT para o impelidor de 180mm com a curva do sistema. Pense e Anote com a vazão de 100m3/h e AMT de 76m. consumindo uma potência de 46hp. ponto 2 da Figura 86. o novo ponto de trabalho da bomba não seria exatamente no ponto calculado.5hp Na realidade. Quais seriam as novas condições de trabalho se reduzíssemos o diâmetro do impelidor para 180mm? Dados D1 – 200mm Q1 – 100m 3/h AMT 1 – 80m Pot1 – 46hp Para D2 – 180mm Q2 – T2 AMT2 – ? Pot2 – ? Aplicando a equação 8.8m Potência Pot2 Pot1 = () D2 D1 3 ➜ Pot2 46 = ( ) 180 200 3 Pot2 = 46 x 0.PROBLEMA 7 Uma bomba centrífuga trabalha com um impelidor de 200mm de diâmetro.93 = 33.92 = 64. 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 Q2 Q1 = D2 D1 AMT2 AMT1 = () D2 D1 2 Pot2 Pot1 = () D2 D1 3 Influência da rotação N da bomba no desempenho da bomba centrífuga Vejamos agora o comportamento da bomba centrífuga com a modificação da rotação N: PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 165 Pense e Anote . ou de NPSH requerido. AMT2 AMT1 = () N2 N1 N2 N1 2 A potência varia com o cubo da rotação. B1 e C1 para A2. Os pontos obtidos com a variação da rotação são denominados pontos homólogos. Pense e Anote Q2 Q1 = N2 N1 A AMT varia com o quadrado da rotação. seja a curva de AMT. A aplicação da variação de rotação como meio de controle em bombas acionadas por motor elétrico está crescendo bastante com o barateamento dos dispositivos que permitem o controle da velocidade nesses acionadores. basta escolher alguns pontos da curva conhecida e aplicar as equações acima. B2 e C2 ao passarem da rotação rpm1 para uma rotação 166 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . Pot2 Pot1 = () = 3 O NPSH requerido varia com o quadrado da rotação. Na Figura 87. NPSHreq2 NPSHreq1 EQU AÇÃO 9 EQUAÇÃO () N2 N1 = 2 Q2 Q1 = N2 N1 AMT2 AMT1 () N2 N1 = 2 Pot2 Pot1 = ( ) N2 N1 3 NPSHreq2 NPSHreq1 () N2 N1 2 Conhecendo a curva atual.A vazão varia diretamente com a rotação. para saber a curva para uma nova rotação. mostramos a mudança desses pontos de A1. de potência. ou seja. e assim sucessivamente. rpm2.000rpm. FIGURA 88 CURVA DE AMT X VAZÃO AMT ou H – metros Vazão m 3/h Modelo 3 x 2 x 8 dia 200mm 3. o rendimento de A1 é igual ao de A2.550rpm e está representada na Figura 88. FIGURA 87 PONTOS HOMÓLOGOS OBTIDOS COM A MUDANÇA DE ROTAÇÃO AMT Pot ␩ A2 Pontos homólogos ␩1 x Q ␩2 x Q A1 – A2 B1 – B2 C1 – C2 A1 B1 B2 Pot2 x Q Pot1 x Q C2 Índice 1 – rpm1 Índice 2 – rpm2 rpm2 > rpm1 C1 AMT 2 x Q AMT1 x Q Q (m 3/h) PROBLEMA 8 Sabendo que a curva de AMT de uma bomba centrífuga gira a 3.Pense e Anote mais alta. Os rendimentos dos pontos homólogos são iguais. traçar a curva de AMT para a rotação de 3.550rpm PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 167 . o de B1 é igual ao de B2. 4 Plotando os pontos em um gráfico.000rpm: Q2 Q1 e AMT2 AMT1 N2 N1 Q2 100 = І = 3.Temos: N1= 3.000rpm Pense e Anote Vamos obter da curva da Figura 88 as AMTs para 4 pontos de vazões diferentes: TABELA 24 PONTOS DA CURVA DE AMT X VAZÃO Ponto 1 2 3 4 Vazão – m3/h 0 60 80 110 AMT – m 90 86 83 72 Aplicando a equação 9 nos pontos da Tabela 24.0 3.7 67.0 50.000rpm Q2 0.3 62.8452 = 51.0 AMT 2 64. teremos: PONTOS DE TRABALHO PARA DIFERENTES ROTAÇÕES N1 = 3.4 Repetindo estes cálculos para os pontos 1. teremos: Ponto 4 para 3.550rpm Ponto 1 2 3 4 Q1 0 60 80 110 AMT 1 90 87 83 74 N2 = 3.3 52.550 3. obtemos a curva para a rotação em questão.000 Q2 = = 93. 168 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas .000 3. 2 e 3.6 93.550 = ( ) N2 N1 2 І AMT2 72 = ( ) 3.550rpm N2 = 3.550 TABELA 25 2 І AMT2 = 72 x 0.1 59.000 І 110 x 3. 550rpm N2 = 3. podemos calcular para diversas rotações e plotá-las num mesmo gráfico.550rpm Pt 2 Pt 3 Sistema Pt 4 Pt1’ N2 = 3.000rpm. Do mesmo modo que calculamos a curva para 3. Resumo A variação com a rotação N é dada por: EQUAÇÃO 8 Q2 Q1 = N2 N1 AMT2 AMT1 = ( ) N2 N1 2 Pot2 Pot1 = ( ) N2 N1 169 3 Pense e Anote NPSHreq2 NPSHreq1 = () N2 N1 2 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas .FIGURA 89 CURVAS AMT X VAZÃO PARA DIVERSAS ROTAÇÕES AMT (m) Pt 1 N 1 = 3. Se a curva do sistema fosse igual à mostrada na Figura 89.000rpm Pt2’ Pt3’ Pt 4’ m 3/h Os novos pontos de operação serão sempre no encontro das novas curvas de AMT da bomba com a curva de AMT do sistema.000rpm Q1 = 98m3/h Q2 = 80m3/h AMT1 = 77m AMT2 = 55m O controle da vazão pela variação da rotação é o melhor método do ponto de vista da economia de energia. os pontos de operação seriam: Pt A Pt B N1 = 3. FIGURA 90 ESFORÇO RADIAL COM VOLUTA SIMPLES Força radial Vazão Vazão de projeto Vazão diferente da de projeto Vazão de projeto Quando é utilizada a dupla voluta. Como elas são aproximadamente iguais. a força resultante final é pequena em qualquer faixa de vazão. Com isso. o resultado é uma força. é mostrado um gráfico comparativo dos esforços radiais em função do tipo da carcaça. a tendência é cancelar essas resultantes. À medida que reduzimos ou aumentamos a vazão. Na Figura 91. temos uma resultante para cada voluta. maior a resultante da força radial. mesmo que a bomba venha a operar fora do ponto de projeto. Os mancais é que são os responsáveis por absorver estes esforços. a pressão ao longo do impelidor já não será constante e. serão criados esforços.Forças radiais e axiais no impelidor Sempre que uma pressão atua numa área. possuem ao longo de toda a voluta aproximadamente a mesma pressão (ver Figura 90). quanto mais nos afastamos do ponto de projeto. Pense e Anote Como as áreas do impelidor de uma bomba ficam submetidas a diferentes pressões. as forças radiais que atuam na largura do impelidor se cancelam e a resultante radial é praticamente nula. Devido à oposição das volutas (ver Figura 91). quando trabalham na sua vazão de projeto (BEP). Esforços radiais As bombas que possuem voluta simples. Quanto maior essa força. facilitando a ocorrência de roçamentos internos e de vibrações. mais o eixo irá fletir. tanto no sentido radial quanto axial. 170 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . Por isso. as resultantes também serão parecidas. é que os fabricantes passam a oferecer bombas projetadas com dupla voluta. havendo opção entre os dois tipos. Esforços axiais A Figura 92. uma vez que a pressão em volta do impelidor passa a ser sempre igual.FIGURA 91 ESFORÇO RADIAL COM DUPLA VOLUTA Fr Carga radial BEP Concêntrica Simples voluta Dupla voluta Fr Vazão As bombas de menor porte. são quase sempre de simples voluta. as bombas de dupla voluta devem ser tecnicamente preferidas devido ao seu menor esforço radial. resultando em forças axiais. correspondente a um impelidor em balanço. Embora existam bombas de simples voluta com bons projetos de mancais. O uso de difusor em vez da voluta também anula os esforços radiais. FIGURA 92 FORÇA AXIAL NO IMPELIDOR SEM ANEL DE DESGASTE Fa Pvol Pvol Cancela P1 = P2 = P 3 = P 4 Somente no BEP Psuc Cancela Pvol Pvol PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 171 Pense e Anote . mostra as áreas e as pressões que nelas atuam. até 4 polegadas de flange de descarga. Somente a partir de 6 polegadas na descarga. Na parte externa ao olhal do impelidor. o que leva à redução da pressão à medida que se aproxima do eixo. O contato do líquido contra os discos do impelidor girando tende a expulsá-lo para a periferia. Na área do olhal. 172 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . com as pressões atuando sobre elas. Na parte posterior do impelidor. As diferenças de área. A pressão ao longo da voluta só é homogênea na vazão de projeto da bomba. de um lado temos a pressão de sucção e. atua a pressão da voluta (Pvol). duas num sentido (F1 e F2) e duas no sentido inverso (F3 e F4). em que atua a pressão da voluta (Pvol). reina a pressão da voluta tanto na parte traseira quanto na dianteira. A resultante delas será a força axial que o mancal de escora terá de suportar. na área externa ao anel de desgaste (A4). a área traseira é menor devido ao eixo. Em bombas com impelidor em balanço. a pressão da voluta. geram uma resultante axial que terá de ser suportada pelo mancal de escora. As pressões que atuam nessas áreas gerarão quatro forças. As forças geradas nessa área tendem a Pense e Anote cancelar-se devido ao fato de a pressão ser a mesma de ambos os lados. a área compreendida entre o eixo e o anel de desgaste traseiro (A3) fica submetida a uma pressão próxima da de sucção (Ps) e. do outro. 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 4 F1 = Ps x A1 F2 = Pvol x A2 F3 = Ps x A3 F4 = Pvol x A4 A2 Pvol F2 A2 A1 Ps D d1 F3 F4 Pvol A3 Ps A4 A1 = A2 = A3 = A4 = Pvol F2 Fa F4 F3 Pvol A4 A3 Ps d2 d3 D ␲(D2 – d12) 4 ␲(d32 – d22) 4 ␲(D2 – d32) 4 F1 Fa = F1 + F2 – F3 – F4 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). Fora dessa vazão. na qual atua a pressão de sucção (Ps). e a área externa ao anel de desgaste (A2). a pressão é diferente em cada ponto. a pressão da voluta é alterada. Alguns projetos de bombas permitem o uso de três rolamentos. Dependendo da vazão. Variando seu diâmetro. conforme pode ser visto na parte inferior da Figura 41. Daí a necessidade de usar mancais de escora em ambas as direções. reduzindo a pressão nesta região e. ficando dois em série. o esforço axial. podemos alterar a resultante da força axial. conseqüentemente. conforme comentado anteriormente.Pense e Anote O cálculo da força axial é complexo por não sabermos exatamente qual a pressão reinante em cada ponto dos discos do impelidor (pressão da voluta). Os fabricantes costumam limitar a pressão máxima de sucção. O API 610 não permite que a redução de pressão pela ação das pás traseiras seja considerada no dimensionamento dos mancais. conforme mostrado na Figura 93. Bombas de alta pressão na sucção são candidatas a esse arranjo. a AMT se modifica e. Mesmo a pressão na parte interna do anel de desgaste traseiro não é igual à de sucção. PÁS TRASEIRAS NO IMPELIDOR As pás traseiras ou pás de bombeamento bombeiam o líquido da parte de trás do impelidor. é uma das formas de reduzir o esforço axial. O anel de desgaste na parte traseira do impelidor. conseqüentemente. é ligeiramente superior. 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 . podendo modificar o sentido dos esforços axiais. no sentido da resultante da carga axial. Bombas que trabalham com alta pressão de sucção costumam ter esforços axiais elevados. tornando mais complexa a fundição da carcaça. a qual poderá sobrecarregar o mancal. resultando uma força considerável.IMPELIDORES MONTADOS EM OPOSIÇÃO Quando temos bombas multiestágios. cada impelidor gera um empuxo axial no mesmo sentido. Para atenuar essa força axial. TAMBOR DE BALANCEAMENTO FIGURA 96 EQUILÍBRIO AXIAL COM TAMBOR DE BALANCEAMENTO Câmara de balanceamento (pressão primária da sucção) Para sucção Bucha do tambor F F F F F1 Pressão da descarga Tambor de balanceamento 174 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . FIGURA 95 Pense e Anote 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. uma das soluções é inverter o sentido de metade dos impelidores. Se os impelidores forem instalados em série. os esforços serão somados. após o último impelidor. é utilizado um disco com esse propósito. a pressão de descarga e. Essa diferença de pressões nos lados do disco gera uma força axial que se opõe à soma das forças geradas pelos impelidores. FIGURA 97 BALANCEAMENTO AXIAL POR MEIO DE DISCO Orifício de restrição Recirculação para sucção Câmara de balanceamento (pressão intermediária) Folga axial Pressão de descarga F imp F disco Disco de balanceamento PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 175 Pense e Anote . dessa forma. O disco de balanceamento fica submetido. gerando uma força axial. do outro. à pressão de descarga e. só que.Com esse método. DISCO DE BALANCEAMENTO Essa solução é semelhante à do tambor. Por meio desse arranjo. que é oposta às geradas pelos impelidores. de um lado. à pressão da câmara de balanceamento. O líquido. sendo colocado um tambor de balanceamento após o último impelidor com uma bucha externa com folga bem justa. reduzindo. Assim. passa através de uma pequena folga axial. sai uma linha para a sucção da bomba com um orifício de restrição. Dessa câmara. indo para uma câmara de balanceamento. os impelidores são mantidos em série. Ft. o tambor de balanceamento terá. Como a câmara de balanceamento é ligada por uma linha à sucção da bomba. a câmara de balanceamento mantém com uma pressão intermediária entre a pressão de sucção e a de descarga. reduzindo significativamente o esforço axial. do outro. a pressão reinante nela fica próxima da de sucção. a pressão de sucção. neste caso. o esforço a axial. de um lado. Temos sempre um vazamento da descarga para a câmara de balanceamento por essa folga. sob a pressão de descarga. a utilização de mancais de deslizamento. Devido à diferença de pressão e de áreas. Ocorrendo o deslocamento do conjunto no sentido de aumentar a folga axial. o que não ocorre quando são utilizados mancais de rolamentos. um tambor de balanceamento. o disco sempre irá gerar uma força no sentido da sucção para a Pense e Anote descarga. DISCO E TAMBOR DE BALANCEAMENTO CONJUGADOS Essa solução só é aplicada em bombas com vários impelidores em série e também exige. que a compensará. Portanto. É fácil notar que. teremos uma folga axial no disco de escora. reduzindo a força de compensação do disco e retornando o conjunto ao equilíbrio. seguido de um disco de balanceamento. Isso elevará a força de compensação do disco. Suponhamos que o sistema esteja funcionando em equilíbrio. caindo a pressão intermediária dessa câmara. restaurando a posição do conjunto rotativo. Para cada força gerada pelos impelidores. Num dado momento. ocorreu um aumento do esforço axial dos impelidores.Vejamos como trabalha o disco. A passagem do líquido para a câmara de balanceamento será reduzida. os mancais devem permitir a movimentação axial do eixo. a pressão da câmara aumentará. Essa solução é uma soma das duas anteriores. a exemplo do disco de balanceamento. após o último impelidor. 176 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . deslocando o conjunto rotativo no sentido de reduzir a folga axial do disco. para esta solução funcionar. essa solução só é aplicada em bombas com mancais de deslizamento na escora. 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. maior o esforço radial numa bomba de simples voluta. Impelidores montados em oposição. Axialmente. o esforço radial é sempre compensado. temos um esquema de duas bombas operando em paralelo (bombas A e B). Misto (tambor e disco de balanceamento). há necessidade do uso de uma válvula de retenção. Resumo Quanto mais nos afastamos da vazão de projeto. Disco de balanceamento. Pás traseiras. Nas bombas com difusor. Podemos afirmar que as AMTs das duas bombas serão sempre iguais. normalmente. Sempre que existir a possibilidade de ocorrer um fluxo reverso pela bomba. os esforços são menores e não variam tanto com o afastamento da vazão de projeto.Quando o impelidor da bomba é de dupla sucção e está instalado entre os mancais. Se esse impelidor for instalado em balanço. Tambor de balanceamento. desde que as perdas de carga nos ramais das bombas sejam também iguais. Na Figura 99. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 177 Pense e Anote . isso não ocorre. É usual nesse tipo de operação a existência de uma válvula de retenção na descarga de cada bomba. o aumento de vazão. Na de dupla voluta. os esforços podem ser reduzidos por: Anel de desgaste traseiro com furos de balanceamento. cada bomba irá contribuir com a sua vazão correspondente. o empuxo axial tenderá a compensar-se. teremos o empuxo axial devido à não-compensação da área do eixo. ficando a resultante praticamente nula. É comum ouvir afirmações de que a vazão de duas bombas operando em paralelo é o dobro da que teríamos com apenas uma bomba em operação. evitando que ela venha a girar ao contrário. Para qualquer AMT. bombas BB. Como veremos a seguir. As pressões nos pontos X e Y são iguais para as duas bombas. Bombas operando em paralelo A operação de duas ou mais bombas em paralelo objetiva. Dobramos esses valores e passamos uma linha pelos novos pontos para obter a curva correspondente às duas bombas operando em paralelo. marcaríamos três vezes o valor de “a”. Escolhemos três AMTs e marcamos as vazões “a”. FIGURA 100 CURVA DE OPERAÇÃO EM PARALELO AMT – m a a a Curva do sistema b b b c c 1 Bomba 2 Bombas c 3 Bombas Vazão m 3/h 178 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . “b” e “c”. Para quatro bombas. marcaríamos quatro vezes e assim sucessivamente para qualquer número de bombas. basta somar as vazões delas para cada AMT. Vejamos na Figura 100 a obtenção da curva para esse tipo de operação. Se fossem três bombas em paralelo.FIGURA 99 ESQUEMA DE BOMBAS EM PARALELO Pense e Anote Para obter a curva das bombas operando em paralelo. de “b” e de “c”. menor o aumento de vazão ao acrescentar bombas em paralelo. Acima de 150m de AMT. a bomba em melhor estado vai absorver uma vazão maior. o que resultaria em um baixo desempenho. seria de 37m3/h. como no caso de bombas de modelos distintos. seria de 43m3/h. o ponto de operação será de 52m3/h. não tem PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 179 .Pense e Anote O ponto de trabalho. a vazão seria de 66m3/h. 120. a vazão com uma bomba seria de 25m3/h. com duas. b3 e b4 (b1=0). a2. ou seja. 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. Para obtenção dessa curva. ou se uma delas estiver desgastada. A bomba B. 90 e 60m e determinamos as respectivas vazões a1. A operação da terceira bomba só acrescentaria 6m3/h de vazão ao conjunto. a vazão será esta. com maior perda de carga na linha. como sempre. Se as curvas das bombas forem diferentes. e com três bombas. marcamos em ambas curvas as AMTs para 150. cada uma contribuindo com 22m3/h. Com três bombas em paralelo. apenas a bomba A terá vazão. Portanto. conforme pode ser visto na Figura 102. mesmo no seu shutoff. será na intercessão da curva da bomba com a do sistema. a3 e a4 para a bomba A e as vazões b1. Se duas bombas estiverem operando. Quanto mais vertical a curva do sistema. b2. conforme pode ser visto na Figura 101. A vazão com duas bombas em operação só seria o dobro se a curva do sistema fosse uma reta paralela ao eixo da vazão. quando tivermos apenas uma bomba operando. cada bomba contribuindo com 26m3/h. o que na prática não ocorre devido à perda de carga crescente que as tubulações apresentam com o aumento de vazão. ou seja. a curva do sistema interceptará a curva para uma bomba na vazão de 28m3/h. Na Figura 100. as duas bombas começam a trabalhar juntas. Abaixo de 150m de AMT.como vencer a pressão de descarga da bomba A nessa região da curva. A Figura 102C mostra a soma das vazões das bombas A e B em paralelo. FIGURA 102 Pense 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 PtC Pt1 A PtD Pt2 B Pt3 180 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . no ponto Pt3 com 54m3/h. se a vazão das duas bombas operando em paralelo caísse para menos de 23m3/h. no ponto Pt2 com 33m3/h. operando isoladamente. A bomba B. basta conhecer a AMT dessa condição de operação. que é inferior à pressão da bomba A. BOMBAS COM CURVAS ASCENDENTES E DESCENDENTES (CURVAS INSTÁVEIS) Acompanhar pelas Figuras 103A e 99. também operando isoladamente. Com esse valor de AMT. Nesse caso. a bomba A. a PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 181 Pense e Anote . A pressão de descarga (AMT) da operação em paralelo é superior à pressão de cada bomba individualmente. operando em paralelo. apenas a bomba A teria vazão.Supondo que a curva do sistema seja a mostrada na Figura 102D. Se partimos a bomba B. uma das bombas pode ficar trabalhando com vazão nula ou com uma vazão muito baixa. No caso da Figura 102 é de ~105m. trabalharia no ponto Pt1 com a vazão de 36m3/h. Essas curvas passam por um valor máximo de AMT. Devemos evitar o uso em paralelo de bombas que possuam os seguintes tipos de curvas: BOMB AS COM CUR VAS DIFERENTES BOMBAS CURV Pela Figura 102D podemos ver que a divisão de vazão é desigual e. ela estará inicialmente com a pressão de shutoff. Suponhamos que a bomba A esteja operando perto da AMT máxima (inferior a 30 m3/h). dependendo da vazão total. A sua pressão de descarga estará atuando externamente na válvula de retenção da bomba B (ver). a bomba A estaria contribuindo com 30m3/h (ponto C)e a bomba B com 24m3/h (ponto D). As duas. Portanto. basta verificar na curva de cada bomba qual a vazão correspondente. ao atingir sua rotação final. Pela Figura 102. Nessa condição. a bomba B ficaria operando em shutoff!!! Para saber a contribuição da vazão de cada bomba quando estiverem operando em paralelo. 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.válvula de retenção da bomba B não abrirá. Se uma das bombas estiver desgastada (bomba B mostrada). A curva ideal de bombas para trabalho em paralelo é a que tem um caimento razoável e seja ascendente. A bomba B ficaria trabalhando no shutoff. vai operar com vazão baixa ou até não bombear nada. No caso mostrado. abaixo de 40m3/h de vazão. trabalhando no shutoff. Com isso. Do ponto de vista de gasto de energia esta solução não é boa. funcionando o sistema apenas com a bomba A. O orifício irá gerar uma perda de carga crescente com a vazão. 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. somente a bomba A irá contribuir no bombeamento. Por isto só é aplicada em bombas de pequena potência. Pense e Anote CURVAS PLANAS Acompanhar pela Figura 103B. 182 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . a curva da bomba ficará inclinada (ver Figura 104). Curvas planas. Duas bombas que operem em paralelo não fornecem o dobro da vazão do que teria apenas uma bomba operando. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 183 Pense e Anote . Curvas instáveis (ascendente/descendente). Isso ocorre devido à inclinação da curva do sistema. Deve-se evitar operar em paralelo bombas com: Curvas muito diferentes de AMT x vazão. basta somar as vazões correspondentes às mesmas alturas manométricas.FIGURA 104 CURVA DA BOMBA COM ORIFÍCIO DE RESTRIÇÃO AMT (m) Curva sem orifício hs1 Curva com orifício hs2 hs3 Vazão m 3/h Placa de orifício Resumo Para obtenção da curva de duas ou mais bombas em paralelo. B. quando usamos bombas em série. se ocorrer. A segunda bomba. basta somar as AMTs de cada bomba para a vazão em questão. fornece uma AMT para uma determinada vazão. basta somar suas AMTs. mas. FIGURA 105 ESQUEMA DE BOMBAS EM SÉRIE Pelo esquema da Figura 105. estamos querendo aumen- Pense e Anote tar a pressão fornecida ao sistema. esse tipo de operação é usado para aumentar a vazão. A. em algumas situações. acrescentará nessa mesma vazão sua AMT.Bombas operando em série Geralmente. É raro ter mais de duas bombas operando em série. vemos que a vazão que passa pela bomba A é a mesma que passa pela bomba B. Mas. Para elaborar a curva das bombas operando em série. A primeira bomba. FIGURA 106 BOMBAS IGUAIS OPERANDO EM SÉRIE AMT (m) a b 2 Bombas 1 Bomba a b c c 184 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . 25 e 40m3/h. “b” e “c” correspondentes às vazões de 10. Figura 106. foi obtida dobrando os valores de AMT “a”. A curva das bombas diferentes. foi obtida somando a AMT da bomba A (a1) com a AMT da bomba B (b1) para a vazão de 10m3/h. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 185 . obtivemos outros pontos. Basta unir esses pontos e teremos a curva correspondente da operação em série. Figura 107. no caso foram zero.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. 25 e 40m3/h. Usando o mesmo processo para outras vazões. A vazão ficará limitada pela bomba de menor capacidade e. temos o inverso. Como a primeira bomba eleva a pressão do líquido. Essa segunda bomba é a que costuma ser a grande responsável pela parcela de AMT do sistema (pressão). Na direita. Na Figura 108. curvas das bombas são planas e do sistema. Quando usado este sistema. a de maior vazão poderá ter problema de recirculação interna. As vazões das bombas devem ser compatíveis. diferentemente do que ocorre para as bombas que operam em paralelo. são mostrados dois exemplos. No primeiro caso. a segunda bomba recebe o nome de booster. escolhe-se a primeira bomba com baixa rotação. As curvas planas são interessantes para operação em série. Os ganhos obtidos em relação a uma bomba dependerão da inclinação da curva da bomba e também da inclinação da curva do sistema. 186 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . 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 curvas das bombas são bem inclinadas e a curva do sistema é relativamente plana. FIGURA 108 Pense e Anote AUMENTO DE VAZÃO COM OPERAÇÃO EM SÉRIE AMT (m) AMT (m) 2 Bombas 1 Bomba Sistema Vazão m³/h Vazão m³/h Para operação de bombas em série. não podemos colocar uma bomba capaz de bombear muito mais do que a outra. inclinadas. o ganho de vazão foi de 10m3/h e. Na esquerda. no segundo. o NPSH disponível para a segunda fica bastante confortável. o que resulta em um NPSH requerido menor. ou seja.A operação em série é bastante usada quando o NPSH disponível é muito baixo. de 17m3/h. nesse caso. Nesse caso. A primeira bomba normalmente é escolhida com baixa rotação. Correção para líquidos viscosos As curvas características das bombas centrífugas são elaboradas para água. Quando utilizamos um líquido com viscosidade maior. FIGURA 109 INFLUÊNCIA DA VISCOSIDADE NAS CURVAS DAS BOMBAS H(m) 1cSt Bomba de centrífuga 120cSt 1. os atritos do líquido no interior da bomba aumentam.Resumo Para obtenção da curva de duas bombas operando em série. não deverá ter problema de NPSH.200cSt Bomba de deslocamento positivo Q (m³/h) PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 187 Pense e Anote . que possui uma viscosidade muito baixa. sendo necessário corrigir as curvas elaboradas para água. basta somarmos as AMTs correspondentes a cada vazão das bombas. É comum a colocação de bombas em série quando temos baixo NPSH disponível. restringindo o desempenho. o que reduz o NPSH requerido. Como a segunda bomba terá na sucção a pressão de descarga da primeira. 0Qoo.2Qoo seria para 120% da vazão do BEP – Ponto de Máxima Eficiência. as bombas centrífugas vão sendo mais afetadas no seu desempenho. ➜ 0. CQ e CH. Ela não é válida para bombas de fluxo misto e axial. Se o impelidor for de dupla sucção. ao aumentar a viscosidade.8Qoo seria para 80% da vazão do BEP – Ponto de Máxima Eficiência. chegando até a melhorar um pouco o desempenho com o aumento da viscosidade.0Qoo seria para 100% da vazão do BEP – Ponto de Máxima Eficiência. ➜ 1. Já as bombas Pense e Anote de deslocamento positivo são pouco influenciadas. entrar com a vazão em m3/h pelo eixo inferior do gráfico.Pela Figura 109. que é a de 1. Deslocar horizontalmente até encontrar o valor da viscosidade. Essa carta é seguida por todos para corrigir o efeito da viscosidade no desempenho das bombas centrífugas radiais. Subir verticalmente e ler os valores de correção: Ch. ➜ 1. as curvas para obtenção do CH significam: ➜ 0. dividir a AMT total pelo número deles). São quatro curvas para CH. 188 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . O Hydraulic Institute (HI) fez testes com um grande número de bombas diferentes e elaborou uma carta (Figura 110) para determinar os fatores de correção para vazão. Qoo corresponde à vazão do ponto de rendimento máximo (BEP – Ponto de Máxima Eficiência) da bomba. dividir a vazão por 2. adotamos a curva média. Subir verticalmente até o valor da AMT por estágio (havendo mais de um estágio. Embora a carta tenha sido elaborada para corrigir a curva da bomba como um todo. Quando não dispomos da curva original para saber a vazão no BEP.6Qoo seria para 60% da vazão do BEP – Ponto de Máxima Eficiência. podemos usá-la para um ponto de trabalho apenas. Logo. AMT e rendimento das bombas que trabalham com líquidos viscosos. vemos que. Para determinar os fatores de correção. 2 do BEP.86 ␩ag – 0. São quatro fatores: 0. e 1.8Qoo. Dados Água Óleo Qag – 130 m3/h Qoo – 170 m3/h AMTag – 58m dens óleo – 0. a AMT. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 189 Pense e Anote .76 ou 76% do BEP 170 Q oo Adotaremos 0.00. 1.86 e com viscosidade de 72cSt. esta bomba forneceria 130m3/h.66 (66%).66 visc – 72cSt A vazão de 130m3/h corresponde a Q ag 130 = = 0. AMT = 58m e um rendimento de 0. A vazão de maior rendimento da bomba é de 170m3/h. o rendimento e a potência de uma bomba que bombeará um óleo com densidade 0.80. para água.60. sabendo que. – Peso específico em gf/cm3 (o valor numérico é igual ao da densidade) ␥ PROBLEMA 9 Calcular a vazão. aplicamos as fórmulas: Qvisc = Qag x CQ AMTvisc = AMTag x CH ␩visc = ␩ag x C␩ Potvisc = Qvisc x AMTvisc x ␥ 274 x ␩visc Q – Vazão (m3/h) AMT – Altura manométrica total (m) ␩ Pot visc ag CQ C␩ CH – Rendimento – Potência (hp) – Viscoso – Água – Fator de correção para vazão – Fator de correção para rendimento – Fator de correção para AMT.Para obter os valores corrigidos. 0. da AMT e da viscosidade.66 x 0. correspondentes a 60.80 CQ = 0. e 120% da vazão de projeto (BEP – Ponto de Máxima Eficiência) da bomba. Qvisc = Qag x CQ AMTvisc = AMTag x CH Qvisc x AMTvisc x ␥ 274 x ␩visc ␩visc = ␩ag x C␩ Potvisc = 190 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . a AMT.7 x 55.96 (p/ 0.45hp Resumo Quando a bomba trabalha com líquidos viscosos. Os novos valores para os produtos viscosos são obtidos multiplicando-se os valores para desempenho da bomba para água pelos fatores de correção obtidos.53 = 42.7m Cálculo da potência viscosa: Qvisc x AMTvisc x ␥ 274 x ␩visc Potvisc = = 128.Entrando com esses dados na carta de viscosidade (Figura 110 – linha pontilhada). O Hydraulic Institute publicou uma tabela na qual.86 274 x 0.7m3/h Cálculo da AMT viscosa: AMTvisc = AMTag x CH = 58 x 0. As curvas dos fatores de redução da AMT são mostradas para 4 vazões distintas. obteremos: Pense e Anote C␩ = 0.80 = 0.99 CH = 0. 100.99 = 128.7 x 0. podemos obter os fatores de correção para as variáveis citadas.8Qoo) Cálculo do rendimento viscoso: ␩visc = ␩ag x C␩ = 0. 80. em função da vazão.96 = 55.53 Cálculo da vazão viscosa: Qvisc = Qag x CQ = 130 x 0. a eficiência e a vazão sofrem uma redução. 22 6.5 Engler° 15 60 50 220 160 Lubrificação A lubrificação adequada é fundamental para proporcionar campanhas longas para as bombas. é o de reduzir o atrito e o desgaste. como a de qualquer outro equipamento.6Qoo 0. Para tal.0Qoo 1.2Qoo Cq Cn mm²/s = cSt 11 8 22 0 19 2 15 45 91 16 12 61 16. 60. é necessário manter um filme de lubrificante separando as superfícies metálicas que possam entrar em contato. 4 45. O objetivo da lubrificação de uma bomba.5 10 8 40 30 25 20 4 . PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 191 . 5 2 11.2 5 30 4 6 5 70 17 0 21. 2 76 90 760 AMT (m) 200 150 100 80 60 40 30 25 20 15 10 8 6 4 420 300 1 .Pense e Anote FIGURA 110 CARTA DE CORREÇÃO DE VISCOSIDADE Ch 0.5 6 2 120 100 80 3 2 .8Qoo 1. 8 80 5 31 350 4 33. ou mesmo retificada. eles não mais se tocarão e não haverá mais desgastes. veremos que ela é formada por picos e vales. teremos contato de metal contra metal e. Havendo um deslizamento entre duas dessas superfícies. São as rugosidades. A propriedade mais importante do lubrificante para garantir esse filme de óleo é a viscosidade. os picos se chocarão e quebrarão. uma vez que necessitaremos de menor força para cisalhar o lubrificante do que para quebrar os picos do material metálico. com a continuação do movimento. A finalidade da lubrificação é a de manter um filme de uma espessura adequada através de um produto com características lubrificantes. Esse arrancar de pequenas partículas levará ao desgaste do material. Colocando entre essas superfícies uma película lubrificante. São dois os tipos de mancais utilizados em bombas: mancal de rolamento e mancal de deslizamento. desgaste. teremos uma redução do atrito. Além de reduzir ou eliminar o desgaste. um óleo que mantenha os picos afastados. Vejamos como funcionam.FIGURA 111 FILME LUBRIFICANTE SEPARANDO DUAS SUPERFÍCIES Pense e Anote F F Contato metálico F F Filme lubrificante Ampliando uma superfície metálica usinada. formando novos picos que. e assim sucessivamente. 192 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . evitando o contato metálico entre as duas superfícies. Sempre que a espessura desse filme for inferior à altura dos picos. se houver a formação desse filme lubrificante. conseqüentemente. Algumas bombas usam os dois tipos simultaneamente. também serão quebrados. ao começar a girar. MANCAIS DE ROLAMENTO A esfera de um rolamento possui uma área de apoio muito reduzida. o eixo bombeia o óleo lubrificante que se encontra entre ele e o mancal. Devido ao formato que o óleo assume no interior do mancal. a tendência do eixo é subir no mancal. é usual falar em cunha de óleo. Com esses esforços. ocasionando um contato metálico. mas dentro do limite elástico. Devido ao formato da curva de pressão criada. apóia-se na parte inferior do mancal. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 193 Pense e Anote . praticamente um ponto. Se o filme de óleo formado for mais espesso que as irregularidades da superfície do eixo. Ao iniciar a rotação. Qualquer força atuando numa área reduzida gera uma pressão muito elevada.FIGURA 112 POSIÇÃO DO EIXO NO MANCAL DE DESLIZAMENTO Óleo Óleo Óleo Eixo Eixo Eixo Eixo parado Eixo partindo Óleo Eixo girando Óleo Eixo Eixo F Pressão de óleo Distribuição da pressão F MANCAL DE DESLIZAMENTO Quando o eixo está parado. a tendência do eixo é deslocar-se para o lado oposto de seu movimento inicial. Se o filme de óleo romperse. a maioria desses mancais utiliza uma cobertura de metal bastante macio. ocorre uma deformação tanto na esfera quanto na pista. Para evitar danos no eixo. que elevará o eixo ligeiramente do mancal. criando uma pressão de óleo. só teremos desgaste na partida da máquina. Essa pressão irá gerar uma força. Mas. ou seja. chamada metal patente. teremos contato metal com metal. Em um rolamento submetido a uma carga. Normalmente. Os fabricantes de rolamentos afirmam que apenas 9% dos rolamentos atingem sua vida normal. ora estarão com carga. enquanto outras são sustentadas pelo mancal do acionador. já que ocasiona a falha do selo mecânico. 194 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . algumas bombas utilizam mancal próprio.uma vez cessada a força. quando chega a fundir os mancais. são utilizados principalmente mancais guias (buchas) para manter o eixo centrado na coluna. ou seja. Nas bombas verticais. o que pode levar à falha por fadiga. os mancais (com sua lubrificação) e a selagem são os itens que merecem mais atenção nas bombas. Leva também a roçamentos que podem gerar faíscas. O óleo possui uma propriedade bastante interessante. com freqüência. terá uma manutenção de alto custo e de tempo prolongado. juntamente com a carga. Como as esferas giram. Para sustentação do conjunto rotativo. o lubrificante fica submetido a pressões tão altas que se torna praticamente sólido. 91% falham antes do prazo esperado. o que evita o rompimento do filme de óleo formado. uma bomba. Caso as condições de rotação. que é um dos principais modos de falha dos rolamentos. Portanto. Sendo bem tratados e acompanhados. com o conseqüente vazamento do líquido bombeado. o que. O óleo lubrificante é Pense e Anote bombeado pelas esferas. dependendo do produto bombeado. formando um filme de óleo. Total atenção com mancais e selagem prolonga o tempo de campanha do equipamento!!! A falha catastrófica dos mancais é muito grave nas bombas. esse tipo é denominado de lubrificação elasto-hidrodinâmica. levem a uma vida curta dos rolamentos. mancais de rolamentos. pode gerar um incêndio. Nos rolamentos. reduzindo a pressão. Essa deformação aumenta a área de contato. a deformação deixa de existir. O API 610 fixa a vida mínima em 3 anos. As bombas centrífugas horizontais utilizam. Pelos motivos explicados. que separa as esferas das pistas do rolamento. As esferas na parte superior do rolamento estarão sem carga. somente as esferas inferiores absorverão os esforços. empregam-se mancais de deslizamento. que é a de aumentar a viscosidade com o aumento da pressão. podem proporcionar muitos ganhos. como o peso próprio do conjunto rotativo. ora sem carga. • Por névoa de óleo. é usual o emprego da graxa. retornando ao depósito da caixa de mancais. As caixas de mancais lubrificadas por graxa devem ser preenchidas. Existem três tipos principais de lubrificação com óleo. na sua maioria. • Forçada (ou pressurizada). que se comunica com o reservatório. Para garantir a lubrificação. lança o óleo contra a parede da caixa de mancais. existe um furo G. O nível ficará sempre na linha mais alta do chanfro do copo nivelador (Figura 113A). as rotações máximas admissíveis nos rolamentos são menores do que com óleo. é usual dotar o eixo de anel salpicador de óleo (ver Figura 113B). o óleo passa pelo furo F e vai para a parte traseira dos rolamentos. Óleo lubrificante É o principal produto utilizado na lubrificação de bombas centrífugas horizontais. Lubrificação por nível É usada com óleo lubrificante. Lubrificação por graxa Não é muito usada em mancais de bombas centrífugas nas refinarias. Com graxa. fazendo as vezes do lubrificante. Os fabricantes das bombas. Por exemplo. Para mancais de rolamento. • Próprio produto bombeado. O nível de óleo na caixa de mancais é mantido por meio de um copo nivelador. O anel salpicador fica parcialmente mergulhado no nível de óleo e. passando parte dele por dentro dos rolamentos.Os principais produtos utilizados na lubrificação das bombas são: Graxa. no máximo. o rolamento de contato angular 7316B pode trabalhar até 3. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 195 Pense e Anote . o furo E leva o óleo para a parte traseira do rolamento. o nível deve ficar situado no centro da esfera inferior. recomendam usar graxa à base de sabão de lítio e de consistência 2. em que o ambiente tem pós em suspensão. Nas indústrias. nível este que é medido com a bomba parada. ou até 4. que o direciona para os rolamentos. Para evitar que o nível fique alto nesta região. Óleo lubrificante. bombas de deslocamento positivo e em alguns tipos de acoplamentos (de engrenagem e de grade). garantindo que o nível máximo não será ultrapassado atrás do rolamento.200rpm com graxa. Do lado do mancal de escora. Nos motores elétricos.300rpm com óleo. ao girar. predomina a utilização da graxa na lubrificação dos rolamentos. passa pelo interior do mesmo. Este óleo escorre e cai numa canaleta coletora. • Por nível. No lado do rolamento radial. até 2/3 do seu volume. ficando restrita a algumas bombas pequenas. O óleo empregado na lubrificação de bombas é geralmente um tipo turbina com viscosidade ISO 68. Esse anel trabalha apoiado no eixo da bomba e é arrastado pelo seu giro. ao girar. seja devido à carga. Lubrificação forçada ou pressurizada Esse tipo de lubrificação é utilizado somente para mancais de deslizamento. Esse sistema é empregado quando a geração de calor no mancal é alta. Como fica parcialmente mergulhado no óleo.FIGURA 113A LUBRIFICAÇÃO POR NÍVEL NORMAL E COM ANEL PESCADOR Pense e Anote Copo nivelador Oleadeira Oleadeira Copo nivelador Nível de óleo Dreno Submergência Dreno Nível de óleo FIGURA 113B LUBRIFICAÇÃO COM ANEL SALPICADOR Canaleta coletora de óleo B E F F G Secção B-B G B Vista superior da caixa de mancais Algumas caixas de mancal de rolamentos usam anel pescador. O sistema de lubrificação forçado necessita. que pode ser de rolamento ou de deslizamento. no mínimo. de: uma bomba para circular o óleo. seja à rotação. depositando-o no eixo e seguindo daí para o mancal. um filtro de óleo 196 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . arrasta o óleo pela sua superfície interna. mas não é boa para lubrificação. em que são instalados os reclassificadores. Na parte superior. no qual é empregado um sistema de vórtice para pulverizar o óleo e misturá-lo com o ar. sistema de controle de pressão do óleo lubrificante. O óleo condensado e a névoa residual saem pelo dreno da caixa de mancal da bomba. em que temos duas bombas de lubrificação. temos uma válvula que possibilita drenar o óleo. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 197 . Próximo de cada equipamento. Na parte inferior desse coletor transparente. Alguns sistemas adotam apenas uma bomba de óleo lubrificante. Os sistemas mais sofisticados podem ter uma lubrificação segundo o API 614. Essa mistura é preparada em um gerador. geralmente de 50mbar. e a segunda é a de coalescer (reclassificar ou aumentar o tamanho) as partículas de óleo para diâmetros superiores a 3 mícrons de modo que fiquem adequadas para lubrificação. corresponde um reclassificador. geralmente de 2 polegadas de diâmetro. O óleo condensado fica na caixa ecológica. que permite avaliar visualmente o estado do óleo. temos uma tubulação de inox de 3/8” que vai até uma caixa com cerca de 4 litros. saem as linhas de distribuição da névoa. a caixa de mancal trabalha sem nível de óleo. A partir do reclassificador. O reclassificador possui duas funções básicas: a primeira é dosar a quantidade de névoa que será fornecida. Do gerador. um resfriador e uma válvula de segurança. dois resfriadores de óleo. Elas possuem um pequeno caimento de modo que qualquer óleo condensado que venha a aparecer retornará ao tanque do sistema gerador. necessitam de um anel pescador nos mancais para garantir a lubrificação durante a partida e a parada da bomba. onde existe um coletor transparente. A pressão de distribuição é bem baixa. alarmes e cortes por pressão de óleo e por temperatura dos mancais.Pense e Anote (geralmente duplo). denominado coletor ecológico. duas válvulas de alívio. Nesse caso. que desce até cerca de 1 metro de altura da bomba. o que equivale a 0. sai uma linha de inox de 1/4” que vai até o ponto a ser lubrificado. A névoa gerada possui partículas de óleo inferiores a 3 mícrons. sai pelo topo da linha de distribuição uma linha de 3/4” de diâmetro. da qual posteriormente retirado. acionada pelo eixo da bomba principal. Para cada ponto a ser lubrificado. Este possui uma válvula de drenagem de óleo condensado e seis conexões roscadas. sendo adequada para ser transportada. As principais vantagens desse sistema são: Aumento da vida dos rolamentos.05kgf/cm2 ou 20pol H2O. dois filtros. pela qual sai a névoa não condensada para a atmosfera ou para um sistema de recuperação de névoa residual. entre outros dispositivos. Lubrificação por névoa Esse tipo de lubrificação trabalha com uma mistura de ar e óleo na proporção de 200 mil partes de ar para 1 parte de óleo (5ppm). onde é instalado um distribuidor. Na tampa desta caixa temos uma linha de vent. Nesse tipo de lubrificação. Por ficar levemente pressurizada. do cachimbo. não entram umidade nem pós na caixa de mancais. anéis salpicadores e pescadores (este último só no caso de rolamentos). a potência consumida pela bomba cai. Na maioria dos casos. a água de resfriamento pode ser eliminada da caixa de mancais.Redução da temperatura da caixa de mancais (em média 15%). Eliminação do uso de copo nivelador. Os rolamentos trabalham com um óleo sempre limpo. Como o coeficiente de atrito é menor. Pense e Anote FIGURA 114 SISTEMA DE GERAÇÃO E DE DISTRIBUIÇÃO DE NÉVOA Sistema de LubriMist ® Típico Motor elétrico Tubo 3/4” Perna de dreno Bomba Tubulação principal 2” Reclassificador Distribuidor Reclassificador Distribuidor Coletor ecológico Válvula de dreno Console gerador de névoa modelo IVT Baixada Distribuidor Sistema de Distribuição FIGURA 115 NÉVOA PURA PARA BOMBAS API ANTIGAS E NOVAS Reclassificador Distribuidor Tubing 1/4” Coletor transparente Tubing 3/8” Ladrão Dreno de cléo Vent Coletor ecológico Névoa para bombas antigas Névoa para bombas API novas 198 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . maior a vazão de névoa. Somente este modelo é montado no distribuidor. O reclassificador do tipo névoa possui a numeração 501. sendo roscado na caixa de mancal e com seu furo apontado para o centro da esfera do rolamento (ver Figura 117). a névoa entra pelo centro da caixa de mancais e sai pelo centro. O reclassificador mais usado é o tipo névoa (ver Figura 116). quando especificado que serão lubrificadas por névoa. Quanto maior o número. 502. o fabricante já fornece entradas independentes para cada mancal.Nas bombas tipo API anteriores à 8a edição. Os outros são montados próximo ao ponto a ser lubrificado. FIGURA 116 TIPOS DE RECLASSIFICADORES Spray Névoa Condensado Direcional Furo PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 199 Pense e Anote . obrigando toda névoa injetada a passar pelos rolamentos (Figura 115). 503. Nas novas. O tipo spray forma uma névoa mais densa e é usado quando temos rolamentos de rolos. O reclassificador direcional é empregado principalmente em bombas BB. O tipo condensado forma gotículas maiores de óleo e é utilizado para engrenagens. 504 e 505. Ele possui uma marca externa para orientar a posição do furo durante a montagem. nesse tipo de mancal. é adotado o sistema de névoa de purga. FIGURA 118 NÉVOA DE PURGA Reclassificador Distribuidor Válvula de dreno Controle de nível Óleo Para caixa coletora Visor de acrílico Os mancais de deslizamento necessitam de óleo para a formação da cunha que irá garantir a sustentação do eixo. sendo mantido o nível de lubrificante original.FIGURA 117 Pense e Anote UTILIZAÇÃO DO RECLASSIFICADOR DIRECIONAL Reclassificador direcional Reclassificador direcional Coletor ecológico O sistema de névoa até agora descrito é denominado névoa pura. Por isso. Essa névoa serve para pressurizar a caixa de mancal (evitar a entrada de umidade e pós) e para completar o nível de óleo. Existe também o de névoa de purga. 200 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . Nessas bombas. ambas sem selagem. As bobinas do motor ficam separadas do rotor por um cilindro de chapa. também é usual o líquido bombeado ser utilizado na lubrificação dos mancais. possui o impelidor montado no eixo do motor elétrico. o mancal costuma ser de carbeto de tungstênio ou carbeto de silício. que significa “enlatada” em inglês. daí seu nome. nas quais o próprio fluido bombeado lubrifica os mancais guias. A bomba canned.Lubrificação pelo próprio fluido Muito usada em bombas verticais. Nas bombas com acoplamento magnético e nas bombas canned. 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 Pense e Anote . O fabricante do óleo já o fornece com 100ppm de água. desalinhamento entre bomba e acionador. é necessária a realização de testes específicos de laboratório. 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. A umidade no óleo lubrificante é um dos vilões que o levam a falhar prematuramente por deficiência de lubrificação. AO NÍVEL DE ÓLEO OU À QUANTIDADE DE GRAXA INADEQUADOS NAS CAIXAS DE MANCAIS AOS ESFORÇOS ELEVADOS Vibração. produtos de 2a linha. pós etc. esforços da tubulação etc. À OPERAÇÃO DA BOMBA FORA DO PONTO DE PROJETO Cavitação. ÀS TOLERÂNCIAS INCORRETAS Diâmetro do eixo. desbalanceamento. abastecimento com funil ou regador sujo etc. Para identificá-la. diâmetro da caixa. Somente com aplicação de vá202 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . AO DESALINHAMENTO ENTRE OS DOIS ALOJAMENTOS DOS ROLAMENTOS À QUALIDADE DOS ROLAMENTOS Falsificação. estocagem inadequada etc. À ENTRADA DE SÓLIDOS NA CAIXA DE MANCAL Catalisadores. a água está dissolvida no óleo e não é percebida. vapores e gases. À QUALIDADE E LIMPEZA DO LUBRIFICANTE Viscosidade não adequada. raios de concordância etc. recirculação. Nem por centrifugação ela consegue ser separada porque está dissolvida. À ENTRADA DE FLUIDOS ESTRANHOS NA CAIXA DE MANCAL Água. AO AQUECIMENTO EXCESSIVO DO LUBRIFICANTE Oxidação e redução da vida do óleo. produto bombeado. aumento de esforços radiais e axiais. sujeiras etc. Nesses níveis.As principais falhas dos mancais das bombas são devido: À MONTAGEM INADEQUADA Pense e Anote Pancadas. 000 = 0. o que reduz significativamente sua vida. ao passar de 100 para 200ppm. o que significa que o rolamento aumentaria sua vida em 2. A temperatura de trabalho do óleo é um fator importante para sua vida e. a vida do rolamento é considerada normal. a SKF mostra que um óleo trabalhando na temperatura de 30ºC dura 30 anos. a do mancal. é que a água consegue ser detectada visualmente no óleo. maior a oxidação. Nos percentuais mais baixos de água. passaria a ser a cada 2. nas temperaturas usuais da caixa de mancal. Na Figura 120.Pense e Anote cuo ou com processos de transferência de massa é conseguida a separação. A principal fonte de água no óleo é a umidade do ar. ou pouco mais de 5 meses. A Figura 120 mostra que.000. Por outro lado. Se a falha ocorresse a cada ano. Quanto maior a temperatura.3 vezes. O rolamento que teria vida útil de 1 ano passaria para 0. O mesmo óleo a 100ºC dura apenas 3 meses. Após 350ppm. recebendo o valor de 100%. temos um gráfico com a vida relativa do rolamento em função da umidade existente no óleo. o rolamento teria uma vida relativa de 230%.000. Com 100ppm de água.000ppm. a maioria dos óleos das caixas de mancais das bombas deve estar com mais de 300ppm de água. a queda passa a ser bem lenta. um pequeno aumento na concentração de água causa redução considerável. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 203 . a vida será reduzida para 45% da normal.03 100 = 0. degradando rapidamente o óleo.03% o que significa algumas gotas numa caixa de mancais.3 anos.45 ano. porque fica emulsionada. Depois dos 1. Os óleos usados em lubrificação possuem aditivos antioxidantes que são consumidos mais rapidamente à medida que o trabalho é executado em temperaturas altas. a redução é de quase 50% na vida útil.000 = 3 10. ficando em 25ppm. se a umidade aumentar três vezes. Provavelmente. como conseqüência. indo para 300ppm. Na Figura 121. 300ppm de teor de água significa que temos 300 partes de água em cada 1. Se a umidade do óleo baixasse em quatro vezes. Isto corresponde a 300 ppm = 300 1.000 de partes da mistura água/óleo. FIGURA 120 VIDA RELATIVA DOS ROLAMENTOS VERSUS TEOR DE ÁGUA NO ÓLEO Pense e Anote Vida relativa dos rolamentos 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) 204 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . Os acoplamentos rígidos não possuem essas funções. Os óleos lubrificantes usados nas bombas são normalmente do tipo turbina com viscosidade ISO 68 como. LUBRIFICAÇÃO POR NÉVOA A lubrificação é realizada por uma mistura de ar com óleo na proporção de 5ppm de óleo. conseqüentemente. A lubrificação por óleo pode ser por: LUBRIFICAÇÃO POR NÍVEL Pode ser com ajuda de anel salpicador (fixo ao eixo). A temperatura do óleo lubrificante e o teor de água no óleo são dois fatores que.Resumo Os mancais das bombas são lubrificados por: graxa. Acoplamento A função básica do acoplamento é a de transmitir o torque do acionador para a bomba. reduzem sensivelmente a vida dos lubrificantes e. Os acoplamentos flexíveis possuem como funções complementares: absorver desalinhamentos e amortecer vibrações que poderiam ser transmitidas de uma máquina para outra. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 205 Pense e Anote . óleo lubrificante ou pelo próprio produto bombeado. o Marbrax 68. dos mancais. As caixas de mancais para graxa devem ser preenchidas apenas com 2/3 do seu volume. ou anel pescador (arrastado pelo giro do eixo). LUBRIFICAÇÃO FORÇADA A vazão e a pressão de óleo são fornecidas por uma bomba de lubrificação. O nível de óleo normalmente é no meio da esfera inferior do rolamento. por exemplo. quando altos. A principal graxa utilizada nos rolamentos é à base de sabão de lítio e de consistência 2. FIGURA 122 TIPOS DE ACOPLAMENTOS Pense e Anote A GRADES B LÂMINAS FLEXÍVEIS C GARRAS D PINOS COM ELASTÔMEROS E CORRENTES F LÂMINAS COM ESPAÇADOR G GRADES COM EIXO H ENGRENAGENS FLUTUANTE I TIPO PNEU J RÍGIDO K LÂMINAS COM ESPAÇADOR Furo máximo Diâmetro máximo DBSE distância entre pontas de eixo DE LÂMINAS FLEXÍVEIS 206 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . Temos sempre de verificar se a rotação máxima recomendada pelo fabricante atende à de trabalho do equipamento e se o furo máximo permitido comporta tanto o eixo da bomba quanto o do acionador. um em cada extremidade. Consiste no uso de dois acoplamentos. Tipo pneu. Os principais tipos empregados são: Rígido. o que ocorre a cada 6 meses. No caso de bombas em balanço. tipo BB. No caso de bombas centrífugas. são fornecidos coeficientes de segurança ou de serviço.Existe uma grande diversidade de acoplamentos. Em bombas com impelidor entre os mancais. Atualmente. Quando a distância é muito grande entre as pontas de eixo. podemos adotar o acoplamento com eixo flutuante. Nesses casos. O acoplamento rígido é simplesmente uma conexão. Bombas horizontais não utilizam esse tipo de acoplamento. Custo da mão-de-obra e da graxa empregada na lubrificação. como as OH1 e OH2. devemos sempre utilizar o catálogo do fabricante. a graxa tomará caminhos preferenciais. De correntes. Se lubrificarmos sem abrir o acoplamento. De pinos amortecedores. o emprego do espaçador pode levar a um peso excessivo no acoplamento. é o espaçador que permite que elas sejam retiradas da base sem necessidade de movimentar o acionador e a sua carcaça. De garras com elastômero. é comum o uso de um espaçador no acoplamento. De engrenagens. que são valores a serem multiplicados pela potência para a seleção. os dois acoplamentos utilizados são híbridos. Na seleção de um acoplamento. Nos catálogos. realizando apenas uma renovação parcial. Os acoplamentos são dimensionados principalmente pelo torque. Os lubrificados possuem as seguintes desvantagens: Necessidade de parar a bomba para sua lubrificação. FS. Necessidade de abrir o acoplamento para retirar a graxa antiga. metade flexível e metade rígido. Para facilitar a desmontagem das bombas. De lâminas ou discos flexíveis. Este último costuma ter o diâmetro maior. Geralmente. os fabricantes quase sempre especificam PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 207 Pense e Anote . interligados por um eixo. é o espaçador que permite a troca do rolamento e do selo do lado acoplado sem grandes desmontagens. a preferência é pelos acoplamentos que não exigem lubrificação. É bastante usado em bombas verticais quando seu eixo é sustentado pelo mancal do acionador. 7 23.1.8 14.550rpm Diâmetro eixo bomba – 60mm Diâmetro eixo motor – 70mm TABELA 26 DADOS DO ACOPLAMENTO Tamanho 4M 5M 6M 7M 8M 9M 10M 11M rpm máximo 6. Dados: Potência – 60hp Rotação – 3. A distância entre as pontas dos eixos é de 127mm (5"). embora saibamos que a bomba normalmente exige menos potência.000 6.0 Adotando o fator de segurança de 1.000rpm 1.0 23.0 27.7 34.0 Furo máximo 33 38 46 56 67 71 83 91 Peso kg s/furo 2.0 5. acionador x FS = 60 x 1. O diâmetro na região do acoplamento do eixo da bomba é de 60mm e do motor é de 70mm.500 3.550rpm e cujo motor possui a potência de 60hp. PROBLEMA 10 Selecionar um acoplamento para uma bomba que gira a 3.9 11.0 . Essa sobra fica como um fator de segurança adicional.5 6.1 = 66hp 208 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas .600 Máx. Usar a tabela fornecida a seguir para acoplamento tipo M.000 6.FS = 1. Entretanto.1.000 4.8 17. sempre utilizamos a potência de placa do acionador.7 3. por Pense e Anote exemplo.6 4. Para efeito de dimensionamento.000 5. principalmente nos acoplamentos de lâminas flexíveis. FS = 1.750 3. temos: Potência para seleção = Pot. é aconselhável usar segurança adicional. hp/ 1.3 2. adotando.000 6.2 3.0 16. poderemos consultar o fabricante do acoplamento sobre o novo limite de rotação.000 é devido ao fato de a tabela de seleção estar baseada em hp/1000rpm. igual ou superior a 1.550rpm) e o furo máximo admissível é de 83mm (bomba 60mm e motor 70mm). Sua rotação máxima admitida é de 3. Temos também de verificar se a rotação máxima especificada pelo fabricante do acoplamento atende à rotação da bomba. o acoplamento escolhido atende e deverá ser de 10M com espaçador de 127mm. escolher um outro modelo de acoplamento que comporte a rotação desejada.Cálculo do torque: Torque = Pot Pot 66 66 = = = = 18.000 3.750rpm (a da bomba é 3. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 209 Pense e Anote . Se ainda assim não atender. Esta unidade é bastante comum nos catálogos de seleção dos acoplamentos. há necessidade de verificar se ele comporta os diâmetros dos eixos da bomba e do acionador.000rpm Rot rpm/1.55 A divisão da rpm por 1. caso ele seja balanceado dinamicamente.6.7hp/1. Essas letras são de Distance Between Shafts End. usar sempre um fator de serviço. Entrando na tabela com o valor imediatamente acima de 18.1. FS. aparecem as letras DBSE com relação ao acoplamento. achamos 23. Os acoplamentos são dimensionados pela capacidade de transmitir torque (potência/rotação). o que corresponde ao acoplamento 10M. que significa “o afastamento entre as pontas dos eixos do acionador e do acionado”. Em alguns desenhos de equipamentos vindos do exterior. Se o furo máximo fosse inferior ao desejado. Quando dimensionar um acoplamento para bombas. 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. Portanto.000rpm.550/1000 3.6 hp/1. Uma vez selecionado. Se a rotação máxima permitida do acoplamento selecionado for inferior à desejada. teríamos de selecionar um tamanho acima que comportasse o diâmetro do eixo. principalmente. Escolhido o tamanho da bomba. É usual.Seleção de bombas As bombas são escolhidas. entre outras coisas. o que permite o cálculo da potência consumida.55cSt Pressão de vapor a 80ºC – 0. Algumas partes da especificação provêm de normas. Vamos a um exemplo de seleção de uma bomba.6kg/cm2M AMT – 200m NPSHdisp – 10m Produto bombeado – querosene Densidade – 0. que possuem NPSH requerido mais baixo. 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. o diâmetro do impelidor. consultar alguns fabricantes para garantir a existência e a disponibilidade de bombas que atendam ao desejado. Sempre que possível. de modo que teremos uma coluna de líquido sobre o impelidor. o NPSH requerido e a potência para uma bomba que irá trabalhar nas seguintes condições: Vazão – 50m3/h Pressão de sucção – 0. podemos especificar uma bomba de dupla sucção ou uma com indutor de NPSH. Líquidos inflamáveis ou perigosos com pressão de descarga acima de 100bar.8kg/cm2A 210 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . PROBLEMA 11 Determinar o modelo da bomba. como no caso do API 610 que. Se. aumentando o NPSH disponível. O NPSH requerido na vazão especificada terá de ser menor do que o NPSH disponível.80 Temperatura – 30ºC Viscosidade – 1. entramos na sua família de curvas e definimos o diâmetro do impelidor. a bomba deve ser escolhida para trabalhar perto do seu BEP – Ponto de Máxima Eficiência. se o NPSH disponível pelo sistema for muito baixo.6kg/cm2M Pressão de descarga – 16. evitando assim que venha a ter problemas de recirculação interna e esforços radiais maiores. recomenda carcaça partida radialmente para os seguintes casos: Temperatura do produto maior ou igual a 200ºC. antes de fazer a especificação final.7 na temperatura de bombeamento. Uma vez escolhido o fabricante e o tipo da bomba a ser usada. essas bombas não atenderem. o NPSH requerido e o rendimento. podemos optar por uma bomba vertical com o comprimento adequado. Exemplificando. Líquidos inflamáveis ou perigosos com densidade menor do que 0. ainda assim. em função das suas caracte- Pense e Anote rísticas. 8 = 60. entramos na Figura 123 para bombas com 3. Figura 124. FIGURA 123 CARTA DE SELEÇÃO DE TAMANHOS H (m) n = 3500 40 . Rendimento = 49% NPSHreq = 7m Potência = 76cv para água cuja densidade = 1 A potência varia diretamente com a densidade (ou peso específico).125 65 125 Q (m³/h) Como a viscosidade do querosene é baixa.200 65 250 80 .160 50 160 65 160 80 . temos: 1cv = 0. e marcamos o ponto de trabalho.250 40 . Para querosene com densidade de 0.125 50 .160 40 . não necessitamos de fatores de correção.8cv Da Tabela 11.315 50 250 50 .550rpm e determinamos a bomba 40-315.200 100 200 32 . a potência será de: Pot = 76 x 0.200 65 .250 40 200 80 .250 32 . o NPSH requerido e a potência para água. obtemos o diâmetro do impelidor. com a vazão e com a AMT.160 100 160 32 .986hp PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 211 .125 40 . Com esse ponto.Pense e Anote Com a vazão de 50m3/h e com a AMT = 200m. Diâmetro do impelidor = 322mm.200 32 .315 50 . Entramos nas curvas da bomba 40-315.8. o rendimento. 986 Pense e Anote Poderíamos também ter estimado a potência de uma forma mais precisa pela fórmula: EQUAÇÃO 7 Pot = Q x AMT x ␥ 50 x 200 x 0.6hp 274 x 0.8cv x 0.8 = = 59.49 274 ␩ FIGURA 124 CURVAS DA BOMBA 40-315 212 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas .A potência consumida em hp será: hp = 59.9hp cv Pot = 60. Resumo Depois de escolhidos o tipo e o fabricante da bomba. 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 tentar uma bomba de tamanho imediatamente acima ou uma outra com menor rotação. Se o NPSH não atender. Verificamos então se o NPSH requerido é inferior ao NPSH disponível do sistema. Muitas vezes o problema está nas condições do processo ou no sistema e.A pequena diferença de potência encontrada pelos dois métodos é devido à imprecisão do gráfico. Com o tamanho escolhido. como o vazamento pelo selo ou o travamento do conjunto rotativo. Podemos retirar também o rendimento e o NPSH requerido a partir da vazão desejada. o que logicamente levaria a uma bomba maior. nesse caso. entramos na família de curvas de AMT x vazão dessa bomba para escolher o tamanho do impelidor que irá atender ao especificado. necessita de análise para determinar as ações a serem tomadas. o NPSHdisp > NPSHreq. problemas PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 213 Pense e Anote . Podemos também calcular a potência pela sua fórmula (equação 7). Antes de abrir uma bomba que não esteja cumprindo seu papel adequadamente. como vazamento ou vibração alta. portanto. Como o NPSH disponível é de 10m e o requerido é de 7m e. devemos ter certeza de que o problema é da bomba. a abertura da bomba não é a solução para o caso. Algumas situações permitem um diagnóstico imediato da falha. 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. Análise de problemas de bombas centrífugas Toda bomba que deixa de atender ao processo ou apresenta algum sintoma que resulta em risco operacional. a bomba selecionada atende. Folgas de anéis de desgaste e das buchas dentro de valores recomendados. Bombas que não estão atendendo em vazão ou pressão na descarga Uma bomba. seja pela imprecisão do método de medição no campo. A seguir. por serem peças fundidas. 214 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . analisaremos os problemas mais freqüentes que ocorrem na operação de bombas centrífugas e que necessitam de investigação.estes que são visíveis. Figura 125. 5. Pequenos desvios em relação aos pontos das curvas são aceitáveis. estando em boas condições. Na abertura da bomba. 6. Outros tipos de situações neces- Pense e Anote sitam de uma investigação para determinar sua causa. No diagrama de bloco a seguir. procuramos fazer essa análise partindo das verificações mais fáceis de serem executadas para as mais trabalhosas. seja pela diferença de desempenho de um impelidor para outro que. Bombas com vazamentos. o problema pode ser enquadrado em mais de uma das situações acima. Partimos do pressuposto de que a bomba operava satisfatoriamente antes. Entende-se como em boas condições: 1. 7. Líquido dentro das condições de projeto (densidade e viscosidade). Muitas vezes. NPSH disponível acima do requerido (sem cavitação). Rotação correta. Impelidor no diâmetro correto e sem problemas de desgaste ou obstrução interna. Vamos dividi-los em cinco categorias principais: Bombas que não estão atendendo em vazão ou pressão de descarga. Bombas que apresentam vibração ou ruído. 3. Bombas que apresentam aquecimento excessivo nos mancais. ou seja. 2. Não devemos apenas substituir as peças danificadas. Bombas que estão exigindo potência acima da esperada. sempre apresentam pequenas variações na forma. 4. deve trabalhar sobre suas curvas de AMT e de potência versus vazão. as peças devem ser examinadas para identificar o motivo da falha. não é um problema de projeto ou da seleção da bomba para a aplicação na qual está sendo utilizada. Carcaça ou difusores sem desgaste. mas tentar entender que motivo levou à falha e tomar as providências para evitar sua repetição. Vazão acima da mínima de fluxo estável (sem recirculação interna). FIGURA 125 DIAGRAMA PARA DETERMINAÇÃO DE PROBLEMAS DE VAZÃO OU BAIXA PRESSÃO DE DESCARGA EM BOMBAS CENTRÍFUGAS Problema de baixa vazão ou pressão na descarga INÍCIO Bomba opera cavitando? N Bomba está escorvada? N Verificar abrindo vent da carcaça (cuidado se a bomba tiver vácuo na sucção) S S N N Vazão > projeto? Rotação correta? Corrigir rotação S S Corrigir a vazão Viscosidade e densidade normais? N Solicitar correção para operação S S Pressão de sucção normal? N Ponto AMT x Q igual da curva? N Desgaste interno S Desgaste interno Ponto POT x q igual da curva? N Desgaste interno S Verificar motivo do aumento da perda de carga na sucção Bomba em bom estado PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 215 Pense e Anote . como válvula parcialmen✔Bomba operando com vazão mais alta do que a de projeto. não está conseguindo aumentar sua vazão. uma boa parte da vazão irá retornar internamente da descarga para a sucção. sua origem é: mais propício à cavitação. convém verificar a possibilidade de estar entrando ar pelas juntas dos flanges ou pela selagem. ✔Desgaste no impelidor. ✔Aumento da viscosidade do líquido (caso de líquidos viscosos). filtro sujo etc. normalmente. o NPSH disponível já é alto. a recirculação interna. No segundo estágio. Cavitação só ocorre no primeiro estágio de bombas multi-estágios. Para efeito de cavitação. reduzindo a pressão de sucção e o NPSH disponível. 216 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . Cavitação ocorre. A cavita- Pense e Anote ção é facilmente identificável pelo ruído característico. se os anéis de desgaste ou a luva espaçadora entre o primeiro e o segundo estágios estiverem com folga excessiva. que pode ocorrer pela redução da temperatura de bombeamento. Nos casos de bombas com pressão de sucção negativa. Se a resposta à pergunta sobre cavitação for positiva. ou seja. Se for decorrente do desgaste da bomba (aumento do NPSH requerido). ✔Alguma obstrução parcial na linha de sucção. alterando suas características na região de sucção. O aumento da viscosidade aumenta as perdas de carga. que pode ter sua origem em: te fechada. pela alta vibração e pela oscilação das pressões de sucção e da descarga. que ocorre quando trabalhamos com vazões baixas. não é uma causa provável. uma das prováveis causas é o aumento da perda de carga na linha de sucção (redução do NPSH disponível). quando a bomba está trabalhando com vazões altas.A BOMB A ESTÁ CA VIT ANDO? BOMBA CAVIT VITANDO? Começamos com esta pergunta por ser a mais fácil de responder. por exemplo. Como a bomba está apresentando baixo desempenho. portanto. parecido com o de “batida de pedras” na carcaça. Vazão maior significa maior NPSH requerido e menor NPSH disponível. tornando o NPSH disponível inferior ao NPSH requerido. Desgastes na região da voluta não afetam o NPSH requerido. ✔Bomba com folgas internas altas. é como se estivesse bombeando adicionalmente esse acréscimo de vazão. O melhor meio de aumentar o NPSH disponível é aumentar a altura da coluna de líquido (nível do vaso). desde que as condições demandadas pelo processo (antes e depois da bomba) o permitam.Pense e Anote Os meios de tirar uma bomba da condição de cavitação. Verificar a possibilidade de aumentar o nível do líquido no vaso de sucção. Portanto. ou a simplificação do encaminhamento da linha. o qual resiste mais à cavitação. 6. Alguns sistemas possuem controle de nível nesse vaso. aumentando apenas o tempo de falha do impelidor. alterar o valor de controle (set point). Verificar com o fabricante da bomba se existe outro modelo de impelidor que atende a necessidade do processo e com NPSH requerido mais baixo para essa carcaça. verificando se o filtro da sucção está sujo ou se alguma válvula está parcialmente fechada. que possui 12% de Cr. alterar a temperatura do líquido para mudar a pressão de vapor no caso de vasos fechados não resolverá o problema. Resfriar o líquido (reduz a pressão de vapor). 7. 5. A pressão de vapor acaba se cancelando. Limitar a vazão máxima da bomba em um valor em que não tenhamos ruído ou vibração. 9. em que temos equilíbrio entre as fases líquidas e de vapor (ver Figura 126). 8. Elevar o vaso de sucção ou rebaixar a bomba. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 217 . Dentre os materiais usuais. por ordem de facilidade. Essa solução tenta atenuar o efeito da cavitação. 2. o que apresenta menor desgaste é o ASTM A-743 CA6NM. por exemplo. com a conseqüente redução da perda de carga. Verificar se o modelo da bomba permite a instalação de um indutor de NPSH. são: 1. É usada para conviver com o problema. ou reduzir as perdas de carga na linha de sucção. ou a eliminação de acessórios instalados nela. 4. 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. Avaliar se o aumento do diâmetro da linha de sucção. 3. uma vez que a ela é somada para aumentar a pressão na sucção Ps. Quando a bomba succiona de um vaso fechado. trará o ganho necessário para evitar a cavitação. Reduzir a perda de carga na linha de sucção. Alterar o material do impelidor para aço inoxidável. nesse caso. bastando. mas depois ela é subtraída para obter o NPSH disponível. permitindo a for✔O líquido contém quantidade excessiva de gases dissolvidos. a bomba pode não atender ao processo. A solução. Portanto. te no caso de bomba com pressão negativa na sucção). Podemos abrir um pouco o vent da carcaça. Caso não consigamos devido ao fato de a potência do acionador já ser a máxima. mação de vórtice e. que apresenta alguma deficiência. é ajustar a rotação. nesse caso. conseqüentemente. entrada de ar ou de gases. A ROTAÇÃO ESTÁ CORRETA? Sabemos que a vazão varia diretamente com a rotação e a AMT com o seu quadrado. que está exigindo maior potência ou do acionador. As razões para isso podem ser: da) antes da partida. o que reduzirá seu desempenho. temos de diagnosticar se o problema é da bomba. 218 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . é sinal de que não temos apenas líquido no interior da bomba. ✔A bomba pode não ter sido completamente cheia de líquido (escorva✔Entrada de ar pelas juntas da linha de sucção ou pelas gaxetas (somen✔A submersão da linha de sucção pode ser pequena. passamos ao seguinte questionamento: A BOMBA ESTÁ ESCORVADA? A verificação pode ser feita com a bomba em funcionamento. se a rotação estiver mais baixa.FIGURA 126 PRESSÃO DE VAPOR E NPSH Pense e Anote Pvap Altura da coluna do líquido h Ps Ps = P vapor + P col líq – perdas de carga NPSHdisp = Ps + Patm – Pvap ␥ + V2 +h 2g Caso a bomba não esteja cavitando. vamos ao passo seguinte. Se vapores saírem. Se tudo estiver correto. para um mesmo produto. maior a viscosidade. ela poderá não atender às necessidades do processo. podemos verificar se está trabalhando sobre sua curva original. ou próximo a ela.A rotação pode ser medida por meio de tacômetros com fita de reflexão ou por meio de aparelhos de vibração que possuam filtros de freqüências. Dependendo dessa alteração. A modificação da temperatura influencia também o peso específico (ou a densidade) do produto. reduzindo a AMT. ainda. muito empregadas nas turbinas mais antigas. exigindo da bomba para a mesma vazão AMT maior. Se não tiverem potência suficiente para trabalhar na rotação especificada. Baixa rotação só ocorre em turbinas a vapor. motores de combustão interna. irão atuar o sistema de proteção por alta corrente elétrica ou queimarão. A viscosidade também altera a curva da bomba. a não ser em casos de grandes variações de temperaturas. essas variações de densidade costumam ser pequenas. a vazão e o rendimento. Quanto menor a temperatura. Se o peso específico ␥ for reduzido. Portanto. nas buchas entre estágios ou. Se a bomba estiver com folgas internas excessivas nos anéis de desgaste. Necessitamos. devido a um pequeno aumento da carga. ela terá seu desempenho alterado. O PRODUTO ESTÁ COM SUAS ESPECIFICAÇÕES CORRETAS? O aumento de viscosidade atua de dois modos negativos no desempenho da bomba: aumenta a perda de carga nas linhas de sucção e de descarga. e afeta negativamente o desempenho da bomba. Quanto maior a viscosidade. A AMT (head) fornecida pela bomba centrífuga para uma determinada vazão é sempre a mesma. menor a vazão e a pressão de descarga numa bomba centrífuga. ou com motores elétricos que possam ter sua rotação modificada. Motores elétricos comuns trabalham sempre na rotação especificada. Grande parte das bombas usadas em refiPETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 219 Pense e Anote . saber a vazão e a AMT da bomba e dispor de sua curva para essa verificação. Ocorrendo modificação do peso específico (␥). A potência também irá variar diretamente com o peso específico. Na prática. Podem também ser usados freqüencímetros de lâminas (tacômetros de Frahm). temos alteração das pressões e da potência. A BOMBA ESTÁ OPERANDO EM UM PONTO DA SUA CURVA DE AMT X VAZÃO? De posse da AMT e da vazão da bomba. a pressão também será reduzida na mesma proporção. não devemos desprezar sua importância no diagnóstico de problemas nas bombas que trabalham com líquidos viscosos. A alteração da temperatura de bombeamento é uma das principais responsáveis pela alteração da viscosidade. portanto. com o impelidor e/ou a carcaça desgastada. A AMT pode ser calculada simplificadamente com um manômetro na sucção e outro na descarga. a rotação e as condições do produto (a densidade e a viscosidade). que pode servir para adaptar o manômetro. Nessa região. Se os manômetros estiverem muito afastados da linha de centro da bomba. Quando não dispomos de indicação de vazão. como válvulas. corrigir os valores da pressão.narias tem medidor de vazão. Em último caso. ela necessita ser aberta para verificar internamente qual é o problema. Cuidados devem ser tomados com a duração do teste devido à possibilidade de vaporização do líquido bombeado. 220 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . normalmente no flange de sucção da bomba. estando todos dentro dos valores considerados normais. Caso ele não exista. O problema então deve ser do sistema ou do líquido bombeado. costumam ocorrer pulsações. é usual levantar a AMT com vazão nula ( shutoff ). analisar se é possível calcular a vazão pela variação do nível de um vaso ou tanque na sucção Pense e Anote ou na descarga. já verificamos o NPSH. Existe a possibilidade de obter a vazão por meio de medidores externos adaptados à linha. Manômetros próximos de curvas ou de qualquer acidente. valor que é numericamente igual à densidade Nem sempre a bomba dispõe de um manômetro na sucção. o que dificulta a medição. a bomba está boa. AMT = 10 x (Pd – Ps) ␥ 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. É desejável ter uma válvula de bloqueio antes do manômetro. a escorva. oscilam muito e falseiam as pressões lidas. Nesse caso. Comparamos o ponto de AMT levantado com o da curva da bomba para a mesma vazão. podemos adaptar um dreno ou vent próximo da bomba. Anteriormente. pelo roteiro. costuma ter um orifício de 1/4”. Caso o ponto levantado esteja fora da curva da bomba. que pode servir para amortecer pulsações da pressão. Na maioria das vezes. o problema é da bomba. Se o desvio for pequeno. 5 93.90 0. os valores são válidos para 440V também.4 90.86 0. podemos avaliar grosseiramente a sua potência.91 0. o erro será pequeno.85 0. Quando a bomba é acionada por motor elétrico.78 0.88 0.88 75% carga 100% carga 50% carga 90.3 92.85 0.5 91. Ex. medindo a sua corrente e comparando-a com a da plaqueta.1 91.90 ␩ 745.VERIFICAR SE A POTÊNCIA ESTÁ SOBRE A CURVA Essa verificação é feita para complementar o diagnóstico. Se a corrente estiver acima de 80% da nominal do motor.1 92.7 Para sistemas trifásicos Pot V I FP – Potência em hp – Voltagem em V – Corrente em A – Fator de potência – Rendimento do motor.85 0.90 0.90 0. Os setores de elétrica possuem aparelhos que permitem esses levantamentos.2 92. Embora a tabela seja para 220V. Esses valores variam conforme o fabricante e o tipo de motor. A potência fornecida por um motor elétrico é dada por: Pot = 3 x V x I x ␩ x FP 745.7 0. Caso queiramos saber a potência do motor elétrico com mais precisão.5 89 89 90 89 Rendimento % Fator de potência (cos␸ ) 75% carga 100% carga 0. O rendimento do motor tem de ser tirado de uma tabela ou de uma curva do fabricante.550rpm). além da corrente. TABELA 27 RENDIMENTO E FATOR DE POTÊNCIA DOS MOTORES ELÉTRICOS Potência (cv) 50% carga 25 50 75 100 150 89.88 0. teremos de obter.7 – Fator de conversão de Watt para hp Segue uma tabela de motores da WEG com exemplos de alguns valores de rendimento e FP para motores de 2 pólos e 60Hz (~3. usando uma proporcionalidade.88 0. a voltagem real.86 0. trifásicos com grau de proteção IP55. o fator de potência e o rendimento do motor.82 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 221 Pense e Anote .: 90% – usar 0. com 220V.5 92.1 91. Impelidor com um canal obstruído (desbalanceamento hidráulico). Bombas que apresentam vibração e/ou ruído A vibração numa bomba centrífuga. Desbalanceamento dinâmico do conjunto rotativo ou do acoplamento. Mancal de rolamento com desgaste. Mancal de deslizamento com folga alta. Distância da periferia do impelidor para a lingüeta da voluta ou para difusor não adequada. Cavitação. a avaliação da potência é mais difícil. é ocasionada por um dos seguintes fatores: Desalinhamento entre a bomba e o acionador. Para verificar qual dessas causas ocasiona a vibração. Vazão abaixo da de fluxo mínimo estável (recirculação interna). tentando aumentar a rotação. “Pé manco” (apoio desigual) do motor ou da bomba. Tubulação próxima à bomba não apoiada corretamente nos suportes. Folgas internas altas. Roçamento interno. Chumbadores da base soltos. Os acionadores costumam ter uma folga de potência em relação à necessária para a bomba. a não ser que tenhamos a curva de potência x consumo de va- Pense e Anote por e a medição da vazão do vapor consumido. ou seja. está com algum problema interno. O que podemos verificar é se a potência máxima já foi atingida. determinando as freqüências envolvidas. dificilmente dispomos desse dado. é porque o rendimento dela caiu.Caso o acionador seja uma turbina a vapor. Essa afirmação só deve ser feita depois de eliminarmos as hipóteses anteriores. No caso de turbina acionando bombas. podemos realizar uma análise de vibração. Problemas de tensão provocada pelas linhas de sucção e descarga. Pés do motor ou da bomba não apertados adequadamente. 222 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . o API 610 recomenda: Pot < 30hp 25 < Pot < 75hp Pot > 75hp – – – 125% 115% 110% Se a bomba estiver consumindo mais potência para a vazão indicada. geralmente. Base não grauteada adequadamente. Para motores elétricos. Pense e Anote Desalinhamento entre a bomba e o acionador É uma das principais causas da vibração, juntamente com o desbalanceamento. Para diagnosticar se o problema é de desalinhamento, levantar as freqüências da vibração. O desalinhamento pode causar vibração nas freqüências de 1N, 2N, 3N, 4N e 6N. As mais usuais são 1 e 2N, onde N é a freqüência de rotação. Quando a freqüência predominante é de 2N, a causa mais provável é desalinhamento. Testes efetuados em laboratório mostraram não ser verdadeira a afirmação de que desalinhamentos angulares se manifestam mais como vibração axial e de que desalinhamentos paralelos se manifestam mais como vibração radial. Esses testes também mostraram que desalinhamento vertical afeta a vibração horizontal e vice-versa. Esse estudo mostrou as seguintes freqüências como as mais prováveis para diagnosticar desalinhamentos em função do tipo de acoplamento: TABELA 28 FREQÜÊNCIA DE VIBRAÇÃO PARA DIFERENTES TIPOS DE ACOPLAMENTOS Tipo do acoplamento Grade (Falk) Garras com elastômero (Lovejoy) Pneu (Ômega da Rexnord) Resposta da vibração ao desalinhamento Boa Boa Melhor freqüência indicativa do desalinhamento 4N 3N Boa na vertical Pobre na horizontal Pobre 2N 2N 6N Engrenagem de borracha (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 de vibração aumentava com o aumento do desalinhamento angular, ou com o paralelo. O de melhor resposta foi o de grade, e o de pior resposta foi o de lâminas. Desbalanceamento dinâmico É uma das principais causas de vibração em equipamentos mecânicos. No desbalanceamento, a freqüência radial é de 1N porque a força centrífuga, responsável pela vibração, ocorre na freqüência de rotação. Quando essa vibração é muito alta, provoca também vibração axial, podendo PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 223 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 campo no acoplamento pode reduzir a vibração, prolongando por algum tempo a vida da bomba, mas, na maioria das vezes, é necessário abrir a bomba para correção. Pense e Anote Tensão nos flanges da bomba provocada pelas linhas de sucção ou de descarga Esse tipo de esforço nos flanges da bomba, quando elevados, provocam 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 responsáveis pela limitação das deformações. A norma API 610 e os fabricantes das bombas fixam os valores dos esforços máximos que a tubulação pode transmitir para a bomba. A verificação da tensão pode ser feita com auxílio de dois relógios comparadores 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 224 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas Geralmente o problema maior costuma ser na tubulação de sucção por esta possuir um diâmetro maior do que o de descarga. A tensão ocasionada pelas tubulações em bombas que trabalham com produtos quentes é mais crítica do que a de serviço frio devido à dilatação das linhas ao se aquecerem. Tubulação com suporte não apoiado Quando a tubulação não está bem apoiada nos suportes próximos à bomba, poderá ocasionar tensão nos flanges da bomba e gerar vibração. Mesmo que o suporte esteja afastado da bomba, a linha pode vibrar e transmitir para a bomba. Nesses casos, a freqüência de vibração costuma ser bem baixa. A solução é inspecionar as linhas, verificando se elas estão encostando nos suportes. Nos suportes com molas, teremos de ver se eles estão com a mesma tensão que foi especificada no projeto. Pé manco (apoio desigual) Pé manco ocorre quando os pés de uma máquina não estão no mesmo plano e/ou as placas da base é que não estão no mesmo plano. Quando isso ocorre, ao apertar os parafusos de fixação, torcemos o pedestal da máquina, desalinhando-a. É mais freqüente aparecer em motores elétricos. Durante o alinhamento das máquinas, é usual sua verificação. Coloca-se um relógio comparador sobre o pedestal e compara-se a indicação do relógio com ele solto e apertado. A variação de leitura deve ser inferior a 0,05mm. Pés do motor ou da bomba não apertados adequadamente Não é muito comum, a não ser nos casos de vibração muito elevada que podem levar ao afrouxamento dos parafusos de fixação das máquinas. Pode ser verificado facilmente com auxílio de uma chave nos parafusos. Chumbadores soltos Os chumbadores soltos costumam ocorrer em bombas que ficam muito tempo submetidas a vibrações altas. Nesse caso, o chumbador pode se soltar da base. Se ocorrer, deve ser removido e reinstalado com auxílio de massa epóxi, que é apropriada para melhorar sua fixação. A vibração deve ser diagnosticada e corrigida para evitar a repetição do problema com o chumbador. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 225 Pense e Anote Base inadequadamente grauteada A importância do grauteamento bem feito é fundamental para o resul- Pense e Anote tado de baixas vibrações na bomba. Ele é o responsável por garantir a união da base metálica da bomba à base de concreto e pelo aumento 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 identificar 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 removida 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 interior da bomba. As freqüências da vibração costumam ser diversas devido ao efeito da excitação das velocidades críticas. Nem sempre o ruído causado pelo roçamento é audível. Os roçamentos severos provocam desbalanceamento, 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 ruído é característico (como se estivesse bombeando pedras). Costuma gerar vibrações altas juntamente com o ruído e oscilações nas pressões. 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 recirculação interna, também uma forma de cavitação. Os manômetros, tanto de sucção quanto de descarga, ficam oscilando. Ver o item seguinte sobre fluxo mínimo. 226 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas Fluxo 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 alterar a 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 aumentarão. 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 diminuirão. 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 certeza 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 das pás e em baixas freqüências, em torno de 5Hz (300CPM). As freqüências naturais da bomba também são excitadas. De uma maneira geral, podemos dizer que a cavitação clássica é um 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 vazão. Existem válvulas denominadas “válvulas de fluxo mínimo” que garantem que a bomba sempre trabalhará acima dessa vazão crítica. Quando o sistema está com a vazão normal, o ramal de fluxo mínimo fica fechado (Figura 128). Se a vazão começar a cair, a ponto de causar problema de recirculação interna, a válvula abre uma passagem e começa a complementar a vazão do sistema (Figura 128B). Se o sistema não tiver vazão nenhuma, a válvula de fluxo mínimo irá abrir o suficiente para garantir a operação da bomba acima da vazão mínima, como pode ser verificado na Figura 128A. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 227 Pense e Anote é conveniente verificar se a folga radial é superior à mínima recomendada. Quando surgir vibração com a freqüência igual ao número de pás do impelidor x rotação. O mesmo ocorre quando a distância das pás para o difusor também é pequena. dada pela fórmula a seguir: FIGURA 129 FOLGA MÍNIMA EXTERNA DO IMPELIDOR COM A VOLUTA E COM O DIFUSOR R3 R3 R2 R2 228 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . Nas bombas ditas de alta energia (potência por estágio maior do que 300hp ou AMT maior do que 200m). esta vibração pode ser bastante acentuada. geram um pulso que se transforma em vibração. quando passam muito próximas da lingüeta da voluta.FIGURA 128 VÁLVULA DE FLUXO MÍNIMO Pense e Anote Fluxo principal fechado Fluxo principal e recirculação Recirculação fechada A B C Distância mínima do impelidor As pás do impelidor. Folga mínima % = (R3 – R2) x 100 R2 Para bomba com voluta – folga mín. Dados: R3 = 160mm R2 = 300/2 = 150mm Folga mínima % = (R3 – R2) x 100 (160 – 150) x 100 1.750/60 = 296CPS ou Hz ou 5N.Pense e Anote R2 – Raio da pá do impelidor (não é o raio das laterais do impelidor). PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 229 . desde que não comprometesse o desempenho da bomba. ou raio interno do difusor. não devemos ter problemas. A redução do diâmetro do impelidor seria uma outra solução. > 3% PROBLEMA 12 Uma bomba com impelidor de 300mm trabalha com um raio de 160mm na lingüeta. fica fácil. usinar internamente o difusor ou esmerilhar um pouco a lingüeta da voluta.25% R2 160 160 Como estamos com mais de 6% de folga.550rpm. Calcular se podemos ter problemas de freqüência de passagem das pás do impelidor. O raio R3 nas bombas bipartidas e nas com difusor é fácil de ser medido.550 = 17. Exemplificando. Para aumentar a distância e solucionar o problema. Nas bombas OH é um pouco complicado porque temos de determinar a linha de centro do eixo da bomba na voluta.750CPM = 17. girando a 3. R3 – Raio da voluta na região da lingüeta.000 = = = 6. > 6 % Para bomba com difusor – folga mín. terá freqüência de vibração de: Freqüência de vibração = número de pás x rotação = = 5 x 3. uma bomba com impelidor de cinco pás. Num torno. que possui a mesma linha de centro do eixo. basta centrar pela guia da carcaça. Na falta da folga do fabricante. o mancal deixa de cumprir sua função adequadamente.A freqüência correspondente à passagem das pás ocorre também quando temos recirculação interna na descarga e cavitação clássica. Quanto menor essa folga. permitindo que a bomba vibre. Os programas que acompanham os coletores de dados costumam disponibilizar estas freqüências. Pense e Anote Folga alta do mancal de deslizamento Todo mancal de deslizamento possui uma folga mínima e uma máxima de projeto. usar os valores recomendados no item Dados Práticos. Quando ultrapassamos a folga máxima. gaiola ou esferas. A folga mínima é para garantir uma vazão mínima de óleo necessária para retirar o calor gerado. menor a vibração da bomba. pista externa. Mancais de rolamentos com danos Quando estão danificados. FIGURA 130 ROLAMENTO DE CONTATO ANGULAR n – Número de esferas ou rolos fR – Rotação por segundo Ângulo de contato ␤ Diâmetro da esfera (BD) ␤ – Ângulo de contato da esfera 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 f (Hz) = n BD fR (1 – cos ␤) 2 PD 230 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . os rolamentos apresentam vibração cuja freqüência varia de acordo com a parte danificada: pista interna. essas partes deixam de funcionar como mancais auxiliares. Bombas que estão exigindo potência acima da esperada As causas mais freqüentes de bombas com potência acima da esperada estão listadas a seguir: PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 231 Pense e Anote . o ângulo ␤ é zero. Em impelidores pequenos. ou examine-os com o auxílio de uma lanterna. esse canal ficará parcial ou totalmente vazio de líquido. Neste caso. ao girar. Caso tenha dúvidas. Impelidor com canal obstruído Se o impelidor tiver um dos canais obstruídos. Quando os danos dos rolamentos já estão acentuados. Isso resultará em uma distribuição de massa irregular no impelidor (desbalanceamento dinâmico). seja pela entrada de algum corpo estranho que fique preso na sua entrada. dependendo do grau de obstrução. seja por uma falha de fundição. mesmo quando o aumento das folgas é pequeno. a vibração ocorre também na freqüência de rotação. a verificação do balanceamento na balanceadora não resolverá o problema. uma vez que só irá aparecer quando estiver com líquido. Folgas internas altas Quando os anéis de desgaste ou as buchas ficam com folgas altas. passe um arame por dentro de cada canal. a visualização dessa obstrução pode ser difícil. aumentando em muito a vibração. As bombas com dois estágios em balanço são bastante suscetíveis a esse tipo de vibração. causando vibrações elevadas na freqüência de 1N.Defeito na pista interna f (Hz) = n BD fR (1 + cos ␤) 2 PD Defeito na esfera f (Hz) = n 2 fR [( 1– BD PD cos ␤) )] 2 Se o rolamento não for de contato angular. Anéis de desgaste ou buchas folgadas Com as folgas maiores.Vazão mais elevada do que a de projeto A curva de potência de uma bomba centrífuga radial cresce com a vazão. a vazão também deveria ter sido alterada com a rotação. uma variação de 5% na rotação aumenta em quase 16% a potência (1. Essa vazão adicional consome uma potência adicional. aumentando a potência consumida para fornecimento de uma mesma vazão. A potência varia com o cubo da rotação. Quando ocorre roçamento. Aumento do peso específico (densidade) A potência varia linearmente com a densidade (ou peso específico ␥). não deverá ocorre exigência de potências excessivas. elevando a potência consumida. Roçamento severo O atrito provocado pelo roçamento consome uma potência adicional. portanto. ou de um estágio para outro nas bombas multi-estágios.16). Portanto. a bomba exigirá potência maior. o rendimento da bomba cai. 232 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . Aumento da rotação Só pode ocorrer no caso de acionadores de velocidade variável. Pense e Anote Portanto. teremos uma quantidade maior de líquido passando da descarga para a sucção. Aumento da viscosidade Com o aumento da viscosidade.053= 1. Nesse caso. as vibrações ficam instáveis. Na bomba de fluxo axial a potência cai com a vazão. se a vazão estiver acima da especificada. QxHx␥ 274 x ␩ Pot = Desgaste interno O desgaste do impelidor ou da carcaça reduz o rendimento da bomba. e na de fluxo misto a potência tende a se estabilizar nas vazões mais altas. o óleo deve ser na quantidade adequada em função do sistema de lubrificação que está sendo usado. com anel pescador ou com anel salpicador. maior a sua vida. o que aquece e encurta a vida do rolamento. as esferas tendem a deslizar em vez de rolar. ✔Tolerâncias do eixo ou da caixa fora do recomendado. as esferas do rolamento passam a bombear uma quantidade maior de óleo. A norma API 610 limita a temperatura do óleo lubrificante nos mancais. ✔Óleo com viscosidade inadequada. mas mesmo assim elas devem estar dosadas na quantidade adequada. mais escuro o óleo. A oxidação dá origem a lamas. o tamanho das partículas de óleo garante a lubrificação. Quanto mais frio o óleo. Se a quantidade de óleo que chega aos mancais for inadequada. ✔Carga demasiadamente baixa no rolamento.Bombas que apresentam aquecimento no mancal As principais causas de aquecimento dos mancais são: ✔Rolamentos danificados. que irão gerar esforços axiais elevados (ver Figura 154). ✔Nível alto de óleo nos rolamentos. ✔Linha de sucção não adequada no caso de bombas de dupla sucção. As razões anteriores são óbvias. a temperatura dos mancais. O aumento dos esforços. Se o nível de óleo estiver alto. elevando. Se a temperatura ambiente for de 30ºC. Portanto. Isso provoca o rompimento do filme de óleo. gomas e vernizes. Os rolamentos radiais de esferas com folga interna maior do que a normal reduzem a temperatura de trabalho da caixa de mancal. ✔Contaminantes no óleo. ✔Desalinhamento entre os mancais da bomba. ou axiais elevadas. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 233 Pense e Anote . Quando o rolamento trabalha sem carga ou com carga baixa. ou do coefiba e do acionador. irá aumentar a geração de calor. ✔Bomba operando com alta vibração. ✔Graxa em excesso na caixa de mancais. devido à sua folga maior. Quando a lubrificação é por névoa. Quanto maior a temperatura. principalmente água. Ver Figuras 120 e 121. a temperatura máxima do óleo será de 70ºC. Por outro lado. em 82ºC ou 40ºC acima da temperatura ambiente. ✔Quantidade de óleo insuficiente chegando aos mancais. aumentam ligeiramente a vibração. ou entre o eixo da bom✔Forças hidráulicas radiais. aquecendo-o mais. o óleo e os mancais aquecerão porque será retirado menos calor do que o gerado. levando a esfera a ter contato com a pista. ciente de atrito. conseqüentemente. Quanto mais oxidado. mais rápida a oxidação do óleo. Quando o vazamento vai aumentando progressivamente. trabalhando muito tempo sem evolução. altas temperaturas Pense e Anote nos mancais. Na selagem por gaxetas. As bombas de carcaça que operam com simples voluta e fora da vazão de projeto (BEP) também podem ter problemas de temperatura nos mancais devido ao aumento dos esforços radiais. conseqüentemente. Alterando o diâmetro dos anéis de desgaste. o local mais comum de vazamento é pelas sedes. a força centrífuga fará com que o líquido preferencialmente vá mais para o lado externo. temos de abrir o selo para reparo. Quando o vazamento é entre a luva e o eixo. se a luva prolongar-se além da sobreposta. como ocorre nos selos tipo cartucho. Bombas com vazamentos O vazamento. 234 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . ou o processo passa a trabalhar em condições mais favoráveis e o vazamento cessa. Esse vazamento serve para lubrificar e refrigerar as gaxetas. fica fácil sua determinação. Se a curva ficar paralela ao eixo. juntamente com seu mancal. As bombas que utilizam impelidor com dupla sucção.Bombas que apresentam pressão elevada na sucção são sempre candidatas a elevados esforços axiais e. Uma vez iniciado o vazamento do selo mecânico. vazam um pouco e. podemos reduzir o esforço axial e reduzir a temperatura. afetando o balanceamento axial (Figura 145). durante a partida. Temos também alguns selos que começam a vazar e estabilizam o vazamento. é facilmente identificado. se visível. o que provoca diferença de vazões em cada lado do impelidor. O local mais comum de ocorrer vazamento do produto é pela selagem. caso tenham uma curva na tubulação de sucção próxima à bomba. as sedes se acomodam. raramente este volta a ficar estanque. embora menos comum. devem ter essa curva perpendicular ao eixo. posteriormente. Nos selos mecânicos. esse esforço axial é tão grande que dá para observar visualmente a movimentação de alguns milímetros do eixo da bomba. é normal um pequeno vazamento. A exceção fica por conta de alguns produtos leves que. Algumas vezes. Podemos também ter vazamento pela junta da carcaça. desde que seja o empuxo axial o responsável pelo aquecimento. sempre que possível. Folgas e excentricidades permitidas Na montagem de uma bomba horizontal em balanço (OH1 e OH2).Pense e Anote Dados práticos Apresentamos a seguir algumas recomendações relativas à manutenção das bombas. Vale o mesmo para a montagem da carcaça. Montando na posição horizontal. A RPBC (Refinaria Presidente Bernardes – Cubatão) recomenda os seguintes ajustes de montagem: TABELA 29 TOLERÂNCIAS RECOMENDADAS Local Acoplamento/eixo Impelidor/eixo Luva do eixo (selo)/eixo Luva espaçadora/eixo Rolamento/eixo Alojamento rolamento/rolamento Guia da carcaça/caixa de selagem Guia caixa selagem/caixa de mancais Anéis de desgaste do impelidor/carcaça Ajuste H7 / j6 H7 /g6 H7 / g6 H7 / g6 – / k6 H6 / – H7 / f7 H7 / f7 H6 / – As tolerâncias dos diâmetros internos são dadas por letras maiúsculas. e as do diâmetro externo por letras minúsculas. as folgas das guias ficarão sempre do mesmo lado. facilitando um possível roçamento. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 235 . monte a caixa de selagem na caixa de mancais com o eixo na posição vertical. >18 a 30 Máx. + 2 O diâmetro do eixo deverá ficar entre: 49. >400 a 500 Máx. Mín. Mín. Mín.017 e Mín. >180 a 250 Máx. >50 a 80 Máx. Mín.00mm 236 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . Mín. para k6: Diâmetros > 30 a 50mm temos Máx. >30 a 50 Máx.999 + 0. Mín. +11 0 +30 0 +16 0 +19 0 +22 0 +25 0 +29 0 +32 0 +36 0 +40 0 H7 +18 0 +21 0 +25 0 +30 0 +35 0 +40 0 +46 0 +52 0 +57 0 +63 0 f7 –16 –34 –20 –41 –25 –50 –30 –60 –36 –71 –43 –83 –50 –96 –56 –108 –62 –119 –68 –131 g6 –6 –17 –7 –20 –9 –25 –10 –29 –12 –34 –14 –39 –15 –44 –17 –49 –18 –54 –20 –60 h6 0 –11 0 –13 0 –16 0 –19 0 –22 0 –25 0 –29 0 –32 0 –36 0 –40 j6 +8 –3 +9 –4 +11 –5 +12 –7 +13 –9 +14 –11 +16 –13 +16 –16 +18 –18 +20 –20 k6 +12 +1 +15 +2 +18 +2 +21 +2 +25 +3 +28 +3 +33 +4 +36 +4 +40 +4 +45 +5 m6 +18 +7 +21 +8 +25 +9 +30 +11 +35 +13 +40 +15 +46 +17 +52 +20 +57 +21 +63 +23 Pense e Anote >10 a 18 PROBLEMA 13 Que diâmetro devemos usar em um eixo com um rolamento de 49. = 50. >120 a 180 Máx. Mín.TABELA 30 AJUSTES ISO UTILIZADOS EM BOMBAS – VALORES EM ␮m Diâmetro (mm) H6 Máx. Mín. >250 a 315 Máx. + 18 e Mín. Mín.999 + 0. Mín.999mm de diâmetro interno? Pela Tabela 29 – ajuste recomendado entre eixo/rolamento – k6. >80 a 120 Máx. = 50. >315 a 400 Máx.002 ➜ Máx.018 e 49. Da Tabela 30. + 30 e Mín.PROBLEMA 14 Que valor devemos adotar para diâmetro interno da luva se o eixo possui 75mm diâmetro? Pela Tabela 29 – ajuste recomendado entre “luva do eixo/eixo” é de H7/g6 Da Tabela 30.9 x 10 9 25 Interferência 50 ␮m 90 ␮m L em mm – é a distância entre os mancais das bombas BB. para H7: Diâmetros > 50 a 80mm Máx.000 a 75.9 x 109 40 Folga Interferência 60 Folga 75 Յ1 .9 x 109) as excentricidades de 0.075mm para peças montadas com folga PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 237 Pense e Anote . O API permite para bombas BB com eixos rígidos (F < 1.05mm. 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. 0 ➜ 75. para o tambor de balanceamento e para as luvas.030mm A norma API 610 recomenda as seguintes excentricidades (runout) para bombas 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 Excentricidade do eixo permitida LTI Componente no eixo com Excentricidade das peças LTI >1 .05mm para peças montadas no eixo com interferência e 0. Os fabricantes de selos mecânicos recomendam que a leitura total indicada (LTI) do relógio sobre a luva do selo seja inferior a 0. 025mm Peças < 0. que a excentricidade máxima seja de 40␮m por metro de comprimen- A face do acoplamento das bombas verticalmente suspensas deve ficar perpendicular ao eixo com 0. 3. Planicidade da face de apoio do acionador e perpendicularidade 2.500 4 5.100mm LTI máx. o API recomenda to do eixo até o máximo de 80␮m de LTI. 5. Para montagem com interferência.05mm 2.0625 12 flexibilidade = = = = 1.1␮m /mm de diâmetro da face.PROBLEMA 15 Qual deve ser a excentricidade máxima recomendada pelo API para um Pense e Anote conjunto rotativo de uma bomba tipo BB cujas peças são montadas com interferência? O eixo é de 60mm de diâmetro e tem a distância entre mancais de 1. ou com 13␮m. EXCENTRICIDADES E PERPENDICULARIDADES DO ACIONADOR VERTICAL LTI – Leitura total indicada 1 2 3 4 5 1. Fator de L4 1.1 ␮m/mm ou 13 ␮ m 238 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas .500mm. a excentricidade máxima é de Eixo < 0. 0. valendo o que for maior. da VS-1 até a VS-7. Para o eixo das bombas verticais. em relação ao eixo Concentricidade entre eixo e a guia do suporte do acionador Excentricidade máxima com o rotor girando livremente Passeio axial máximo Perpendicularismo do eixo com cubo do acoplamento (vale o maior dos dois) máx.125mm LTI 0.025mm LTI máx.025mm LTI máx.9 x 109 D2 60 2 3. Para acionadores verticais a norma API recomenda: FIGURA 131 CONCENTRICIDADES. 4. 0.600 Coluna da direita da Tabela 31.406 x 109 < 1. 0. 0. 125mm 2 Concentricidade diâmetro interno LTI < 0.3. Se for guiada internamente. Para todas as bombas na caixa de selagem FIGURA 132 CONCENTRICIDADE E PERPENDICULARIDADE DA CAIXA DE SELAGEM 1 Concentricidade diâmetro externo LTI < 0. medir em 1. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 239 Pense e Anote . medir em 2.125mm Se a sobreposta for guiada externamente.125mm 3 Perpendicularidade da face LTI < 0. O torno não é um bom lugar devido ao problema de centralização. que permita a aplicação de dispositivos extratores dos rolamentos. 240 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas .03mm 6 = 0.03mm 7 = 0.10mm 8 = 0.07mm 2 = 0.07mm 3 = 0. Os catálogos dos rolamentos publicam os raios e as alturas dos ressaltos recomendados para os eixos.05mm 4 = 0. A altura desse ressalto deve se situar entre um mínimo para dar uma boa área de apoio ao rolamento e um máximo. O melhor modo de verificá-los é colocar o rotor apoiado pela região dos mancais em blocos em V ou sobre roletes. devem ser perpendiculares ao eixo e com um raio de concordância menor do que o do rolamento para garantir que ocorra o encosto no ressalto. Os ressaltos do eixo.01 a 0.A RPBC utiliza as folgas e excentricidades da Figura 133 para bombas OH.07mm As concentricidades e os empenos dos eixos devem ser limitados aos valores anteriormente mencionados. FIGURA 133 Pense e Anote EXCENTRICIDADE E FOLGAS MÁXIMAS USADAS NA RPBC PARA BOMBAS OH 1 2 4 3 1 = 0. como os usados em máquinas de balanceamento.05mm Passeio radial 8 6 Passeio 7 axial 5 5 = 0. no qual os rolamentos se apóiam. 000 x G x M NxR desbalanceamento (g) = 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 . Balanceamento O API 610 – 9a edição recomenda balancear os componentes (impelidor. r mín. indutor de NPSH e partes rotativas maiores) com grau 2. h r mín.5 vez a pressão de projeto. Os valores do desbalanceamento residual podem ser calculados por: 10. ra r mín. Verificar se a classe de pressão do flange de sucção pode ser submetida a essa pressão de teste. b rg rg < r t Eixo usinado Eixo retificado Teste hidrostático Quando a carcaça ou a caixa de selagem necessitarem de teste hidrostático para confirmar sua resistência.Pense e Anote FIGURA 134 REGIÃO DO ENCOSTO DOS ROLAMENTOS NO EIXO Pista externa do rolamento Eixo ra < r h r mín. tambor de balanceamento. A pressão de projeto da carcaça pode ser obtida na folha de dados da bomba. o que for maior. ele deve ser realizado com 1. A pressão de trabalho não é considerada para esses casos.5 da ISO 1940-1 ou com desbalanceamento residual de 7gmm. 000 x G x M 10.388 Х 1. As peças com a relação maior ou igual a 6 podem ser balanceadas em um plano apenas.800 x 100 O desbalanceamento admissível seria de 1. FIGURA 135 BALANCEAMENTO EM 1 OU 2 PLANOS B D D B D B B D Impelidor de simples sucção Impelidor de dupla sucção Colar de escora Tambor de balanceamento D Ն 6 Balancear em 1 plano B D B Ͻ 6 Balancear em 2 planos 242 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas .800rpm D – 200mm R – D = 200 = 100mm 2 2 desbalanceamento (g) = 10.4 grama na periferia do impelidor.5 pelo API N – 1.PROBLEMA 16 Que desbalanceamento residual pode ser admitido para um impelidor com massa de 10kg que trabalha com 1.000 x 2.5 x 10 = = 1.4 g NxR 1. A norma API 610 recomenda balancear em dois planos as peças cuja relação entre o diâmetro e a largura seja menor do que 6.800rpm e cujo diâmetro é de 200mm? Pense e Anote M – 10kg G – 2. 5 Bombas abaixo de 3. utilizando uma chaveta coroada (concordando com o eixo) na região externa ao cubo.800rpm ou acima de 3. a bomba ficará desbalanceada. É comum ver solicitações para recuperação dos diâmetros dessas guias. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 243 Pense e Anote . Como o cubo do acoplamento é uma peça simétrica. GRAU G-1. Portanto. se necessitar ser substituído no campo.No balanceamento dos conjuntos rotativos.800rpm e com peças montadas com folga. O grau G-1. Na maioria das vezes. onde normalmente são colocados 3 ou 4 pingos de solda. ocasionando um relaxamento de tensões. que são usinados para “recuperar” a folga recomendada. Guias A caixa de selagem é montada guiada na carcaça. normalmente o desbalanceamento no seu plano é devido à não-compensação dos rasgos de chavetas do eixo e do cubo do acoplamento. o que gera deformações nas guias. ocorre um envelhecimento dos materiais fundidos.0 Bombas acima de 3. Com o passar do tempo. essa correção é desnecessária. No balanceamento do conjunto rotativo. evitar corrigir no acoplamento.0 não é repetitivo se o conjunto rotativo for desmontado após o balanceamento para montagem. sendo resultado de medições não consistentes devido às deformações.800rpm e com peças montadas com interferência. tente ajustar a chaveta para que cubra o rasgo do eixo e do acoplamento adequadamente. Isso porque. usar: GRAU G-2. Na falta delas. Para evitar esse problema.FIGURA 136 PARAFUSO QUEBRA-JUNTA Pense e Anote Carcaça Caixa de selagem Parafuso quebra-junta NÃO ADEQUADO CORRETO CORRETO Ao apertar o parafuso quebra-juntas para soltar as guias. conforme mostrado na Figura 136. a norma API 610 – 9a edição. recomenda como folga mínima entre partes girantes os seguintes valores: 244 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . Anéis de desgaste Usar preferencialmente nos anéis de desgaste as folgas recomendadas pelos fabricantes. é recomendável fazer um pequeno rebaixo em uma das superfícies. danificamos a superfície em que ocorre o encosto do parafuso. Esses danos impedem o assentamento de tais superfícies posteriormente. 55 0. com baixa ou nenhuma tendência de agarramento.53 0.99 150 até 174.85 0. usar as folgas da tabela. normalmente.99 400 até 424.99 350 até 374.99 375 até 399. Para diâmetros superiores a 650mm. 3.50 0.95 1. como o AISI 410 e AISI 420) e materiais similares com pouca tendência de agarramento (galling).45 0.73 0.48 0.65 0.38 0.83 0.99 625 até 649. como o AISI 304 e AISI 316) são materiais que apresentam alta tendência de agarramento. adotar a folga: Folga (mm) = 0.99 475 até 499. Acrescentar 0.99 90 até 99.63 0.89 125 até 149.99 0.90 0.99 325 até 349.99 115 até 124.78 0.99 200 até 224.89 275 até 299.99 450 até 474. 2. um dos anéis é não metálico e o outro de AISI 410/420 endurecido.12mm às folgas diametrais da tabela para materiais com alta tendência de agarramento e para todos os materiais trabalhando em temperatura acima de 260ºC.99 500 até 524. aço inoxidável martensítico endurecido (série 400. Para materiais não metálicos (por exemplo.43 0.70 0.60 0.40 0. Para ferro fundido.88 0.99 425 até 449.99 525 até 549.99 225 até 249. Essas folgas mostradas não são válidas para tambores de balanceamento ou componentes que trabalhem como mancais internos lubrificados pelo produto.001 D – Diâmetro do anel em mm.99 575 até 599.89 250 até 274.35 0.58 300 até 324.99 100 até 114.28 0. PEEK).TABELA 32 FOLGAS MÍNIMAS DE TRABALHO Diâmetro da parte rotativa no local da folga (mm) Folga mínima diametral (mm) Diâmetro da parte rotativa no local da folga (mm) Folga mínima diametral (mm) < 50 50 até 64.99 80 até 89.33 0. caso das buchas das bombas verticais.99 65 até 79.95 + (D – 650) x 0. ou de PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 245 Pense e Anote . os fornecedores poderão propor folgas inferiores às citadas na Tabela 32.80 0.99 175 até 199.68 0.75 0.99 550 até 574.99 0. Nesse tipo de aplicação.25 0. Os aços inoxidáveis austeníticos (série 300. bronze.99 600 até 624.30 0. 5 a 2 vezes a folga citada pelo API. o que leva a um gasto maior de energia. o dobro da folga pode levar a vibrações altas. a folga com esse material costuma ser de 50% da folga mínima recomendada pelo API. Se isso não for possível.60mm 246 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas .AISI 316 revestido de material duro. como no caso das de dois estágios em balanço (OH). é usual escolher um deles e fazer um revestimento de algum material endurecido como carbeto de tungstênio. De modo geral. as folgas entre o tambor de balanceamento e de sua bucha costumam ter valores inferiores aos da tabela. O ideal é revestir a superfície do anel estacionário por ser o mais difícil de substituir. Nesse caso. travamento) ao serem movimentados com contato entre suas superfícies. aumentar as folgas para evitar o contato desses materiais. Embora a norma API 610 considere essas folgas mínimas para separar as superfícies rotativas das estacionárias. ou Colmonoy com uma profundidade de 0. deixando o anel rotativo (o do impelidor) com o material básico.8mm na superfície que eventualmente possa ter contato. temos: Folga diametral = 0. Os materiais diferentes e os de alta dureza possuem menor tendência de agarramento. Stellite. Pense e Anote Galling é a tendência que alguns materiais apresentam de agarramento (trancamento. A diferença de dureza entre as superfícies de contato deve ser no mínimo de 50BHN. Por causa dessa tendência. seguir a recomendação do fabricante. parafusos axiais ou radiais. tenham dureza superior a 400BHN. a menos que ambas as superfícies. Em alguns tipos de bomba. Temos também que folgas grandes aumentam a fuga de líquido da descarga para a sucção. a estacionária e a rotativa. A fixação do anel de desgaste pode ser por interferência com pinos de travamento. A folga máxima admissível para os anéis de desgaste é normalmente de 1. ou pontos de solda. quando os anéis de desgaste da bomba são de AISI 304 ou de AISI 316. 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. Como a temperatura de bombeamento é maior que 260ºC.12mm.12mm.84mm Impelidor Para reduzir estoques. Na Figura 137. o líquido que sai do impelidor fica guiado até a entrada da voluta. acrescentar 0. ele deve ser total tanto nos discos como nas pás (Figura 137 A e B). Folga final = 0. FIGURA 137 CORTE DO DIÂMETRO DO IMPELIDOR D2 D1 D2 D1 D2 D1 Redução diâmetro pás e discos Redução diâmetro pás e discos Redução diâmetro pás A B C D2 D D1 D2 D D1 D= D1 + D2 2 Redução oblíqua das pás Redução oblíqua das pás D E PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 247 . Alguns fabricantes utilizam o corte oblíquo do impelidor em bombas com difusor ou de dupla sucção. para efeito de cálculos.12 + 0. Quando o fabricante envia o rotor com esse tipo de corte. não há ganho com esse tipo de corte. deixando intactas suas laterais (Figura 137 C). Nas bombas com difusor. é usual adquirir os impelidores no seu diâmetro máximo. são mostradas algumas recomendações básicas sobre o corte do impelidor. usar o diâmetro médio do corte do diâmetro D (ver Figura 137 D e E).Pense e Anote Como o material AISI 316 sem revestimento tem tendência ao agarramento. portanto.60 + 0. Nesse caso. Com a utilização de uma ponta montada.12 = 0. o corte do impelidor deve ser realizado somente nas pás. Nesse caso. Nas bombas com carcaça em voluta. pode ser necessário adequar seu diâmetro na hora da substituição. ele deve ser mantido porque leva a uma maior estabilidade da curva da bomba. Assim. acrescentar 0. podemos desbastar o impelidor e ganhar em algumas características interessantes no funcionamento da bomba. Quanto mais lisas as superfícies internas do impelidor, maior o seu rendimento, o que pode ser obtido por meio do esmerilhamento das irregularidades 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, afinando 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 normal Esmerilhar Espessura original Largura nova Largura 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 248 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas Para aumentar a AMT (pressão de descarga) em até 5%, podemos alargar a passagem de saída do impelidor por meio da redução da espessura das pás. Manter uma espessura mínima para evitar que a pá venha a quebrar. Junto com o aumento de AMT, a vazão e o rendimento da bomba aumentarão e o BEP será deslocado um pouco para a direita, conforme pode 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 da carcaça de ambos os lados Esmerilhar internamente as paredes do impelidor PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 249 Pense e Anote Anel pescador É importante que seja fabricado com material que não solte limalhas, uma Pense e Anote vez que pode roçar lateralmente. Se estiver ovalizado, pode não girar com o eixo e prejudicar a lubrificação. 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 verificar se o anel está girando com o eixo. Devemos ter cuidado com equipamentos que ficam na reserva girando em baixa rotação, como no caso de turbinas a vapor e de bombas acionadas 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, colocar 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 rolamento, abreviando sua vida consideravelmente. 250 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 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 possuir 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 profundas, 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 e de diâmetros maiores, o que aumenta a capacidade de carga do rolamento. Em compensação, essa região do rebaixo é, geralmente, o local inicial do processo de falha. Como os rolamentos radiais das bombas não costumam ser limitantes, do ponto de vista de cargas, é preferível utilizar rolamentos sem rebaixo. O rolamento deve ser aquecido para sua montagem no eixo. Os métodos mais recomendados de aquecimento são por meio de uma chapa térmica ou do aquecimento por indução. O aquecimento por meio de banho de óleo possui alguns inconvenientes, como a oxidação do óleo usado no aquecimento e os pós que caem dentro do aquecedor, podendo vir a prejudicar a vida do rolamento. O rolamento é projetado para ter um ajuste entre as esferas e as pistas. Ao ser montado no eixo, geralmente com interferência, a folga é reduzida a um valor ideal para o seu funcionamento. Se a tolerância do diâmetro do eixo estiver no valor máximo e a da pista interna do rolamento estiver no valor mínimo, a interferência aumentará, reduzindo a folga interna, o que aumentará a temperatura de funcionamento. Quando os furos da caixa de mancais estão desalinhados, a folga interna do rolamento pode não ser suficiente para absorver o desalinhamento, o que levará as esferas a entrarem em contato com as pistas, desgastar o espaçador e gerar aquecimento. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 251 Pense e Anote FIGURA 142 MÉTODOS DE AQUECIMENTO DO ROLAMENTO Pense e Anote 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 Back to back Disposição O Disposição DB Faca a face Face to face Disposição X Disposição DF Em série Tandem Disposição DT Quando resfriamos a caixa de mancal com câmaras de água sobre os rolamentos, podemos deformar a pista externa deles, reduzindo sua folga. 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 costa com costa. Esses rolamentos possuem as faces das pistas lapidadas 252 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas utilize uma rasquete. Trata-se de um filamento plástico que. Nunca devemos passar lixa em mancais de deslizamento. ou como folgas radiais ou como diametrais. O melhor método de medição de folga nesse tipo de mancal é o com uso de Plastigage. somente as pistas externas se tocam. Se necessitar remover alguma parte riscada ou danificada. ao encostar um rolamento no outro. ficando uma folga pequena entre as pistas internas. a folga das esferas nas pistas assume o valor ideal para suportar a carga axial e radial. utilizar os seguintes valores: mm Folga diametral normal dos mancais = Folga máxima admissível = 1. Esta folga só é eliminada com o aperto da porca do rolamento.07 + 0. Nessa condição. ao ser deformado. FIGURA 144 FOLGA DO MANCAL DE DESLIZAMENTO Folga radial Folga diametral Quando a folga do fabricante não estiver disponível.001 x D (in) PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 253 . basta comparar sua espessura com uma escala na própria embalagem para saber a folga. As folgas diametrais são o dobro das radiais.001x D(mm) 0. A areia penetra no metal patente e funciona como uma ferramenta de usinagem para o eixo.003 + 0.5 folga normal In 0. Mancais de deslizamento As folgas dos mancais de deslizamento são fornecidas nos catálogos dos fabricantes.Pense e Anote de modo que. Depois de deformado. adquire uma largura proporcional à folga. Caso a mesma venha reta. caso tenhamos uma curva próxima à bomba. 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. teremos fluxo preferencial para um dos lados do impelidor devido à força centrífuga na curva (ver Figura 145C). as reduções devem ser excêntricas. o que leva à falha prematura do mancal. A posição do lado plano vai depender da orientação da tubulação de sucção.22mm Tubulação de sucção A tubulação de sucção deve ser projetada para evitar pontos altos que possam acumular gases no seu interior.5 x 0.15mm Pense e Anote Folga máxima = 1. 254 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . Por esse motivo. Pelo mesmo motivo citado. gerando um elevado empuxo axial. causando problemas no bombeamento. a tubulação de sucção deve sempre ser ascendente ou descendente. Se for paralela. conforme pode ser verificado nas Figuras 145A e 145B. o lado plano deve ficar na parte inferior.001 x 80 = 0.07 + 0. ou da parte de baixo da bomba. A bolha acumulada também pode soltar-se repentinamente. o lado plano deve ficar para cima. Caso a tubulação venha de cima. ela deve ser perpendicular ao eixo.EXEMPLO Eixo com 80mm de diâmetro: Folga diametral normal = 0.15 = 0. o que prejudica o fluxo do líquido. Caso não exista espaço. as perturbações do fluxo serão igualmente divididas para os dois lados do impelidor. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 255 Pense e Anote . A Figura 146 mostra uma posição da válvula que poderá induzir fluxo preferencial para um dos lados do impelidor. girar a válvula de 90º de modo que sua haste fique perpendicular ao eixo. gerando empuxo axial alto. a válvula na linha de entrada deve ficar afastada mais do que 7D do flange da bomba. Assim.FIGURA 146 POSIÇÃO ERRADA DE VÁLVULA NA SUCÇÃO PARA IMPELIDOR DE DUPLA SUCÇÃO L Ն 7D D Zona de vórtices Em bombas com impelidores de dupla sucção. deve ser instalada antes de qualquer outra válvula na descarga. deslocam esse volume até a descarga e. reduzem o volume da câmara. o volume de líquido empurrado para a descarga é sempre o mesmo. a energia é cedida ao líquido pelo deslocamento de um êmbolo. Se a bomba estiver em bom estado. tanto a vazão quanto a pressão de descarga são dadas pelo sistema juntamente com a bomba (ela trabalha no ponto de encontro da sua curva de AMT x vazão com a curva do sistema). pistão. esta fuga pode ser considerada desprezível. já que a bomba volumétrica continuará a fornecer sua vazão. Nas bombas centrífugas. Neste caso. sendo interna. Ocorrendo uma restrição grande na descarga. Ela pode aliviar para a sucção da bomba ou para um vaso (o que é melhor). Podemos afirmar então que. na operação da bomba de deslocamento positivo. Os nomes dessas bombas. nessa região. por razões de segurança. essas bombas devem possuir uma válvula de alívio na descarga. maior a pressão. devido à fuga do líquido pelas folgas. Essa válvula de alívio pode fazer parte do projeto da bomba. para uma mesma rotação. diafragma ou pela rotação de uma peça. evitando que a pressão ultrapasse a de projeto da bomba. a pressão pode chegar a valores muito altos. Nas bombas de deslocamento positivo. de deslocamento positivo ou volumétrica. a vazão é constante. Na realidade. Por esse motivo. são decorrentes desse seu modo de trabalhar. com as folgas adequadas. externamente à bomba. ocorre uma ligeira queda de vazão com o aumento de pressão. não depende do sistema. PETROBRAS ABASTECIMENTO A s bombas de deslocamento positivo trabalham aprisionando um Manutenção e Reparo de Bombas 257 Pense e Anote . empurrando o líquido para fora da bomba. Já na bomba de deslocamento positivo. Quanto maior a resistência ao escoamento na linha de descarga. ou seja. ou pode ser colocada na linha de descarga.Bombas de deslocamento positivo ou volumétricas volume de líquido numa câmara na sucção. a bomba é a responsável pela vazão e o sistema é o responsável pela pressão de descarga. raramente são usadas bombas centrífugas. As bombas volumétricas. porque esse tipo de bomba fornece uma mesma AMT para qualquer fluido. usamos por conveniência o termo AMT ou head em vez de pressão. Nas bombas alternativas. Existem também bombas centrífugas com um projeto especial de uma câmara de líquido junto da carcaça. por não serem afetadas pela viscosidade. ou o diferencial de pressão (diferença entre a pressão de descarga e a de sucção). conseguem bombear o ar do seu interior e criar um vazio que será preenchido pelo líquido. ou seja. são sempre auto-escorvantes.000SSU (200cSt). que as tornam auto-escorvantes. de turbinas de recuperação hidráulica. e é o sistema que comanda a pressão. aumentam a potência para o bombeamento. são mais indicadas para esses casos. não se usa AMT e sim a própria pressão. Mesmo sendo autoescorvantes. Para tal. sendo chamadas. Por isso. basta que sejam alimentadas com líquido pressurizado pela descarga. As bombas de deslocamento positivo. Como na bomba de deslocamento positivo isso não ocorre. As bombas centrífugas também se adaptam a esse tipo de trabalho. as bombas centrífugas perdem muito em rendimento e. neste caso. como a vazão varia ao longo do curso 258 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . Com líquidos de viscosidade alta. evitando assim o desgaste que ocorre quando funcionam secas. para líquidos acima de 1. conseqüentemente. ao contrário das bombas centrífugas. as bombas de deslocamento positivo devem ser cheias de líquido antes de partir. deixando-o sair pela sucção da bomba. As bombas de deslocamento positivo podem sofrer problemas de vaporização na sucção. A maioria das bombas de deslocamento positivo pode trabalhar como motores hidráulicos.TABELA 147 Pense e Anote POSIÇÃO DA VÁLVULA DE ALÍVIO EXTERNAMENTE A BOMBA E ANTES DE QUALQUER BLOQUEIO Válvula de segurança Bomba volumétrica Quando tratamos de bombas centrífugas. Devemos sempre ter o NPSH disponível maior do que o requerido. do pistão. necessitam de um sistema biela/manivela para transformar o movimento rotativo em alternativo. subtraindo-a. devemos ter cuidado com a entrada de ar pelas juntas da tubulação de sucção. Anel de vedação 8 7 1 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 259 Pense e Anote . Cruzela 5. Haste 6. Biela 4. Existem disponíveis bombas de um cilindro ou com vários cilindros em paralelo. Camisa 7. Nesse caso. DE SIMPLES EFEITO. ou podem utilizar um acionador rotativo. Cilindro 8. Como muitas bombas de deslocamento positivo trabalham com pressões negativas na sucção. Bombas alternativas As bombas alternativas fornecem a energia ao líquido por meio do deslocamento linear de um pistão. e de duplo efeito quando bombeiam nos dois sentidos. FIGURA 148 BOMBA ALTERNATIVA DE PISTÃO. Carter 2. de um êmbolo ou de um diafragma. ACIONADA POR SISTEMA DE BIELA/MANIVELA 9 6 10 5 4 3 2 1. Válvula 10. responsável por deslocar o líquido. Eixo de manivela 3. Pistão 9. como um cilindro a vapor ou um diafragma com ar comprimido. a bomba de êmbolo é formada por uma única peça (a própria haste). Elas podem ser acionadas diretamente por um acionador de movimento linear. as de três são as triplex e as de cinco são as quintuplex. as de dois cilindros são as duplex. como um motor elétrico. Essas bombas são ditas de simples efeito quando bombeiam apenas num dos sentidos do curso. Bombas de pistão ou de êmbolo Uma bomba é dita de pistão quando possui uma peça (o pistão) que é fixada na haste. o que leva a uma perda de desempenho. temos de levar em conta no cálculo do NPSH disponível a parcela de energia correspondente à aceleração do líquido. As que possuem um único cilindro são denominadas simplex. ACIONADA A VAPOR Pense e Anote Lado do vapor Válvula corrediça Lado do produto FIGURA 150 VÁLVULAS CORREDIÇAS DE DISTRIBUIÇÃO DE VAPOR Exaustão Câmara de entrada de vapor Válvula distribuidora de vapor Entrada de vapor Exaustão de vapor Pistão Sentido do movimento de êmbolo Exaustão Válvula distribuidora de vapor Exaustão de vapor Entrada de vapor Sentido do movimento de êmbolo Pistão 260 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas .FIGURA 149 BOMBA ALTERNATIVA SIMPLEX. DE DUPLO EFEITO. Ao chegar ao final desse curso. Quando o pistão de vapor chega ao final do curso. a válvula corrediça está na posição da figura da direita. torna a inverter o movimento. lado esquerdo da Figura 151. o ar comprimido é admitido na parte inferior do pistão. Esses cilindros possuem seus pistões interligados por hastes. Para controlar a vazão na bomba acionada a vapor. e passa a admitir vapor do lado direito do cilindro e a fazer a exaustão no lado esquerdo. levando junto o diafragma. fazendo com que o pistão e a haste se desloquem para a direita. a bomba tenderá a disparar. Vejamos o funcionamento da bomba de diafragma. temos de controlar a quantidade de vapor admitida na bomba. o pistão irá mover-se para a esquerda. a válvula corrediça alimenta de vapor o lado esquerdo do cilindro e abre o lado direito para a exaustão. Tanto as válvulas de sucção quanto as válvulas de descarga trabalham com molas. o vapor gera um movimento contínuo alternativo. Bombas de diafragma As bombas de diafragma disponíveis podem ter diversas configurações. o líquido vai enchendo a câmara da bomba. comandada por um sistema de alavancas interligadas à haste da bomba. O outro é o cilindro do produto que será bombeado. Ao chegar ao final do curso. geralmente. fazendo com que ele suba. maior a velocidade de deslocamento do pistão. já que a quantidade de vapor fornecida será a mesma de quando a bomba estava com carga. O cilindro de vapor possui uma válvula corrediça de distribuição de vapor. Ao atingir o ponto superior. estará bombeando ar ou gases. maior o número de ciclos executados por minuto. Vamos acompanhar o funcionamento pelas Figuras 149 e 150. os quais demandam bem menos potência. Inicialmente. O pistão da bomba. com vibrações que acabam por afrouxar partes roscadas. que é o acionador. Com isso. que está interligado ao de vapor. movendo-os solidários. Um é o cilindro de vapor. ele inverte. leva a bomba a disparar. À medida que o diafragma vai subindo. O vácuo então formado na câmara abre a válvula de sucção e fecha a de descarga do produto. Se ocorrer falta de produto na sucção ou a sua vaporização. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 261 . Quanto maior a vazão de vapor. O cilindro mostrado é de duplo efeito e trabalha nos dois sentidos. Essa situação. aspira o produto de um dos lados e empurra o produto pela válvula de descarga do outro. em vez de líquido.Pense e Anote A bomba alternativa acionada a vapor possui dois cilindros em linha. Temos dois ciclos: admissão e descarga. ou seja. fazendo a inversão das aberturas. Inicialmente. podendo vir a quebrar a bomba. Assim. A sua abertura é realizada pelo diferencial de pressão. A bomba. Devemos sempre garantir que esteja chegando líquido na admissão da bomba alternativa acionada a vapor. termina o ciclo de admissão e começa o de descarga. 262 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas .Assim que o líquido parar de ser admitido. Uma das câmaras é a acionadora. Quando a bomba é acionada pelo sistema de biela/manivela. a esfera da válvula cai e bloqueia a sucção. O funcionamento da bomba é semelhante ao descrito anteriormente. O ar comprimido que era direcionado para o cilindro é desviado para a parte superior do diafragma. podemos modificar a vazão. Quando o diafragma chegar ao seu ponto inferior. modificamos o raio da manivela. e a outra é a do produto que será bombeado. arrastando com ele o pistão. mas existem outros modelos acionados por outros sistemas. O líquido começa a ser pressurizado e a deslocar-se. termina o ciclo de descarga e tem início um novo ciclo de admissão. A bomba de diafragma descrita é acionada por um cilindro de ar. As bombas dosadoras costumam ser do tipo alternativa e utilizam êmbolo ou diafragma. Algumas bombas alternativas possuem dispositivos que permitem alterar a vazão. Para variar o curso. FIGURA 151 Pense e Anote 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 interligados por uma haste. como o de biela/manivela. O diafragma começa a descer. movida a ar comprimido. abrindo a válvula de descarga e permitindo o escoamento do produto. variando a rotação ou o curso do pistão. No caso real. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 263 Pense e Anote . é indispensável o uso de válvulas na entrada e na descarga da bomba. Se não tivéssemos as fugas. conseqüentemente. quanto maior o número de cilindros. quando está no início ou final do curso. 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 efeito Bombas rotativas As bombas rotativas fornecem energia ao líquido por meio de um elemento rotativo. quando o cilindro está no meio do curso. A rotação visa apenas deslocar o líquido e não acelerá-lo. Nas alternativas puras. por meio de rotação. quanto maior o diferencial de pressão da bomba (⌬P). A vazão fornecida pelas bombas de deslocamento positivo é pulsante. é usual colocar um amortecedor de pulsação na linha de descarga da bomba alternativa. Quando a pulsação puder trazer algum problema. maior esse vazamento e. Esses amortecedores podem ser de diafragma. e mínima (zero). empurram o líquido para a descarga. Esse tipo de bomba não necessita de válvulas para o seu funcionamento. a vazão seria sempre a mesma. Ela é máxima. As bombas rotativas possuem folgas entre o elemento girante e o estacionário. usam dois diafragmas em série com óleo entre eles. Para uma mesma rotação. de modo que sempre temos um pequeno vazamento interno. Variando a vazão. evitando assim que ocorra contaminação caso o diafragma venha a romper.Algumas bombas. um pouco menor a vazão fornecida ao sistema. a pressão também sofrerá variação. menor a pulsação de pressão e de vazão. Como toda bomba de deslocamento positivo. independente da pressão (caso teórico). que trabalham com fluidos agressivos. as rotativas também aprisionam o líquido em uma câmara na região de sucção e. de bexiga ou de pistão. o que aumenta ligeiramente a vazão da bomba. Bomba de engrenagens As bombas de engrenagem podem ser de dois tipos: engrenagens internas e externas.FIGURA 153 Pense e Anote VAZÃO X ⌬P PARA BOMBAS ROTATIVAS Vazamento interno ⌬P ⌬P Vazão Teórico Teórico Vazão Quanto maior a viscosidade do líquido bombeado. 2 ou 3 fusos). de fusos (1. de palhetas e de lóbulos. As de engrenagens internas podem ser com crescente ou sem crescente. Os principais tipos de bombas rotativas usadas são: de engrenagens (externas e internas). menor as fugas. 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 264 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . Ao girar. temos também um volume entre os fusos laterais e o central. No caso de três fusos. Depois dele. como também devem estar na carcaça ou no crescente. o que equilibra o esforço axial nos fusos. Ao chegar à parte superior. Neste caso. Antes do crescente. os dentes se engrenam. Os dentes e as partes responsáveis pelo aprisionamento dos volumes não devem ter marcas nem arranhões. bombeiam simultaneamente. possui nos mancais do lado da sucção uma linha ligada à descarga. a entrada do líquido é realizada pelas duas extremidades. há necessidade de um sistema de balanceamento axial. Bomba de fusos ou de parafusos Essas bombas podem ter os fusos arrastados por um fuso motriz ou disporem de engrenagens de sincronismo. A engrenagem continuará girando e chegará à região 4. Esse volume de líquido bloqueado vai sendo levado pelo giro das engrenagens até chegar à região 3. Essa bomba possui engrenagens de sincronismo para acionar o fuso conduzido. BOMBAS DE ENGRENAGENS INTERNAS SEM CRESCENTE O bombeamento é similar ao de engrenagens externas. onde os dentes se engrenam. Por isso. descarregam pelo centro da carcaça. Podem succionar de um lado apenas ou dos dois lados. Como existe um diferencial de pressão nas faces dos fusos. as engrenagens têm de estar bem ajustadas entre si. haverá perdas no volume bombeado. possui um fuso motriz e dois conduzidos. À medida que o fuso PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 265 Pense e Anote .BOMBA DE ENGRENAGENS EXTERNAS Acompanhar o funcionamento pela Figura 154. região 1. entre dois dentes consecutivos e a carcaça. As duas engrenagens. BOMBAS DE ENGRENAGENS INTERNAS COM CRESCENTE Ambas as engrenagens aprisionam os volumes entre seus dentes e o crescente. a região de descarga. levando-o para a região 2. fazendo a vedação e impedindo o retorno do líquido bombeado. Na bomba da Figura 156. onde é liberado. Devido ao elevado número de dentes e à rotação. do contrário. mostrada na Figura 155. cada uma girando num sentido. A bomba de parafusos. seja qual for a pressão reinante na descarga. e a descarga ocorre pelo centro da bomba. as engrenagens aprisionam o líquido que está na entrada da bomba. a vazão e a pressão fornecidas pelas bombas de engrenagens não são consideradas pulsantes. fica a região de sucção. impedindo o retorno do líquido para a sucção. Para ter um bom desempenho. O bombeamento é realizado por meio do volume de líquido aprisionado entre os fusos e a carcaça. da sucção para a descarga. FIGURA 155 BOMBA DE 3 FUSOS E DE SIMPLES SUCÇÃO Entrada Saída Eixo motriz Mancal externo Selagem Pistão de balanço Tampa do balanço Camisa dos rotores Câmara de empuxo ligada à descarga Fusos temperados FIGURA 156 BOMBA DE 2 FUSOS E DE DUPLA SUCÇÃO Fuso conduzido Mancal Saída Selagem Engrenagens de sincronismo Fuso motor Entrada 266 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . Os fusos se engrenam vedando e impedindo o retorno do Pense e Anote líquido. A vazão é contínua.vai girando. logo. não temos pulsação de pressão. o líquido vai sendo deslocado axialmente. Algumas dessas bombas possuem uma válvula de alívio (segurança) interna. A pressão que esta bomba fornece não é muito alta. as pás consecutivas formam uma câmara com a carcaça. Na região de sucção. da sucção para a descarga. a carcaça possui um rebaixo para permitir a entrada do líquido. PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 267 . FIGURA 157 BOMBAS DE PALHETAS Bomba de cavidade progressiva Essa bomba é constituída por um rotor e um estator. onde cabe um determinado volume. mantendo contato com a carcaça. o qual normalmente é construído de um material elástico. O rotor. na sucção. O líquido fica preso nas cavidades entre o rotor e o estator e vai sendo deslocado pelo giro do rotor. Figura 157. Como o rotor é montado excêntrico com a carcaça. Quando se desejam pressões maiores. são utilizadas bombas em série. bloqueia o líquido nessas câmaras. pela força centrífuga ou por meio de molas. Devido à excentricidade do rotor. são expelidas. possui um rotor que gira excentricamente com a carcaça. Nesse rotor. o volume da câmara fica praticamente nulo nessa região. esse tipo de bomba não apresenta pulsação de vazão nem de pressão. obrigando o líquido a sair pela descarga da bomba. deslocando-o até chegar à região da descarga. Com rotação alta. ficam alojadas diversas palhetas que. ao girar. como Buna N e Viton. aproximadamente de 6kg/cm2.Pense e Anote Bombas de palhetas A bomba de palhetas. Os rotores estão sempre em contato na parte central. 3 E 5 LÓBULOS 268 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . ao girarem.FIGURA 158 BOMBA DE CAVIDADES PROGRESSIVAS Pense e Anote Rotor Selagem Estator Caixa de mancais Bomba de lóbulos As bombas de lóbulos possuem dois rotores que giram em sentido contrário dentro da carcaça. aprisionam na sucção um volume de líquido entre seus lóbulos e a carcaça. FIGURA 159 BOMBAS COM 1. três e cinco lóbulos. fazendo a vedação. volume esse que é deslocado e liberado na descarga. Existem bombas de um. dois. 2. Pelo seu formato. FIGURA 160 BOMBA PERISTÁLTICA Tubo em U flexível Excêntrico giratório Bombas de pistão rotativo As bombas de pistões axiais variam a vazão pela alteração da inclinação de um disco que aciona os pistões. maior o curso dos pistões. A única parte que entra em contato com o líquido é o tubo flexível. É uma bomba bastante simples e que não precisa de selagem. portanto. O disco é montado sobre o eixo por meio de uma junta esférica.Bomba peristáltica Essa bomba é formada por um tubo flexível. maior a vazão. deslocando o líquido da sucção para a descarga. Quanto mais inclinado o disco. montado sob a forma de U. não mostrado na figura. Um ou mais roletes giratórios ou excêntricos passam espremendo o tubo. 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 curso máximo do pistão e máxima vazão Redução do ângulo significa curso reduzido e vazão reduzida PETROBRAS Ângulo zero significa curso zero (pistão não se move) e vazão nula ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 269 Pense e Anote . Seu principal desgaste ocorre no tubo flexível. FIGURA 162 BOMBA DE PISTÃO AXIAL COM AJUSTE DA VAZÃO Pense e Anote Prato da válvula Pistão de ajuste do curso Porta de enchimento Dispositivo de retorno com mola Saída Bucha Mola Entrada Bloco do Pistão cilindro Placa 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. O eixo é assentado por intermédio de um rolamento na carcaça e de uma bucha no prato da válvula. PISTÕES Cada furo do bloco do cilindro comporta um pistão. É conectado ao eixo através de estrias. Os pistões são articulados com essa placa. DISPOSITIVO DE RETORNO COM MOLA Serve para empurrar a placa oscilante contra o pistão de ajuste. 270 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . PLACA OSCILANTE Ela pode oscilar em torno do eixo sobre uma junta esférica. Um lado do pistão é esférico e se conecta com a placa oscilante. EIXO É acoplado ao bloco de cilindros por meio de estrias. As portas de entrada e de saída do líquido são arranjadas de tal modo que os pistões passam na entrada quando estão sendo recolhidos e passam na saída quando estão sendo empurrados. O ângulo pode ser modificado manualmente por meio de um parafuso de ajuste ou de uma linha-piloto (linha pressurizada). Outros tipos de bombas rotativas de deslocamento positivo A variedade de bombas de deslocamento positivo rotativas é muito grande. giram solidários. Na Figura 163. os pistões fazem um movimento alternativo nos seus furos. Princípio de funcionamento O eixo. sapata da placa. Junta esférica. mancal tipo bucha. A variação do curso do pistão é possível pela mudança do ângulo da placa oscilante. 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 Pense e Anote . mostramos alguns outros modelos que são utilizados. juntamente com os pistões. O volume deslocado depende do diâmetro. A placa oscilante permanece com uma determinada inclinação ajustada e é livre girar no seu plano. do número de pistões e do seu curso. mola e a caixa também fazem parte da bomba. Batentes são providos para as posições de curso máximo e mínimo. O curso depende do ângulo de ajuste da placa oscilante. À medida que o bloco de cilindros gira com o eixo. Isso é feito por meio de um dispositivo de posicionamento angular da placa. FIGURA 163 BOMBAS DE PALHETA EXTERNA. a placa oscilante e o bloco do cilindro. na qual se localizam as conexões de entrada e saída do produto.PRA TO D A VÁL VUL PRAT DA VÁLVUL VULA VULA Peça estática. A palheta impede o retorno do líquido para a sucção. O cilindro menor é guiado por uma haste cilíndrica (pistão) que trabalha numa bucha esférica. 272 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . A bomba de came e pistão funciona pelo movimento de um cilindro que gira excentricamente e em contato com um cilindro maior. A bomba de pás flexíveis usa a deformação das pás para realizar o bombeamento. com o giro. obrigando-o a sair pela descarga. que é a Pense e Anote responsável pelo bombeamento. O líquido fica aprisionado entre a parte elítica e a câmara circular e. juntamente com uma palheta que faz a vedação. vai sendo deslocado da sucção para a descarga.A bomba de palheta externa possui uma peça rotativa elítica. SUBMERSA E TIPO “VORTEX” Auto-escovante Submersa Vortex PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas 273 Pense e Anote .Bombas centrífugas especiais racterísticas específicas. Entre estas temos: FIGURA 164 A lém das bombas centrífugas já citadas. existem algumas com ca- BOMBA AUTO-ESCORVANTE. que fica recuado em relação à descarga da bomba. A maioria das vezes esse tipo de bomba é montado com mangueiras flexíveis. o líquido fica retido nessa câmara. Ao girar.Bomba auto-escorvante Essa bomba possui na frente de seu impelidor uma câmara com uma vál- Pense e Anote vula de retenção. Esse turbilhonamento provoca o arraste do líquido que está adjacente. É muito usada quando temos materiais em suspensão que poderiam obstruir o impelidor. Na próxima partida. 274 PETROBRAS ABASTECIMENTO Manutenção e Reparo de Bombas . Quando a bomba é desligada. Bomba tipo “vortex” Esse tipo de bomba possui um impelidor aberto. não será necessário escorvá-la. É muito usada para esgotamentos de poços e de valas. Bomba submersa É uma bomba centrífuga tipo canned. o impelidor faz um turbilhonamento do líquido dentro da carcaça. Seu rendimento é baixo. 9. Rio de Janeiro: Interciência. de 1997. 2. Bombas industriais. 47-6100-1990-09. Nova York: [19 —] . Centrifugal pumps handbook. NELSON. fev.ed.Motion Control NSK. SKF.. Chemical Processing. NSK. Torino: 1990. Washington: 2003. API 610 : centrifugal pumps for petroleum. 1998. São Paulo: 2002. MATTOS. SULZER BROTHERS LTD. Catálogo 4000P Reg.ed. petrochemical and natural gas industries. FALCO R. WORTHINGTON. E. E. Understanding pump cavitation. PSI pump selection for industry. E. Winterthur: 1989. NSK Rolamentos .Referências bibliográficas AMERICAN PETROLEUM INSTITUTE. W. GRÁFICA E P ROGRAMAÇÃO VISUAL .SENAI / RJ PRODUZIDO PELA DIRETORIA DE EDUCAÇÃO Coordenador de formação. programação visual e diagramação L OURDES S ETTE R ITA G ODOY I N -F ÓLIO – P RODUÇÃO EDITORIAL . DR UM MOND L UIS R OBERTO ARRUDA 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 MENEZES Revisão técnico-metodológica E RNESTO F ERREIRA M ARTINS S ÉRGIO MOLINA M ICAELO Revisão gramatical Revisão editorial Projeto gráfico. capacitação e certificação de abastecimento M AURÍCIO L IMA Diretora de educação Elaboração Gerente de educação profissional Gerência de educação profissional ANDRÉA MARINHO F RANCO GETÚLIO V.