Equipamentos Dinamicos Parte1

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Equipamentos Dinâmicos
1
CURSO DE FORMAÇÃO DE OPERADORES DE REFINARIA
EQUIPAMENTOS DINÂMICOS
2
Equipamentos Dinâmicos
Equipamentos Dinâmicos
3
CURITIBA
2002
EQUIPAMENTOS DINÂMICOS
MARIANO PACHOLOK
Equipe Petrobras
Petrobras / Abastecimento
UN´s: Repar, Regap, Replan, Refap, RPBC, Recap, SIX, Revap
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Equipamentos Dinâmicos
Módulo
Equipamentos Dinâmicos
Ficha Técnica
UnicenP – Centro Universitário Positivo
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(Pró-Reitora de Extensão)
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(Diretor do Núcleo de Ciências Humanas e
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(Coordenadora do Curso de Pedagogia)
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(Diretor do Núcleo de Ciências Exatas e
Tecnologias)
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(Coordenador do Curso de Desenho Industrial)
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(Coordenador do Curso de Engenharia Civil)
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(Coordenador do Curso de Engenharia
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(Coordenador do Curso de Jornalismo)
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(Coordenador Geral do Projeto)
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(Coordenação Ilustração, Fotografia e
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(Coordenação Administrativa)
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(Diagramação)
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(Ilustração)
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Equipamentos Dinâmicos
5
Apresentação
É com grande prazer que a equipe da Petrobras recebe você.
Para continuarmos buscando excelência em resultados, dife-
renciação em serviços e competência tecnológica, precisamos de
você e de seu perfil empreendedor.
Este projeto foi realizado pela parceria estabelecida entre o
Centro Universitário Positivo (UnicenP) e a Petrobras, representada
pela UN-Repar, buscando a construção dos materiais pedagógicos
que auxiliarão os Cursos de Formação de Operadores de Refinaria.
Estes materiais – módulos didáticos, slides de apresentação, planos
de aula, gabaritos de atividades – procuram integrar os saberes téc-
nico-práticos dos operadores com as teorias; desta forma não po-
dem ser tomados como algo pronto e definitivo, mas sim, como um
processo contínuo e permanente de aprimoramento, caracterizado
pela flexibilidade exigida pelo porte e diversidade das unidades da
Petrobras.
Contamos, portanto, com a sua disposição para buscar outras
fontes, colocar questões aos instrutores e à turma, enfim, aprofundar
seu conhecimento, capacitando-se para sua nova profissão na
Petrobras.
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6
Equipamentos Dinâmicos
Sumário
1 EQUIPAMENTOS DINÂMICOS ............................................. 7
1.1 Introdução ......................................................................... 7
1.2 Equipamentos Estáticos e Dinâmicos .............................. 7
2 BOMBAS INDUSTRIAIS ...................................................... 10
2.1 Características das bombas industriais ........................... 11
2.1.1 Turbobombas ou dinâmicas ................................ 11
2.1.2 Volumétricas ou de deslocamento positivo ........ 13
2.2 Bombas centrífugas ........................................................ 14
2.2.1 Composição ........................................................ 14
2.2.2 Princípio de funcionamento ................................ 18
2.2.3 Principais problemas em bombas centrífugas ....... 20
2.2.4 Operação de bombas centrífugas ........................ 21
3 TURBINAS A VAPOR .......................................................... 23
3.1 Princípio de funcionamento ............................................ 23
3.1.1 Percurso do vapor ............................................... 24
3.1.2 Composição ........................................................ 26
3.1.3 Conjunto rotativo ................................................ 26
3.1.4 Sistema de controle de velocidade e desarme .... 26
3.1.5 Regulador ............................................................ 27
3.1.6 Principais problemas em turbinas a vapor ......... 28
3.1.7 Operação de turbinas a vapor ............................. 28
4 COMPRESSORES .................................................................. 30
4.1 Tipos de compressores .................................................... 30
4.2 Compressores centrífugos ............................................... 32
4.2.1 Características do compressor centrífugo ........... 33
4.3 Compressor de fluxo axial .............................................. 34
4.4 Compressores rotativos ................................................... 34
4.4.1 Compressores alternativos .................................. 34
4.4.2 Controle do compressor alternativo .................... 34
5 LUBRIFICAÇÃO .................................................................. 36
5.1 Atrito ............................................................................ 36
5.2 Mancais ........................................................................... 37
5.3 Lubrificantes .................................................................. 38
5.4 Rotina diária de lubrificação .......................................... 38
5.5 Lubrificação de turbinas a vapor .................................... 39
6 EJETORES ................................................................................. 40
6.1 Restrição no escoamento ................................................ 40
6.2 Ejetor ............................................................................... 40
6.3 Usos do ejetor ................................................................. 41
7 LEITURA COMPLEMENTAR 1 – CAVITAÇÃO ................. 42
7.1 Descrição do fenômeno de cavitação ............................. 42
7.2 Conceituação clássica de cavitação ................................ 42
7.3 Comparação entre cavitação e vaporização .................... 43
7.4 Inconvenientes da cavitação ........................................... 43
7.4.1 Barulho e vibração .............................................. 43
7.4.2 Alteração das curvas características ................... 43
7.4.3 Danificação do material ......................................46
7.5 Cavitação, erosão e corrosão .......................................... 47
7.6 Conceituação moderna de cavitação .............................. 47
7.6.1 Pressão crítica para o início da cavitação ........... 47
7.7 Análise da cavitação em bombas .................................... 49
7.8 Equacionamento da cavitação em bombas ..................... 49
7.9 Curva NPSHr x vazão ..................................................... 50
7.10 Cálculo do NPSH disponível .......................................... 50
7.11 Critérios de avaliação das condições de cavitação ......... 50
7.11.1 Cálculo da vazão máxima permissível de uma
bomba em um sistema ........................................ 50
7.11.2 Altura máxima de sucção ................................... 51
7.12 Fatores que modificam o NPSH disponível ................... 51
7.12.1 Altura estática de sucção (Zs) ............................. 51
7.12.2 Altitude do local da instalação ........................... 52
7.12.3 Temperatura de bombeamento ............................ 52
7.12.4 Tipo de líquido bombeado .................................. 52
7.12.5 Tipo de entrada, comprimento, diâmetro e
acessórios da tubulação de sucção ...................... 52
7.12.6 Vazão .................................................................. 52
7.12.7 Pressão no reservatório de sucção (Ps) ............... 52
7.13 Fatores que modificam o NPSH requerido e
procedimentos para melhorar o desempenho
das bombas quanto à cavitação ...................................... 52
7.13.1 Possibilidade de redução da perda
na entrada da bomba (hfi) ................................... 52
7.13.2 Possibilidade de redução das velocidades
absoluta e relativa no olho do impelidor
(V1) e (Vr1) ........................................................ 52
7.13.3 Uso do indutor .................................................... 53
7.13.4 Variação da rotação ............................................. 53
8 LEITURA COMPLEMENTAR 2 ........................................... 55
8.1 Variáveis características em bombas centrífugas ........... 55
8.1.1 Curva carga (H) x vazão (Q) ............................... 55
8.1.2 Curva inclinada (Rising) .................................... 55
8.1.3 Curva ascendente/descendente (Drooping) ........ 55
8.1.4 Curva altamente descendente (Steep) ................. 55
8.1.5 Curva plana (flat) ................................................ 55
8.2 Curvas de potência absorvida x vazão ............................ 56
8.2.1 Potência útil cedida ao fluido (Potc) .................. 56
8.2.2 Potência absorvida pela bomba (Potabs) ............ 56
8.3 Curva rendimento total (h) x vazão (Q) ......................... 56
8.4 Formas de apresentação das curvas características ........ 57
8.5 Características do sistema ............................................... 57
8.5.1 Conceituação da altura manométrica do sistema ... 58
8.5.2 Calculo de altura manométrica de sucção (hs) ... 58
8.5.3 Cálculo da altura manométrica de descarga (hd) . 59
8.5.4 Cálculo da altura manométrica total (H) ............ 61
8.6 Determinação da curva do sistema ................................. 62
8.7 Determinação do ponto de trabalho ................................ 62
EXERCÍCIOS .............................................................................. 63
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .......................................... 64
Equipamentos Dinâmicos
7
1EquipamentosDinâmicos
1.1 Introdução
Os equipamentos industriais constituem o
que se conhece por “hardware” de uma planta
industrial. Neste volume, serão estudados os
equipamentos classificados como dinâmicos,
enfatizando bombas, turbinas a vapor e com-
pressores. Serão abordados também ejetores e
lubrificação. Os equipamentos dinâmicos têm
grande importância devido ao fato de realiza-
rem movimentos mecânicos para cumprirem
sua função de transferência de energia de uma
modalidade para outra. Tornam-se críticos para
a continuidade operacional dos processos in-
dustriais. Há, portanto, a necessidade de se
Equipamentos Estáticos –Tanque.
1.2 Equipamentos Estáticos e Dinâmicos
Os equipamentos industriais são classifi-
cados, dentro de uma visão abrangente, em
Estáticos e Dinâmicos.
Os equipamentos estáticos não possuem
movimento contínuo em seus componentes.
Como exemplo, podem ser citados tanques,
vasos, permutadores (trocadores de calor),
válvulas, linhas (tubulações), geradores de
vapor (caldeiras) e outros.
compreender o princípio de funcionamento dos
equipamentos como um todo e dos elementos
constituintes para sua adequada operação.
Equipamentos Estáticos – Vaso. Equipamentos Estáticos – Trocador
de calor.
Equipamentos Estáticos – Válvula.Equipamentos Estáticos – Linhas.
Equipamentos Estáticos – Torre.Fonte: AUTOR
8
Equipamentos Dinâmicos
Os equipamentos dinâmicos possuem movimentos contínuos, rotativos e ou alternativos,
nos seus componentes. Como exemplo, são citados motores elétricos, turbinas a vapor, bombas,
compressores, redutores, sopradores, ventiladores e outros.
Equipamentos Dinâmicos – Ventilador.
Equipamentos Dinâmicos – Bomba.
Equipamentos Dinâmicos – Turbina a vapor.
Equipamentos Dinâmicos – Soprador.
Equipamentos Dinâmicos – Compressor.
Equipamentos Dinâmicos – Motor elétrico.
Equipamentos Dinâmicos – Redutor.
Fonte: AUTOR
Equipamentos Dinâmicos
9
Os equipamentos dinâmicos podem ser
classificados em acionadores e acionados, mas,
em ambos os casos, têm a função de transfor-
mar energia. Os principais equipamentos clas-
sificados como acionadores são motores elé-
tricos e turbinas a vapor, que convertem sua
forma específica de energia em energia mecâ-
nica. Os principais equipamentos classificados
como acionados são bombas, compressores,
redutores, sopradores e ventiladores, sempre
recebendo energia mecânica. Em ambos os
casos, a ligação entre acionadores e acionados
será feita pelo acoplamento. Quando a rota-
ção do eixo do acionador não for adequada para
o acionado, haverá, entre eles, um redutor, para
redução, ou um multiplicador, para ampliação.
Também, em substituição ao redutor, pode-se
variar a freqüência do sistema elétrico e se
obter a adequação da rotação.
Nas plantas industriais, há necessidade de
se estabelecer um referencial sobre os equi-
pamentos dinâmicos. Então, para referenciar
o lado do equipamento adotam-se as expres-
sões “lado do acoplamento (LA)” e “lado opos-
to ao acoplamento (LOA)”. Para referenciar
as laterais, usa-se direita e esquerda, olhando-
se do acionador para o acionado. A necessida-
de de se utilizar as referências LA ou LOA
pode ser demonstrada, por exemplo, caso o
equipamento tenha dois selos e um esteja com
vazamento. Nesse caso, a comunicação preci-
sa de qual selo está com problema será o selo
LA ou LOA está com vazamento.
Nesse curso, serão estudados os equipa-
mentos dinâmicos com ênfase em bombas,
turbinas a vapor e compressores, bem como
lubrificação pelo fato de ser um item de
altíssima importância presente em quase to-
dos os equipamentos dinâmicos.
Referência de lados em Equipamentos Dinâmicos.
Anotações
LOA LA LA LOA
Acoplamento
Fonte: AUTOR
10
Equipamentos Dinâmicos
2BombasIndustriais
As bombas são máquinas cuja função é a
de transferir energia para um fluido. Este fluido
deve ser considerado no estado líquido com
ponderação para a viscosidade. Quando a vis-
cosidade for muito elevada, estado pastoso,
não poderão ser usadas bombas sem uma ri-
gorosa análise.
Relembrando o conceito de transformação
de energia estudado em física:
– acionamento por motor elétrico: O
motor recebe a energia elétrica do gerador,
transforma em energia mecânica, através do
acoplamento, transfere a energia mecânica para
a bomba, que, por sua vez, a transforma em
energia hidráulica manifestada como pressãono fluido.
– acionamento por turbina a vapor: A
turbina recebe a energia térmica do gerador de
vapor (caldeira) ou de outros sistemas, trans-
forma em energia mecânica, através do aco-
plamento, transfere a energia mecânica para a
bomba, que por sua vez, transforma em ener-
gia hidráulica manifestada como pressão no
fluido.
A pressão adquirida pelo fluido será, ob-
viamente, maior, após passar pela bomba e será
chamada de pressão de descarga. Analogamen-
te, antes da bomba, tem-se a pressão de suc-
ção. Desta forma, tem-se estabelecido o con-
ceito de fluxo do fluido: para ter-se fluxo, des-
locamento de um fluido, é necessário ter-se
diferença de pressão. Então, pode-se entender
que o fluido terá energia para ser deslocado de
um local para outro local, mais alto, mais dis-
tante ou a combinação destes.
Em uma planta de processamento de pe-
tróleo ou de outros produtos, há a necessidade
de injeção e de extração de fluidos com dife-
rentes valores de pressão, vazão, temperatura,
impurezas sólidas e demais características fí-
sico-químicas. Para atender a estas diferentes
necessidades dos processos foram desenvol-
vidos diversos tipos de bombas. Centrífuga
Classificação das bombas industriais
Tipos de bombas industriais
Fonte: AUTOR
BOMBAS
INDUSTRIAIS
VOLUMÉTRICAS
OU DESLOCAM.
POSITIVO
DINÂMICAS OU
TURBOBOMBAS
CENTRÍFUGAS
FLUXO MISTO
FLUXO AXIAL
PERIFÉRICAS OU
REGENERATIVAS
ALTERNATIVAS
ROTATIVAS
PISTÃO
ÊMBOLO
DIAFRAGMA
ENGRENAGENS
LÓBULOS
PALHETAS
PARAFUSO
FUSO HELICOIDAL
Equipamentos Dinâmicos
11
Fuso helicoidalDiafragma
ÊmboloCentrífuga
2.1 Características das bombas industriais
2.1.1 Turbobombas ou dinâmicas
São bombas nas quais a movimentação do
líquido, ou a transferência de energia, é produ-
zida por forças decorrentes da rotação de um
impelidor (rotor). A forma do impelidor faz a
distinção entre os diversos tipos de turbobom-
bas e define a direção do fluxo na sua saída.
Os tipos de turbobombas são centrífugas,
fluxo misto, fluxo axial e periféricas ou re-
generativas.
Em bombas centrífugas, a energia forne-
cida ao líquido é convertida principalmente em
energia de pressão. A energia fornecida pode
ter origem puramente centrífuga ou de arras-
te, ou a combinação das duas, dependendo da
forma do impelidor. A pressão ao fluido, ou
seja energia, é transferida pela combinação da
passagem do fluido através do impelidor e de
uma região da carcaça onde o volume é cres-
cente. O volume é crescente para a pressão
permanecer constante.
As bombas centrífugas podem ser radiais
ou tipo Francis. As radiais têm a saída do fluido
a noventa graus da entrada, e são chamadas de
bombas centrífugas puras. As do tipo Francis
caracterizam-se pela curvatura das palhetas do
impelidor em dois planos.
Bomba centrífuga radial.
Fonte: AUTOR
Fonte: MATTOS & FALCO, 1992.
12
Equipamentos Dinâmicos
a) Bombas de fluxo axial
Nas bombas de fluxo axial, toda energia é
fornecida ao fluido por forças puramente de
arraste. A direção de saída do líquido é para-
lela ao eixo. Estas bombas são usadas quando
necessárias grandes vazões e pequenas pres-
sões. Alguns autores classificam este tipo de
bomba como centrífuga, porém não é adequa-
do, em função de não corresponder ao princí-
pio físico de centrifugação.
Impelidor de fluxo axial
b) Bombas de fluxo misto
As bombas de fluxo misto têm uma con-
figuração intermediária entre as bombas cen-
trífugas puras e as bombas axiais. As bombas
centrífugas mistas fornecem energia ao fluido
tanto por ação da força centrífuga quanto por
arrastamento.
A direção do fluxo do fluido ocorre entre
90º e 180º da entrada.
c) Bombas periféricas ou regenerativas
Nas bombas periféricas ou regenerativas,
o fluído é arrastado através de um impelidor
com palhetas em sua periferia, de tal forma
que a energia fornecida é convertida em ener-
gia de pressão pela redução de velocidade na
carcaça.
Bomba periférica.
Fonte: MATTOS & FALCO, 1992.
Fonte: MATTOS & FALCO, 1992.
Bomba de fluxo misto.
Fonte: MATTOS & FALCO, 1992.
Equipamentos Dinâmicos
13
2.1.2 Volumétricas ou de deslocamento positivo
Nas bombas volumétricas ou de desloca-
mento positivo, o fluido é obrigado a executar
um movimento de deslocamento igual ao de
um componente da bomba, como há resistên-
cia a ser vencida, tem-se o aumento de pres-
são. Para receber ação de força do componen-
te da bomba, o fluido, inicialmente, enche es-
paços com volume definido e é expulso deste.
Com essas bombas, é possível obter altas pres-
sões de descarga e vazão constante. Sempre é
possível controlar a vazão, porém, após a ação
de controle, essa permanece constante.
a) Bombas alternativas
As bombas alternativas podem ser de pis-
tão, de êmbolo ou de diafragma.
Nas bombas alternativas de pistão, o com-
ponente que produz o movimento do líquido é
um pistão, que se desloca com movimento al-
ternativo, dentro de um cilindro. Seu funcio-
namento é dado por um curso de aspiração,
através do qual o movimento do pistão tende
a produzir vácuo. A pressão do líquido no lado
da aspiração faz com que a válvula de admis-
são abra-se e o cilindro encha-se. Enquanto
isto ocorre, a válvula de descarga mantém-se
fechada pela própria diferença de pressão e
pelo curso de recalque, onde o pistão força o
líquido, de modo a empurrá-lo para fora do
cilindro, através da válvula de descarga.
Pistão
Fonte: MATTOS & FALCO, 1992.
O princípio de funcionamento das bom-
bas alternativas de êmbolo é igual ao das al-
ternativas de pistão, apenas a forma do ele-
mento de ação de força sobre o fluido varia
como o êmbolo sempre tem a área de contato
reduzida o com fluido é possível obter pres-
sões mais altas.
Bomba alternativa de êmbolo.
Fonte: MATTOS & FALCO, 1992.
Nas bombas alternativas de diafragma, o
elemento que fornece a energia para o líquido
é uma membrana acionada por uma haste com
movimento alternativo, ou por câmara de óleo.
O princípio de funcionamento é semelhante à
bomba alternativa de pistão.
Bomba alternativa de diafragma.
Fonte: MATTOS & FALCO, 1992.
b) Bombas rotativas
As bombas rotativas podem ser de engre-
nagens, de lóbulos, de parafuso, de palhetas e
de fuso helicoidal.
O funcionamento das bombas rotativas de
engrenagens consiste em rotação de duas en-
grenagens e arraste do fluido no espaço entre
os dentes e a carcaça. Uma das engrenagens é
acionadora e outra acionada, tem-se então uma
transmissão de força.
Bomba de engrenagens.
Fonte: MATTOS & FALCO, 1992.
As bombas rotativas de engrenagens e de
lóbulos têm funcionamento idêntico.
Bomba de Lóbulos.
Fonte: MATTOS & FALCO, 1992.
14
Equipamentos Dinâmicos
As bombas rotativas de parafusos são
compostas por dois parafusos com movimen-
tos sincronizados através de um par de engre-
nagens. O fluido percorre o espaço “vazio” dos
filetes da “rosca” dos parafusos das extremi-
dades (admissão) para o centro (descarga).
Estas bombas têm boa aplicação no caso de
fluido muito viscoso.
Bomba de parafuso
Fonte: MATTOS & FALCO, 1992.
Em bombas rotativas de palhetas deslizan-
tes, as câmaras volumétricas para o arraste do
fluido são formadas por palhetas livres radial-
mente, pressionadas por mola contra a carca-
ça. O eixo é excêntrico em relação à car-
caça, com isso, um dos lados faz vedação
e o outro permite volume.
Bomba de palhetas.
Fonte: MATTOS & FALCO, 1992.
2.2 Bombas centrífugas
As bombas centrífugas são máquinas cuja
função é transferir energia para um fluido e
promover, com isso, a transferência de uma
massa, fluido, de um local para outro.
As bombas centrífugas podem ser classi-
ficadas pelo número de estágios e pela forma
construtiva.
Quanto ao número de estágios, pode-se ter:
– Um estágio – a energia é transferida em
uma única vez. Existirá apenasum im-
pelidor;
– Dois ou mais estágios – a energia é
transferida em etapas. Existirão tantos
impelidores quantos forem os estágios
e, conseqüentemente, pressões interme-
diárias entre a pressão de sucção e a
pressão de descarga. Em conjunto com este item, recomenda-se a leitura do item leia o item“Princípio de funcionamento”.
Quanto à forma construtiva, pode-se ter:
– “back pull out” – tipo de carcaça que
permite remover o conjunto rotativo
sem a remoção da carcaça;
– bipartida – quando se têm vários está-
gios, somente é possível remover o con-
junto rotativo partindo-se a carcaça ao
meio;
– horizontal ou vertical – posição do eixo.
2.2.1 Composição
Uma bomba centrífuga é composta pelas
seguintes partes:
– carcaça,
– conjunto rotativo,
– mancais,
– selagem,
– sistema de lubrificação,
– acoplamento,
– anéis de desgaste.
a) Carcaça
A carcaça é o componente que faz a con-
tenção do fluido, contribuindo, como reação,
para que este receba a energia e ganhe pressão.
Existem várias formas geométricas de car-
caça e todas têm um projeto com vistas ao equi-
líbrio de pressão radialmente sobre o impeli-
dor. As principais formas de carcaças para
bombas centrífugas são: em voluta, com pás
difusoras, em dupla voluta. Existem ainda car-
caças tipo concêntrica e mista.
Componentes de uma bomba centrífuga tipo “back pull out”.
Fonte: ZECHEL, 1995.
Carcaça
Conjunto
rotativo
Sistema de
lubrificação
Região do
acoplamento
Mancais
Selagem
Anéis de
desgaste
Equipamentos Dinâmicos
15
Voluta
Pás difusoras
Dupla voluta
b) Conjunto rotativo
O conjunto rotativo é formado pelo eixo,
impelidor(es), porcas de fixação, cubo do aco-
plamento, luva(s) do eixo e anéis salpicadores
de óleo.
O impelidor é o componente de maior
importância em uma bomba centrífuga, por-
que é através dele que ocorre a conversão de
energia mecânica para energia hidráulica. Um
impelidor possui aletas ou pás em forma de
espiral, sustentadas por uma ou duas “pare-
Tipos de carcaças
Aberto
Semi-aberto
Fechado
A luva do eixo tem a função de protegê-lo
contra desgastes na região de selagem. Uma
selagem por gaxetas tem atrito direto sobre a
luva promovendo desgaste. No caso de selo
mecânico, poderá ocorrer desgaste por
“fretting” (contato + vibração). Quando a luva
fica danificada por desgaste, é substituída, pre-
servando-se assim, o eixo, que é mais caro.
des”. A figura a seguir, demostra também que
um impelidor pode ser aberto, semi-aberto ou
fechado.
c) Anéis de desgaste
Um anel de desgaste é um inserto de custo baixo, cuja finalidade é evitar que a carcaça e o
impelidor sofram desgaste na região de restrição. A região de restrição tem a função de minimizar
o retorno do fluido da descarga para a sucção. Como o impelidor gira e a carcaça é fixa, deve
existir uma folga entre os dois para que não haja roçamento.
Anéis de desgaste.
Fonte: MATTOS & FALCO, 1992.
Fonte: MATTOS & FALCO, 1992.
Fonte: MATTOS & FALCO, 1992.
16
Equipamentos Dinâmicos
Ver item 6.2 para maiores detalhes.
Normalmente têm-se anéis na carcaça e
no impelidor. Há bombas que dispõem de anéis
somente na carcaça, ou não usa anéis de des-
gaste na região de restrição.
Ao longo do tempo de operação de uma
bomba, a região de restrição vai sofrendo des-
gaste por erosão e ou roçamentos de partida.
Quando o desgaste for excessivo, a bomba
perderá eficiência, pois haverá muito retorno
de fluido da descarga para a sucção.
d) Mancais
Os mancais têm a função de suportar o
conjunto rotativo de tal maneira que este te-
nha somente liberdade de rotação, sem que
ocorra qualquer roçamento com os componen-
tes estáticos da bomba.
e) Selagem
Em uma bomba centrífuga, o fluido é pres-
surizado contra a carcaça e vazará para a at-
mosfera caso encontre algum caminho aberto.
Como o eixo necessita entrar na carcaça para
sustentar e girar o impelidor, é inevitável ha-
ver uma folga para que isso ocorra. Logo, ha-
verá vazamento de fluido por essa folga. Para
que este vazamento seja minimizado ou eli-
minado, utiliza-se a selagem.
Existem duas formas principais de sela-
gem: gaxetas e selo mecânico.
As gaxetas promovem a minimização de
um vazamento e não uma vedação total. São
usadas quando o fluido bombeado pode ter um
pequeno vazamento ou quando não é possível
e viável o uso de um selo mecânico. Pode-se
ter um pequeno vazamento de água, por exem-
plo, porque o custo da perda é pequeno, não
oferece impacto ambiental e não oferece risco
de incêndio e risco de toxicidade ao homem.
Por que é necessário um pequeno vazamen-
to pelas gaxetas? Porque como existe uma re-
gião de atrito entre a luva do eixo e as gaxetas,
gerando calor, o pequeno vazamento de fluido
refrigera e lubrifica essa região de atrito.
Quando o fluido bombeado tem caracte-
rísticas agressivas às gaxetas é necessário in-
jetar um líquido limpo de outra fonte chama-
do líquido de selagem ou “flushing”. Em al-
gumas configurações de bombas centrífugas,
mesmo o fluido bombeado não sendo agressivo,
é necessário ter-se uma linha de “flushing” reti-
rada da carcaça de um ponto de maior pressão.
Os selos mecânicos promovem a redução
de um vazamento a zero ou muito próximo
disto. São usados quando o fluido bombeado
tem custo de perda alto, oferece impacto am-
biental, risco de incêndio ou risco de toxicidade
ao homem.
Um selo mecânico é um conjunto de pe-
ças com alto grau de precisão dimensional e
geométrico e materiais especiais. Veja nas fi-
guras a seguir os principais componentes de
um selo mecânico, como anéis e sedes de
vedação.
Selagem por gaxetas.
Vida útil do engaxetamento
Caixa de gaxetas
Preme-gaxetas ou
sobreposta.
Promove o aperto
das gaxetas
Injeção de líquido de lavagem/
refrigeração (“Flushing”)
Folga por onde o fluido
bombeado irá vazar
Eixo
Luva do eixoGaxetasRegião de atrito: a luvagira com eixo e as
gaxetas são estáticas
Existem duas classes importantes de se-
los mecânicos: simples e duplo. Os simples
têm uma interface de vedação, enquanto que
os duplos têm duas.
Num selo simples, caso ocorra falha, o
fluido bombeado vaza diretamente para atmos-
fera e pode promover acidentes. Com apenas
uma interface de vedação sempre ocorrerão
micro-vazamentos, chamados emissões fugi-
tivas. Essas emissões, ou seja, vapores de pro-
dutos agressivos, já estão sendo proibidas por
leis ambientais.
Fonte: AUTOR
Equipamentos Dinâmicos
17
Selo mecânico simples.
Em um selo duplo, caso ocorra falha, o
fluido bombeado não vaza diretamente para
atmosfera e sim para uma câmara onde há um
outro fluido pressurizado, chamado fluido de
barreira. Esta câmara possui instrumentos de
alarme que avisam sobre o vazamento. Impor-
tante: há bombas em que o impelidor fica no
meio do eixo e este “fura” a carcaça dos dois
lados, logo é fundamental a vedação de am-
bos os lados e portanto, duas selagens são ne-
cessárias. Isto não deve ser confundido com
selo duplo que serve para uma selagem, po-
rém com duas interfaces de vedação.
Selo mecânico simples.
Selo mecânico duplo.
Sistema auxiliares para injeção de selagem.
Fonte: adaptado pelo autor a partir de Flowserve, Products &
Services. USA, 1999. Catálogo FSD101.
A interface de vedação é uma região de
atrito formada pela sede rotativa, móvel, e pela
sede estacionária, fixa. Nessa região de atrito,
há grande geração de calor que é retirado pela
injeção de líquido de selagem ou refrigeração,
conhecida como “flushing”. O líquido de se-
lagem, normalmente, é o próprio fluido bom-
beado que é retirado de um ponto da carcaça
onde a pressão já é de descarga. Na região da
câmara de selagem, a pressão é levemente su-
perior à pressão de sucção, com isso, injetan-
do-se o líquido de selagem à pressão de des-
carga, tem-se fluxo passando pelo selo e reti-
rando o calorgerado pelo atrito. Quando o lí-
quido de selagem é sujo, é necessário filtrá-lo,
quando se encontra muito quente, é necessá-
rio resfriá-lo e quando apresenta muitos sóli-
dos em suspensão (sujeira) é necessário limpá-
lo ou uso de um ciclone.
Veja o item “Lubrificação”.
A injeção de líquido de lavagem (“quench”)
tem a função de arrastar e diluir emissões fu-
gitivas, evitando incêndio. Também pode aju-
dar na refrigeração.
f) Sistema de lubrificação
Toda bomba necessita de lubrificação em
seus mancais. Geralmente, o lubrificante é
óleo, porém pode também ser graxa. Um sis-
tema de lubrificação varia em função da for-
ma como o lubrificante é suprido ao ponto de
rolamento ou deslizamento dos mancais.
g) Acoplamento
A função de um acoplamento é a ligação
entre equipamentos acionadores e acionados,
conforme citado no item anterior.
Os acoplamentos podem ser classificados,
inicialmente, em dois grupos: rígidos e flexíveis.
Fonte: adaptado pelo autor de Flowserve, Products & Services.
USA, 1999. Catálogo FSD101.
Fonte: adaptado pelo autor de Flowserve, Products & Services.
USA, 1999. Catálogo FSD101.
Retorno
Filtro
Trocador
de calor
Ciclone
Eixo
Sobreposta
Injeção de
líquido de
lavagem
(“Quench”)
Luva do eixo
Interface de
vedação
Injeção de
líquido lavagem/
refrigeração
(“Flushing”)
Injeção de fluido de barreira
Interfaces de vedação
Injeção de líquido de
refrigeração (“Flushing”)
Injeção de líquido de
lavagem (“Quench”)
Anel de vedação
Interface de vedação
Sobreposta
Luva do eixo
Eixo
Molas Sede rotativa
(carvão)
Sede
estacionária
18
Equipamentos Dinâmicos
O acoplamento por correias, normalmen-
te, é tratado como transmissão mecânica e não
como acoplamento.
Acoplamento
flexível de
elastômero.
Acoplamento flexível
de lâminas.
Acoplamento flexível de engrenagem.
Acoplamento flexível de grade.
Um acoplamento rígido promove uma li-
gação entre os eixos do equipamento aciona-
dor e acionado de forma que se pode conside-
rar um único eixo. É possível, portanto, dis-
pensar parcialmente os mancais no equipamen-
to acionado. Como não existe qualquer movi-
mento relativo entre as partes desse acopla-
mento, não é necessário lubrificá-lo ou subs-
tituir elementos por desgaste ou quebra.
Um acoplamento flexível promove uma
ligação entre os eixos do equipamento acio-
nador e acionado de forma que ambos os eixos
continuam com liberdade de movimento,
exceto para liberdade de movimento relativo
angular, ou seja, têm o movimento de rotação
“amarrado”. Isto implica na necessidade de
mancais radiais e axiais tanto no equipamento
acionado quanto no acionador. Devido a um
inevitável desalinhamento entre os eixos, ocor-
re movimento relativo entre as partes desse aco-
plamento e, com isso, é necessário lubrificá-lo
ou substituir elementos por desgaste ou quebra.
Os acoplamentos flexíveis são os mais
usados em equipamentos dinâmicos e podem
ser classificados como:
– Lubrificados
– Grade – Engrenagem
– Não lubrificados
– Lâminas – Elastômero
– Pinos (pouco usado)
– Magnético (pouco usado)
– Correias
2.2.2 Princípio de funcionamento
Para o entendimento do funcionamento de
uma bomba centrífuga temos que retornar à
disciplina de física e rever movimento circu-
lar e, principalmente, força centrípeta. Relacio-
nando essa idéia ao fluido em uma bomba cen-
trífuga teremos o entendimento ao observar a
figura a seguir.
Fonte: Catálogo Powerflex.
Equipamentos Dinâmicos
19
Ação centrífuga que ocorre em uma bomba.
Fonte: Desconhecida
Antes de mostrarmos o princípio de fun-
cionamento das bombas centrífugas vamos
examinar as partes fundamentais neste funcio-
namento, que são:
O impelidor, que consta essencialmente de
palheta ou pás que impulsionam o líquido e a
carcaça, que envolve o impelidor, contém o
líquido, servindo de invólucro global.
Para o funcionamento, é necessário que a
carcaça esteja completamente cheia de líqui-
do, e portanto, que o impelidor esteja mergu-
lhado no líquido.
O funcionamento da bomba centrífuga ba-
seia-se praticamente na criação de uma zona de
baixa pressão e de uma zona de alta pressão.
A criação da zona de baixa pressão decor-
re do fato de que o líquido, recebendo através
das pás o movimento de rotação do impelidor,
fica sujeito à força centrífuga que faz com que
as partículas do líquido se desloquem em di-
reção à periferia do impelidor. Este desloca-
mento acarreta a criação de um vazio (baixa
pressão) na região, vazio este que será preen-
chido por igual quantidade de líquido prove-
niente da fonte, estabelecendo-se assim a pri-
meira condição para o funcionamento que é
um fluxo contínuo (regime permanente).
A criação da zona de alta pressão na peri-
feria, alta pressão que é a responsável pela
possibilidade de transporte do fluido e atendi-
mento das condições finais do processo, deve-se
ao fato de que o líquido que parte para a peri-
feria, sob a ação centrífuga, vai encontrar um
aumento progressivo na área de escoamento,
que causará queda de velocidade e aumento
de pressão (teorema de Bernouilli). Está, as-
sim, criada a alta pressão na periferia, neces-
sária para que a bomba cumpra a sua função.
Analisando o que dissermos, poderíamos
afirmar que, resumidamente, o que ocorre é o
Corte de bomba mostrando a linha de fluxo de líquido.
Fonte: MATTOS & FALCO, 1992.
impelidor fornecendo energia ao fluido, sendo
em seguida, parte de energia cinética transfor-
mada em energia de pressão devido ao aumen-
to progressivo da área da carcaça na região de
difusão, após o líquido atravessar a voluta. Na
realidade, um certo aumento de pressão ocorre
durante a passagem do fluido desde a entrada
até a saída do canal formado pelas pás do im-
pelidor, visto que este canal é divergente. En-
tretanto, boa parte do ganho de pressão é nor-
malmente obtida após a saída do impelidor,
quando o fluído é orientado através de uma re-
gião de área crescente (região difusora).
A correlação entre a quantidade de ener-
gia transferida no impelidor, que implica mu-
dança da pressão estática do fluido passando
através do impelidor e a energia total transfe-
rida pelo impelidor, recebe a denominação de
grau de reação.
O aumento progressivo da área na carca-
ça, pode ser obtido de duas formas:
– utilizando a carcaça em voluta com re-
gião difusora.
– utilizando a carcaça com pás difusoras.
Carcaça em voluta.
Fonte: MATTOS & FALCO, 1992.
20
Equipamentos Dinâmicos
Carcaça em difusor.
Fonte: MATTOS & FALCO, 1992.
No primeiro caso, seria interessante notar
que a voluta não tem por finalidade direta au-
mentar a pressão, mas acomodar a corrente lí-
quida. Na realidade, tendo em vista as quanti-
dades crescentes de líquido a serem acomoda-
das no sentido do fluxo, através da voluta, o
perfil em voluta é projetado objetivando um
equilíbrio de pressões na direção radial.
Assim sendo, o aumento de pressão é, em
verdade, obtido na parte difusora da carcaça,
após o líquido ter passado pela voluta (ponto
A). Este tipo de carcaça é normalmente utili-
zado em bombas que possuem um único im-
pelidor, comumente chamadas de bombas de
simples estágio.
No segundo caso, o canal divergente é pro-
piciado por pás difusoras fixadas à carcaça.
Neste caso, a simetria do fluxo na direção ra-
dial estabelece, do ponto de vista prático, o
desejado equilíbrio de pressão radial. Este ar-
ranjo tem aplicação usual para bombas que
possuem vários impelidores em série, comu-
mente chamadas de bombas de múltiplos es-
tágios.
2.2.3 Principais problemas em bombas
centrífugas
Uma bomba centrífuga poderá apresentar
problemas em seu funcionamento. Esses pro-
blemas poderão ocorrer em função da condi-
ção operacional imposta à bomba ou em fun-
ção de falha mecânica. É importante associar
o conteúdo desteitem ao de “Cavitação”. Uma
condição operacional inadequada poderá re-
sultar em falhas mecânicas. Os principais pro-
blemas que constituem falhas mecânicas e
poderão tornar uma bomba indisponível a um
processo são: vazamentos, vibração, ruído,
aquecimento excessivo e perda de eficiência.
Em uma bomba centrífuga, pode-se ter
vazamentos do produto (fluido bombeado), de
lubrificante e de água de refrigeração. O pro-
duto poderá vazar, tanto para a atmosfera quan-
to para sistemas de contenção, através do sis-
tema de selagem, das juntas dos flanges, da
junta da caixa de selagem, de trincas na carca-
ça ou pela válvula do dreno.
Um vazamento através do sistema de se-
lagem ocorrerá principalmente pelos seguin-
tes motivos:
– vazamento em gaxetas:
– todo engaxetamento vaza!
– falta de aperto nas gaxetas;
– falta de injeção de líquido de selagem;
– desgastes excessivos na luva, na bucha
de restrição e na caixa.
– vazamento em selos mecânicos:
– falta de injeção de líquido de selagem;
– presença de impurezas no sistema;
– falha de material;
– solidificação de produto nas molas.
Um vazamento através das juntas dos
flanges, da junta da caixa de selagem, de trin-
cas na carcaça ou pela válvula do dreno ocor-
rerá por:
Bomba de múltiplos estágios.
Fonte: MATTOS & FALCO, 1992.
Detalhe das pás difusoras em bombas de múltiplos estágios.
Fonte: MATTOS & FALCO, 1992.
É importante rever o item selagem. O lubrificante poderá vazar através
do dreno do lubrificante, da vedação dos mancais ou de trincas na caixa
de mancais. A água de refrigeração poderá vazar através das conexões
e trincas.
Observação: ver leitura complementar 1 e 2.
Equipamentos Dinâmicos
21
– falta de aperto nas juntas;
– grandes variações de temperatura;
– trincas;
– válvula de dreno dando passagem.
Um vazamento de lubrificante ocorrerá em
função dos seguintes motivos:
– vazamento de óleo:
– dreno mal fechado;
– nível acima do normal;
– retentor ou labirinto danificado;
– respiro obstruído;
– corrente de ar passando pela caixa.
– vazamento de graxa:
– quantidade acima do normal;
– retentor ou labirinto danificado;
– especificação inadequada.
Em uma bomba centrífuga, pode ocorrer
vibração excessiva devido à:
– condição operacional inadequada:
– cavitação;
– carga excessiva;
– carga muito baixa.
– falha mecânica:
– desbalanceamento;
– desalinhamento;
– folgas inadequadas;
– outros.
Pode-se ter ruído excessivo principalmen-
te em uma bomba centrífuga pelos seguintes
motivos:
– danificação dos mancais;
– roçamento;
– cavitação.
Pode ocorrer aquecimento excessivo em
uma bomba centrífuga em função dos seguin-
tes motivos:
– falta de lubrificante nos mancais;
– excesso de lubrificante nos mancais;
– falha no sistema de refrigeração;
– recirculação excessiva;
– bloqueio da descarga pela válvula de
descarga ou pela check valve.
A perda de eficiência em uma bomba cen-
trífuga pode ocorrer principalmente devido:
– à recirculação interna devido a desgas-
te dos anéis de desgaste;
– ao vazamento excessivo;
– outros.
2.2.4 Operação de bombas centrífugas
A operação de uma bomba centrífuga
compõe-se das fases de partida, acompanha-
mento e parada.
A partida pode ser manual ou automática.
Para partida manual, é necessário observar os
seguintes passos:
No caso de partida automática, tem-se
apenas o passo “partir”, de forma remota. Po-
rém, é necessário colocar a bomba em condi-
ção de partida automática e observar os seguin-
tes passos:
– fechar dreno da bomba;
– garantir lubrificação adequada;
– garantir circulação da água de refrige-
ração;
– garantir injeção de líquido de selagem;
– abrir válvula de descarga;
– abrir válvula de sucção.
O acompanhamento pode ser através da
observação e intervenção do operador, do uso
de instrumentos portáteis de monitoramento
da condição e de instrumentos residentes de
monitoramento e proteção. O uso de cada um
desses métodos ou a mesclagem deles é fun-
ção da importância do equipamento e da polí-
tica da empresa. A observação do operador
– fechar dreno da bomba;
– garantir lubrificação adequada;
– garantir circulação da água de refrige-
ração;
– garantir injeção de líquido de selagem;
– fechar válvula de descarga;
– abrir válvula de sucção;
– partir;
– abrir válvula de descarga.
Componentes do sistema de uma bomba centrífuga.
Fonte: AUTOR
22
Equipamentos Dinâmicos
deverá ocorrer mais de uma vez por dia e, em
caso de anormalidades, é necessária interven-
ção para evitar que uma condição operacional
inadequada torne-se uma falha mecânica ou
esta se agrave a ponto de danificar severamente
o equipamento e ou cause um acidente. Para
facilitar a observação da condição dos equi-
pamentos, é recomendável que sejam usados
instrumentos portáteis de monitoramento da
condição como medidores de vibração, medi-
dores de temperatura, avaliadores de ruído e
detectores de vazamentos. Os instrumentos
residentes de monitoramento e proteção têm
um sensor instalado em cada equipamento e
possuem cabos transmitindo o sinal até a esta-
ção de controle. Este sinal constitui-se em si-
nal de entrada e é processado pelo “software”
de controle que gera uma saída indicativa, de
alarme ou promove a parada do equipamento
como medida de proteção.
A parada pode ser manual ou automática.
Para parada manual, é necessário observar os
passos da partida na seqüência inversa. Para
parada automática, é necessário apenas parar
pelo software de comando remoto.
É muito importante observar que, na op-
ção automático, as vávulas sempre ficarão
abertas, a menos que se tenham acionadores
com comando remoto, e, com isso, caso haja
falha na válvula de retenção, o conjunto
rotativo vai girar ao contrário, devido ao flu-
xo no sentido inverso. Isto se ocorrer e perma-
necer por muito tempo, têm-se conseqüências
graves como a possibilidade de soltar o impe-
lidor do eixo e a possibilidade de danos no sis-
tema elétrico e mancais, pois o motor vai fun-
cionar como um gerador numa rotação incerta
e descontrolada.
Instrumento portátil de medição de vibração.
Fonte: AUTOR
Anotações
	Sumário 
	 1.1 Introdução 
	 1.2 Equipamentos Estáticos e Dinâmicos 
	2 Bombas Industriais 
	 2.1 Características das bombas industriais 
	 2.1.1 Turbobombas ou dinâmicas 
	 2.2 Bombas centrífugas 
	2.2.1 Composição 
	 2.2.2 Princípio de funcionamento 
	2.2.3 Principais problemas em bombas centrífugas 
	 2.2.4 Operação de bombas centrífugas