Curso de Turbobombas Industriais

Prévia do material em texto

Turbobombas: Mecânica
Curso de Bombas 
Industriais
Turbobombas: 
Mecânica
Eng. Marcelo S. Romualdo
CENPES/EB-AB-G&E/AEDC
Dezembro / 2013
Turbobombas: Mecânica
1. Principais Componentes
2. Características Construtivas
3. Tratamento dos Esforços Axiais
4. Principais Tipos Conforme API 610 (ISO 13709)
5. Materiais de Construção
Sumário
Turbobombas: Mecânica
1. Principais Componentes
Turbobombas: Mecânica
1. Principais Componentes
Carcaça
Impelidor
Eixo
Mancal
Caixa de Vedação
Anéis de Desgaste
Turbobombas: Mecânica
1. Principais Componentes
Liquid-End Driver-End
Turbobombas: Mecânica
1. Principais Componentes
É o componente da bomba onde a energia
cinética existente no líquido após deixar o
impelidor é convertida em energia de pressão. A
carcaça guia o líquido desde a sua entrada na
bomba até a sua saída.
Dependendo de como a energia é convertida, a
carcaça pode ser do tipo voluta (assim chamada
devido à sua forma espiralada) ou do tipo difusor
(carcaça concêntrica com pás fixas).
Carcaça
Turbobombas: Mecânica
Pás do impelidor
Pás do difusor
Voluta
Pás do impelidor
Descarga
Descarga
Carcaça Tipo Difusor Carcaça Tipo Voluta
1. Principais Componentes
Classificação da Carcaça:
Quanto à Estrutura
Turbobombas: Mecânica
1. Principais Componentes
Carcaça tipo difusor:
Turbobombas: Mecânica
1. Principais Componentes
Carcaça tipo difusor:
• Mais comum em bombas multiestágio;
• Balanceada hidraulicamente no que se refere aos esforços
radiais devido à simetria de construção;
• Possui um alto custo de fabricação.
Turbobombas: Mecânica
1. Principais Componentes
Carcaça tipo voluta:
Turbobombas: Mecânica
1. Principais Componentes
Carcaça tipo voluta:
• Mais comum em bombas de simples estágio;
• Geram um elevado esforço radial quando a bomba opera
fora do ponto de melhor eficiência (BEP);
• Possui um baixo custo de fabricação devido à sua
simplicidade mecânica;
• Disponível também na versão dupla voluta, com o intuito
de balancear esforços radiais em bombas de alta
capacidade.
Turbobombas: Mecânica
Carcaça de Simples Voluta Carcaça de Dupla Voluta
1. Principais Componentes
Carcaça tipo voluta:
Turbobombas: Mecânica
1. Principais Componentes
Carcaça dupla voluta:
Turbobombas: Mecânica
É o componente da bomba que transmite a
energia cinética ao líquido.
Impelidor
1. Principais Componentes
Turbobombas: Mecânica
Impelidor de Dupla 
Sucção
Impelidor de Simples 
Sucção
Pd
Ps
Pd
Pd
Ps
Pd
Ps
1. Principais Componentes
Classificação do Impelidor:
Quanto à Admissão do Líquido
Turbobombas: Mecânica
Impelidor de Dupla 
Sucção
Impelidor de Simples 
Sucção
1. Principais Componentes
Classificação do Impelidor:
Quanto à Admissão do Líquido
Turbobombas: Mecânica
Bomba com Impelidor de 
Simples Sucção
Bomba com Impelidor de 
Dupla Sucção
1. Principais Componentes
Classificação do Impelidor:
Quanto à Admissão do Líquido
Turbobombas: Mecânica
Impelidor 
Fechado
Impelidor
Semi-Aberto
1. Principais Componentes
Classificação do Impelidor:
Quanto à sua Estrutura
Impelidor
Aberto
Turbobombas: Mecânica
Impelidor de Fluxo 
Radial
Impelidor de Fluxo 
Axial
Impelidor de Fluxo 
Misto
Classificação do Impelidor:
Quanto ao Fluxo
1. Principais Componentes
Turbobombas: Mecânica
É o componente da bomba que tem a função de
transmitir o torque do acionador ao impelidor,
além de suportar todos os componentes rotativos.
Eixo
1. Principais Componentes
Turbobombas: Mecânica
Eixo com Impelidor
em Balanço
Eixo com Impelidor
entre Mancais
Classificação do Eixo:
Quanto à sua Montagem
1. Principais Componentes
Turbobombas: Mecânica
Eixo Montado com Impelidor
em Balanço
Eixo Montado com Impelidor
entre Mancais
Classificação do Eixo:
Quanto à sua Montagem
1. Principais Componentes
Turbobombas: Mecânica
São componentes da bomba montados na
carcaça e no impelidor, ou somente na carcaça,
que fazem a separação entre as zonas de baixa
pressão e de alta pressão, minimizando a
recirculação do líquido para a sucção.
Atuam também como elementos de sacrifício,
impedindo o contato entre a carcaça e o
impelidor durante o funcionamento da bomba.
Anéis de desgaste são aplicáveis somente em
bombas que possuem impelidor fechado.
Anéis de Desgaste
1. Principais Componentes
Turbobombas: Mecânica
Anéis de desgaste
1. Principais Componentes
Turbobombas: Mecânica
Anéis de desgaste
1. Principais Componentes
Turbobombas: Mecânica
É o componente da bomba que tem a função de
impedir o vazamento de líquido na região em que
o eixo atravessa a carcaça.
Caixa de Vedação
1. Principais Componentes
Turbobombas: Mecânica
Caixa de Vedação:
Vedação por Gaxetas
1. Principais Componentes
Turbobombas: Mecânica
Caixa de Vedação:
Vedação por Gaxetas
A vedação por gaxetas é utilizada em serviços de baixa
criticidade, pois permite um grande vazamento. Em outras
palavras, seu objetivo é restringir ao máximo o vazamento de
líquido. Nas aplicações atuais, é utilizada somente no
bombeamento de água a temperatura ambiente.
A grande vantagem da vedação por gaxetas é ser mais
barata e de fácil manutenção. Apresenta as desvantagens
de ser menos durável, provocar desgaste das luvas ou eixos
na região de vedação e consumir mais energia quando
comparada à vedação por selo mecânico.
1. Principais Componentes
Turbobombas: Mecânica
Caixa de Vedação:
Vedação por Selo Mecânico
1. Principais Componentes
Os selos mecânicos são 
utilizados com vantagens em 
relação às gaxetas, pois não 
permitem vazamentos visíveis 
e podem trabalhar sob 
grandes velocidades e em 
temperaturas e pressões 
elevadas.
Turbobombas: Mecânica
Caixa de Vedação:
Vedação por Selo Mecânico
1. Principais Componentes
Selo Mecânico Simples
Caixa de 
Selagem
Bucha de 
Restrição Bucha de 
Garganta
Eixo
Luva do
Eixo
Face
Rotativa
Face 
Estacionária
Sobreposta
Colar de
Escora
Turbobombas: Mecânica
Caixa de Vedação:
Vedação por Selo Mecânico
1. Principais Componentes
Algumas vantagens do uso do selo mecânico:
• Reduz o atrito entre o eixo da bomba e o elemento de
vedação, reduzindo, consequentemente, a perda de
potência;
• Elimina o desgaste prematuro do eixo e da luva;
• O vazamento do produto bombeado é mínimo ou
imperceptível;
• Permite operar fluidos tóxicos, corrosivos ou inflamáveis
com segurança.
• Tem capacidade de absorver o jogo e a deflexão normais
do eixo rotativo.
Turbobombas: Mecânica
É o componente da bomba que tem a função de
suportar os esforços axiais e radiais do eixo,
mantendo-o alinhado às peças estacionárias
durante a operação da bomba.
Mancal
1. Principais Componentes
Turbobombas: Mecânica
Os mancais podem ser classificados:
Quanto à direção da carga:
• Mancal radial
• Mancal axial ou de escora
Quanto à Estrutura:
• Mancal de Rolamento
• Mancal de Deslizamento
1. Principais Componentes
Turbobombas: Mecânica
Rolamento de
Esferas
Rolamento de
Rolos Cônicos
Rolamento de
Rolos Cilíndricos
Mancal:
Rolamentos
1. Principais Componentes
Turbobombas: Mecânica
Mancal:
Rolamentos
1. Principais Componentes
Turbobombas: Mecânica
Mancal Axial Mancal Radial
Mancal:
Deslizamento
1. Principais Componentes
Turbobombas: Mecânica
Mancal:
Deslizamento
1. Principais Componentes
Bomba Entre Mancais:
Mancais Axial e Radial do Lado Não Acoplado
Turbobombas: Mecânica
Três configurações de mancais em função de limites
estabelecidos sãopermitidos conforme API 610 11ª Ed (ISO
13709 2ª Ed), Tabela 10:
• Mancais radial e axial de rolamentos
• Mancal radiais hidrodinâmicos e mancal axial de 
rolamentos
• Mancais radial e axial hidrodinâmicos
1. Principais Componentes
Turbobombas: Mecânica
Turbobombas: Mecânica
2. Características 
Construtivas
Turbobombas: Mecânica
Bomba de
Simples Estágio
2. Características Construtivas
Quanto ao Número de Estágios:
Simples Estágio, Duplo Estágio e Multiestágio
Bomba de
Duplo Estágio
Bomba
Multiestágio
Turbobombas: Mecânica
Quanto à Forma de Partição da Carcaça:
Partida Radial e Partida Axial
2. Características Construtivas
Carcaça Partida AxialCarcaça Partida Radial
Turbobombas: Mecânica
3. Tratamento dos
Esforços Axiais
Turbobombas: Mecânica
3. Tratamento dos Esforços Axiais
A força axial resultante no sentido 
da sucção da bomba, originada 
em impelidores de simples 
sucção, é devido à assimetria 
das pressões atuantes nas 
paredes frontais e traseiras do 
impelidor.
Esta força resultante atua 
diretamente no mancal axial da 
bomba.
As principais formas de atenuação desta força resultante são:
• Em bombas de simples estágio � furos de balanceamento ou pás na 
parte posterior do impelidor (back vanes);
• Em bombas multiestágio � tambor / disco de balanceamento ou 
impelidores em oposição (back-to-back).
Pd
Pd
Ps
FR
Turbobombas: Mecânica
Furos de Balanceamento
3. Tratamento dos Esforços Axiais
Ps
Pd Pd
Ps
Turbobombas: Mecânica
Back Vanes
3. Tratamento dos Esforços Axiais
Turbobombas: Mecânica
Tambor de Balanceamento
Tambor de 
Balanceamento
Câmara de 
Balanceamento
Bucha 
Estranguladora
3. Tratamento dos Esforços Axiais
Turbobombas: Mecânica
Tambor de Balanceamento
Linha de Balanceamento
Tambor de 
Balanceamento
Impelidor 1Impelidor 2Impelidor 3
3. Tratamento dos Esforços Axiais
Turbobombas: Mecânica
Disco de Balanceamento
Disco de 
Balanceamento
Câmara de 
Balanceamento
Contra Disco
3. Tratamento dos Esforços Axiais
Turbobombas: Mecânica
Combinação de Disco e Tambor de 
Balanceamento
Disco + Tambor
Câmara de 
Balanceamento
Câmara 
Intermediária
3. Tratamento dos Esforços Axiais
Turbobombas: Mecânica
Impelidores em Oposição
3. Tratamento dos Esforços Axiais
Turbobombas: Mecânica
4. Principais Tipos
Conforme API 610 (ISO 13709)
Turbobombas: Mecânica
4. Principais Tipos Conforme API 610 (ISO 13709)
Turbobombas: Mecânica
4. Principais Tipos Conforme API 610 (ISO 13709)
Bomba tipo OH1
Horizontal em balanço, simples estágio, fixada pelo pé.
Turbobombas: Mecânica
4. Principais Tipos Conforme API 610 (ISO 13709)
Bomba tipo OH1
Turbobombas: Mecânica
4. Principais Tipos Conforme API 610 (ISO 13709)
Bomba tipo OH2
Horizontal em balanço, simples estágio, fixada pela linha de
centro.
Turbobombas: Mecânica
Bomba tipo OH2
4. Principais Tipos Conforme API 610 (ISO 13709)
Turbobombas: Mecânica
Bomba tipo OH3
Vertical em balanço, in-line, simples estágio, com mancal
separado e acoplamento flexível.
4. Principais Tipos Conforme API 610 (ISO 13709)
Turbobombas: Mecânica
Bomba tipo OH3
4. Principais Tipos Conforme API 610 (ISO 13709)
Turbobombas: Mecânica
Bomba tipo OH6
Vertical em balanço, in-line, simples estágio, com caixa
multiplicadora de velocidade integral à bomba.
4. Principais Tipos Conforme API 610 (ISO 13709)
Turbobombas: Mecânica
Bomba tipo OH6
4. Principais Tipos Conforme API 610 (ISO 13709)
Turbobombas: Mecânica
Bomba tipo BB1
Horizontal entre mancais, partida axialmente, um ou dois
estágios.
4. Principais Tipos Conforme API 610 (ISO 13709)
Turbobombas: Mecânica
Bomba tipo BB1
4. Principais Tipos Conforme API 610 (ISO 13709)
Turbobombas: Mecânica
Bomba tipo BB2
Horizontal entre mancais, partida radialmente, um ou dois
estágios.
4. Principais Tipos Conforme API 610 (ISO 13709)
Turbobombas: Mecânica
Bomba tipo BB2
4. Principais Tipos Conforme API 610 (ISO 13709)
Turbobombas: Mecânica
Bomba tipo BB3
Horizontal entre mancais, partida axialmente, multiestágio. 
4. Principais Tipos Conforme API 610 (ISO 13709)
Turbobombas: Mecânica
4. Principais Tipos Conforme API 610 (ISO 13709)
Bomba tipo BB3
Turbobombas: Mecânica
Bomba tipo BB5
Horizontal entre mancais, partida radialmente, multiestágio tipo 
barril.
4. Principais Tipos Conforme API 610 (ISO 13709)
Turbobombas: Mecânica
Bomba tipo BB5
4. Principais Tipos Conforme API 610 (ISO 13709)
Turbobombas: Mecânica
Bomba tipo VS1
Vertical de poço úmido, carcaça tipo difusor, descarga através 
da coluna. 
4. Principais Tipos Conforme API 610 (ISO 13709)
Turbobombas: Mecânica
Bomba tipo VS1
4. Principais Tipos Conforme API 610 (ISO 13709)
Turbobombas: Mecânica
Bomba tipo VS2
Vertical de poço úmido, carcaça tipo voluta, descarga através 
da coluna.
4. Principais Tipos Conforme API 610 (ISO 13709)
Turbobombas: Mecânica
Bomba tipo VS2
4. Principais Tipos Conforme API 610 (ISO 13709)
Turbobombas: Mecânica
Bomba tipo VS4
Vertical de poço úmido, simples estágio, carcaça tipo voluta, 
sump pump.
4. Principais Tipos Conforme API 610 (ISO 13709)
Turbobombas: Mecânica
Bomba tipo VS4
4. Principais Tipos Conforme API 610 (ISO 13709)
Turbobombas: Mecânica
4. Principais Tipos Conforme API 610 (ISO 13709)
Catálogos Gerais de Alguns Fabricantes:
Flowserve
Sulzer
ITT-Goulds
Turbobombas: Mecânica
5. Materiais de Construção
Turbobombas: Mecânica
5. Materiais de Construção
Não existe uma regra objetiva para a correta seleção dos
materiais das partes de uma bomba. A seleção dos materiais
geralmente é balizada por:
Seleção dos Materiais de Construção
• Guias presentes em normas
• Recomendações dos fabricantes
• Experiências de campo
• Recomendações de especialistas
Turbobombas: Mecânica
• Características do líquido bombeado (temperatura,
viscosidade, presença de agentes corrosivos / erosivos,
gases dissolvidos etc.);
• Condição de operação (contínua ou intermitente,
velocidade);
• Vida esperada do equipamento vs. custo;
• Características dos materiais (resistência mecânica,
resistência a corrosão, soldabilidade etc.);
• Disponibilidade dos materiais no mercado;
• Padronização realizada pelos fabricantes com foco na
redução de custo e no prazo de entrega.
As principais variáveis que devem ser consideradas no
momento da seleção dos materiais de construção são:
5. Materiais de Construção
Turbobombas: Mecânica
Exemplos de Referências:
ISO 13709 2ª Ed - Anexos G e H 
N-553E - Anexos E e F 
Guia de Seleção de Materiais da Flowserve
5. Materiais de Construção