STT 523-Manual

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Um novo conceito em equipamentos educacionais 
 
STT523 - BOMBAS HIDRÁULICAS 
 
 
 
MANUAL DE INSTALAÇÃO MANUTENÇÃO 
E 
OPERAÇÃO 
Porto Alegre, 2014 
 
 
Um novo conceito em equipamentos educacionais 
SUMÁRIO 
1 Apresentação do equipamento ........................................................................ 3 
2 Descrição do equipamento .............................................................................. 5 
3 Procedimentos gerais para instalação e utilização do equipamento ............. 12 
4 Procedimento gerais de operação do equipamento ...................................... 13 
4.1 Procedimentos anteriores ao acionamento da bancada ............................ 13 
4.2 Energização da bancada ............................................................................ 13 
4.3 Utilização da IHM da bancada .................................................................... 13 
4.3.1 Tela inicial .............................................................................................. 14 
4.3.2 Tela de monitoração geral ...................................................................... 15 
4.3.2.1 Dados do motor da bomba .................................................................. 15 
4.3.2.2 Dados de força e torque ...................................................................... 15 
4.3.2.3 Dados da bomba hidráulica ................................................................. 16 
4.3.2.4 Dados calculados ................................................................................ 16 
4.3.2.5 Dados a serem introduzidos no sistema .............................................. 16 
4.3.3 Tela do gráfico de pressão x vazão ........................................................ 18 
4.3.3.1 Plotagem do gráfico pressão x vazão.................................................. 18 
4.3.4 Tela de gráfico de NPSH ......................................................................... 19 
4.3.5 Tela de gráfico de potência ..................................................................... 19 
4.3.6 Arquivos de históricos ............................................................................. 20 
4.4 Controle do funcionamento do motor ......................................................... 22 
ANEXO A – KSB MEGANORM – MANUAL DE OPERAÇÃO E MONTAGEM 24 
ANEXO B – KSB MEGANORM – MANUAL TÉCNICO .................................... 98 
ANEXO C – KSB MEGANORM – FOLHETO DE CURVAS ........................... 119 
 
 
 
Um novo conceito em equipamentos educacionais 3 
 
1 Apresentação do equipamento 
 
O módulo de Bombas Hidráulicas tem por objetivo desenvolver habilidades 
relacionadas às bombas centrífugas, as quais são utilizadas em muitas 
indústrias para transferir fluidos de vários tipos de um lugar para outro. Os alunos 
aprendem um conjunto de competências relevantes de aplicações, como operar, 
instalar, manter, solucionar problemas, analisar o desempenho, e selecionar 
bombas centrífugas bem como a concepção do sistema. 
 
Na bancada de trabalho móvel estão instalados além da bomba centrífuga 
de ferro fundido, vários componentes de qualidade industrial, tais como, 
sensores de pressão, sensor de vazão, válvulas de controle de fluxo e demais 
componentes, tendo por objetivo auxiliar a compreensão dos alunos, 
possibilitando uma formação sólida e voltada ao ambiente de trabalho 
encontrado na indústria. 
 
Entre o motor e a bomba centrífuga há um dinamômetro confeccionado em 
duralumínio permitindo a medição da carga solicitada pela bomba quando 
variadas suas condições de operação. O sistema monitora o valor da força de 
reação através de uma célula de carga com extensômetros, possibilitando 
posterior cálculo do torque. Um transdutor indutivo gera uma série de pulsos a 
cada rotação do eixo. Com os valores de força e rotação do eixo monitorados 
pelo sistema eletrônico que compõe a bancada é calculada a potência de eixo. 
 
O sistema é equipado com vários dispositivos que permitem aos estudantes 
recriar a grande variedade de condições em que normalmente operam um 
conjunto de bombeamento. 
 
 
Um novo conceito em equipamentos educacionais 4 
A estação de trabalho inclui instrumentação completa para capacitar os 
alunos na verificação do desempenho de bombas centrífugas sob as várias 
condições de carga. 
 
O sistema permite operar a bomba em várias rotações, o que é possível 
com auxílio de um inversor de frequência. A rotação do eixo da bomba é ajustado 
na (IHM) que constitui a unidade de configuração e monitoramento. 
 
Entre os instrumentos inclusos na bancada estão os medidores de pressão 
analógicos e digitais na sucção e no recalque na bomba, medidor de vazão 
mecatrônico (eletromecânico), sensor indutivo para leitura de rotação, célula de 
carga para obtenção do torque e potência de eixo. 
 
Os manômetros e vacuômetros do tipo Bourdon, medidor de vazão do tipo 
Venturi, medidor de vazão do tipo placa de orifício, válvula globo, válvula agulha, 
válvula de pé com crivo, tubulações, conexões, acoplamento entre o motor e a 
bomba, reservatório entre outros são elementos que constituem a bancada de 
Bombas Hidráulicas. 
 
As informações necessárias a utilização da bancada são reunidas no 
Manual de Instalação e Manutenção. No Roteiro Para Realização de Práticas 
são encontradas informações para a utilização do equipamento nas atividades 
práticas. 
 
 
 
 
 
Um novo conceito em equipamentos educacionais 5 
2 Descrição do equipamento 
 
A bancada didática de bombas hidráulicas tem sua estrutura principal 
confeccionada em aço com pintura eletrostática, suas dimensões máximas são 
2200 mm de comprimento, 730 mm de profundidade e 1800 mm de altura; 
 
 
Bancada didática de bombas hidráulicas com descrição dos principais elementos 
 
O motor elétrico trifásico com potência de 4 CV, transmite energia mecânica 
para a bomba centrífuga, entre o motor e a bomba centrífuga, consta instalado 
um sistema para aquisição do torque e potência demandada pela bomba 
chamado de dinamômetro. Um acoplamento flexível e torcionalmente elástico é 
utilizado para ligação do eixo do motor com o eixo da bomba centrífuga, este 
acoplamento absorve choques e vibrações provenientes da máquina acionada 
ou acionadora. Para a proteção dos elementos rotativos, está instalado no 
equipamento uma proteção em acrílico termo moldada para possibilitar a 
visualização do sistema. 
 
O rotor da bomba centrífuga em questão possui seu diâmetro de 145mm. 
 
Um novo conceito em equipamentos educacionais 6 
 
 
Motor elétrico, dinamômetro, acoplamento, proteção e bomba centrífuga 
 
O reservatório confeccionado em aço inox possui capacidade de 
armazenamento e recirculação de 400 litros d’água, possui uma tampa em 
acrílico para minimizar o efeito de evaporação do fluído e formação de 
condensado na estrutura metálica do equipamento. 
 
 
Reservatório e tampa 
 
 
Um novo conceito em equipamentos educacionais 7 
O sistema para realizar a escorva da bomba é composto de um funil e 
válvula esfera instalado no flange de recalque da bomba centrífuga. 
 
 
Sistema para escorvar a bomba 
O quadro de comando está localizado no ponto superior da bancada e é 
composto de uma IHM (interface homem máquina), botões de liga, desliga, reset 
e emergência. É através deste quadro de comando que o usuário irá acionar o 
sistema, desligar,resetar, alterar as condições de rotação do motor além de 
inserir valores de pressão atmosférica e de vapor da água. 
 
Junto a IHM do quadro de comando o usuário poderá visualizar os dados 
de rotação da bomba, vazão, pressão de recalque, pressão de sucção, torque, 
força, potência mecânica, potência elétrica, corrente, tensão, freqüência e o 
rendimento do conjunto. 
 
Quadro de comando 
 
Um novo conceito em equipamentos educacionais 8 
São ainda apresentados na IHM os gráficos de pressão, NPSHdisponível e 
potência mecânica em função da vazão. 
 
Na face inferior do quadro de comando está localizado uma entrada USB, 
a qual possibilita ao usuário a utilização de um pen drive para armazenar dados 
para posterior análise. 
 
A chave geral encontra-se no quadro elétrico e de automação onde são 
recebidas e processadas as informações e comandos. 
 
 
Quadro elétrico e automação 
 
Está instalada uma válvula de esfera com conector rápido e mangueira na 
posição abaixo do flange de sução, para retira o excesso de água que fica dentro 
da voluta da bomba centrífuga após a utilização do equipamento, visando 
minimizar a oxidação na voluta e rotor, tendo em vista que estes componentes 
são fabricados em ferro fundido. 
 
Válvula de drenagem do fluido no interior da bomba 
 
Um novo conceito em equipamentos educacionais 9 
 
O sensor utilizado para medição da vazão no sistema é do tipo 
mecatrônico, está instalado em uma distância a montante e a jusante conforme 
preconizado no manual do fabricante, onde o valor da vazão é adquirido pelo 
sistema embarcado de automação e disponibilizado na IHM. 
 
 
Sensor de vazão Mecatrônico 
 
Estão instalados dois sensores de pressão negativa e positiva, localizados 
no flange de sucção e flange de recalque, os valores são adquiridos pelo sistema 
e disponibilizados na IHM. 
 
Na entrada da bomba está instalado um tubo de cavitação confeccionado 
em acrílico para demonstração do efeito da Pseudo-cavitação com auxílio de 
uma válvula que permite a injeção de ar no sistema, no mesmo tubo está 
instalado uma tomada de pressão que transmite para o vacuômetro do tipo 
Bourdon. 
 
Anterior ao tudo de cavitação está instalado uma válvula de gaveta, 
proporcionando a alteração do fluxo que passa na sucção do sistema, 
possibilitando alterar a pressão de sucção e visualização do efeito da cavitação 
em um sistema. 
 
Um novo conceito em equipamentos educacionais 10 
 
Sensores de pressão, tudo de cavitação, válvula de injeção de ar no sistema, tomada de pressão e válvula 
de gaveta. 
 
Para medição de vazão além do medidor de vazão mecatrônico, existem 
ainda um tubo de Venturi e uma placa de orifício destinada ao estudo da medição 
de vazão. A pressão diferencial ocasionada pelo tubo de Venturi e pela placa de 
orifício é indicada por manômetros do tipo diferencial conectados a estes. 
 
 
Tubo de Venturi e Placa de Orifício 
 
Um conjunto de manômetros está instalado sobre a bancada, os quais 
indicam a pressão diferencial do tubo de Venturi e da placa de orifício, indicando 
também a pressão positiva no recalque e a pressão negativa na sucção do 
sistema. 
 
 
Um novo conceito em equipamentos educacionais 11 
 
 
Conjunto de manômetros diferenciais, manômetro e vacuômetro do tipo Bourdon 
 
Para a variação de carga no sistema, alteração do fluxo são utilizados 
válvulas, onde para variação de fluxo na sucção está instalado uma válvula de 
gaveta de 1.5”. Já para a variação de fluxo na tubulação de recalque logo após 
a sensor de vazão é utilizado uma válvula de agulha de 1.25”. 
 
Quando deseja-se utilizar os medidores de vazão tubo de Venturi e Placa 
de orifício, deve-se abrir a válvula de esfera, fechar a válvula de agulha 1.25” e 
posteriormente regular o fluxo através da válvula de agulha de 1”. 
 
Válvula de gaveta, válvulas de agulha e válvula de esfera 
 
Um novo conceito em equipamentos educacionais 12 
3 Procedimentos gerais para instalação e utilização do 
equipamento 
 
 Colocar o equipamento sobre superfície plana e nivelada; 
 Verificar a tensão elétrica do equipamento e da rede de alimentação; 
 Realizar instalação elétrica no laboratório compatível com o plug do 
equipamento; 
 Em hipótese alguma realizar alterações nos quadros de comando 
elétrico; 
 Somente ligue o equipamento após o mesmo ser aterrado para 
garantir a segurança dos usuários e prevenir acidentes; 
 Somente ligar o motor após a colocação de água no reservatório, 
verificar o nível de óleo de lubrificação dos mancais realizar a escorva 
da bomba para evitar que ocorram danos na bomba; 
 Manipule o registro de regulagem de vazão de forma suave para evitar 
golpes devido ao transiente provocado pela mudança brusca da 
aceleração do fluido. Este procedimento também visa proteger os 
medidores de pressão e vazão; 
 Após a utilização do equipamento realize a drenagem do fluído que 
consta na voluta da bomba centrífuga através da válvula de esfera 
abaixo do flange de sucção da bomba; 
 Para substituição periódica do fluído do reservatório, utilize a válvula 
de drenagem na posição inferior do reservatório; 
 Não utilizar álcool ou produtos semelhantes para a limpeza das peças 
em acrílico, utilizar somente água e sabão neutro. 
 Devido a oxidação interna do conjunto rotor e carcaça da bomba, os 
mesmos podem “travar” o eixo não deixando-o girar. Caso isso ocorra 
deve-se destravar o eixo da bomba com ferramenta adequada para 
evitar sobrecarga no motor ou mesmo queima do mesmo. 
 
 
Um novo conceito em equipamentos educacionais 13 
4 Procedimento gerais de operação do equipamento 
 
A operação da bancada de bombas hidráulicas segue os passos e cuidados 
que devem ser realizados e seguidos. 
 
4.1 Procedimentos anteriores ao acionamento da bancada 
 
Somente efetuar a energização da bancada após: 
 Verificar a existência de água no reservatório. Caso necessário 
abastecer o mesmo; 
 Efetuar a escorva da bomba; 
 Verificar o nível de fluído lubrificantes dos mancais de rolamento; 
 Verificar a compatibilidade da tensão de alimentação elétrica (220V); 
 
4.2 Energização da bancada 
 
 Conectar a bancada a rede elétrica compatível (220V); 
 Acionar a chave geral localizada junto ao quadro elétrico na parte 
inferior esquerda do equipamento; 
 
Neste momento o sistema todo estará energizado. As lâmpadas de luz de 
emergência e de reset estarão piscando. Sendo necessário pressionar o botão 
de “reset” para poder acionar a bomba. 
 
A IHM estará apresentando a tela inicial com o nome da empresa. 
 
4.3 Utilização da IHM da bancada 
 
A IHM é o local onde é monitorada a vazão, as pressões e demais variáveis 
relacionadas a operação do sistema. Nela também são introduzidos os valores 
 
Um novo conceito em equipamentos educacionais 14 
definidos de velocidade de operação da bomba, pressão atmosférica local e 
pressão de vapor da água. 
 
4.3.1 Tela inicial 
 
 
Nesta tela de apresentação estão as teclas de atalho, que ao serem 
tocadas, acessam às outras telas: 
 
Tela de monitoração geral 
Tela do gráfico de Vazão X Pressão 
Tela do gráfico de NPSH 
Tela do gráfico de Vazão X Potência 
 
 
OBSERVAÇÃO: 
Nas outras telas, o modo de acessar qualquer outra tela é o mesmo, bastatocar na tecla virtual da tela desejada que o programa a abre imediatamente. 
 
Um novo conceito em equipamentos educacionais 15 
4.3.2 Tela de monitoração geral 
 
 
Nesta tela podem ser monitorados os principais valores do sistema, em 
tempo real, e que são: 
4.3.2.1 Dados do motor da bomba 
 
RPM atual do motor. 
Frequência atual de saída para o motor. 
Corrente atual do motor. 
Tensão eficaz atual fornecida ao motor. 
Potência elétrica atual consumida pelo motor. 
 
4.3.2.2 Dados de força e torque 
 
Força atual exercida pelo momento angular do 
motor. 
Torque atual calculado. 
 
 
Um novo conceito em equipamentos educacionais 16 
4.3.2.3 Dados da bomba hidráulica 
 
 
Pressão de sucção atual da bomba. 
 
Pressão de recalque atual da bomba 
 Vazão atual da bomba 
 
4.3.2.4 Dados calculados 
 
Potência mecânica atual do sitema. 
Rendimento total do sistema ( P_mec./P_elet). 
 
4.3.2.5 Dados a serem introduzidos no sistema 
 
Rotação desejada do motor. 
Pressão Atmosférica atual. 
Pressão de vapor. 
 
Para introduzir um valor no campo, basta tocar no campo desejado, e o 
programa mostra o teclado virtual: 
 
Um novo conceito em equipamentos educacionais 17 
 
Para inserir o valor, digite-o como se fosse uma 
calculadora, incluindo o ponto e após pressione “ENT”. 
Observe que podem existir limites máximo e mínimo para 
os campos, os quais são mostrados acima do visor de 
entrada. 
 
Um novo conceito em equipamentos educacionais 18 
4.3.3 Tela do gráfico de pressão x vazão 
 
 
 
Nesta tela pode-se plotar gráficos de pressão (eixo Y) em função de uma 
vazão que pode ser variada com o fechamento ou abertura das válvulas 
específicas para este fim junto a tubulação de recalque. 
 
Os valores atuais de RPM da bomba, vazão atual e pressão atual do 
sistema também são mostrados para auxílio durante a plotagem de gráficos. 
 
4.3.3.1 Plotagem do gráfico pressão x vazão 
 
 Inicialmente pressione a tecla [Limpa] para zerar a memória de 
gráficos da IHM e do CLP que controla o sistema; 
 Ajuste a vazão desejada com o auxílio da válvula junto a tubulação de 
recalque e pressione a tecla [Grava]; 
 Ajuste nova vazão e pressione a tecla [Grava] novamente. Podem ser 
feitos até 25 pontos na curva para um melhor traçado da mesma; 
 Caso seja necessário sair desta tela para fazer qualquer observação, 
ao retornar, pressione a tecla [Plota] para redesenhar o gráfico. 
 
 
Um novo conceito em equipamentos educacionais 19 
Os dados gravados em qualquer tela de gráfico (pressão x vazão, NPSH e 
potência) são automaticamente gravados para as outras telas de gráfico e, para 
mostrá-los basta pressionar a tecla [Plota] ao entrar em uma tela de gráfico 
desejada. 
 
Toda vez que a tecla [Grava] é pressionada, todos os dados disponíveis no 
sistema podem ser gravados em um pen drive para posterior análise em planilha 
tipo Excel, juntamente com a hora e data de cada amostragem de valores 
conforme descrito no item “Arquivos de históricos”. 
 
4.3.4 Tela de gráfico de NPSH 
 
 
 
Nesta tela pode-se plotar gráficos de NPSH disponível em função da vazão 
ajustando-se as válvulas apropriadas ao experimento e gravando os dados como 
descrito anteriormente. 
 
Também são mostrados os valores de RPM, vazão e NPSH atuais, para 
facilitar a plotagem dos gráficos. 
 
4.3.5 Tela de gráfico de potência 
 
 
Um novo conceito em equipamentos educacionais 20 
 
Nesta tela pode-se plotar gráficos de potência (mecânica) em função da 
vazão da mesma forma que já visto nos gráficos anteriores. 
 
Também são mostrados os valores de RPM, vazão e KW atuais, para 
facilitar a plotagem dos gráficos. 
 
4.3.6 Arquivos de históricos 
 
Os dados disponíveis no sistema podem ser armazenados em arquivos de 
históricos para posterior análise em planilhas tipo Excel. 
 
Para gravar os dados em um arquivo em pen drive seguir os passos: 
 Com o sistema energizado conectar um pendrive formatado na porta 
USB da IHM (face inferior do quadro de comando); 
 A IHM irá reconhecer o dispositivo e irá criar uma pasta chamada 
“Dados de Teste” onde os dados serão gravados. 
 Durante o experimento estando nas telas de gráficos toda vez que a 
tecla [Grava] é pressionada, todos os dados disponíveis no sistema 
serão gravados no pen drive, juntamente com a hora e data de cada 
amostragem de valores. 
 Para importar os dados gravados no pen drive para planilhas é 
necessário ter o programa EB8000 instalado em seu computador. 
 
Um novo conceito em equipamentos educacionais 21 
Instalar o programa no computador e após abrir o mesmo como 
administrador; 
 Inserir o pen drive no computador, dar um clic com o botão direito sobre 
o arquivo. Nas opções selecionar abrir com e em seguida localizar o 
programa “Weintek MT Histories Conversion Tool”; Será criado um 
arquivo com mesmo nome porém com formato “xls” que pode ser aberto 
em qualquer planilha Excel. 
 
Os dados disponíveis são os seguintes: 
 Rotação [rpm]; 
 Pressão sucção [bar E-3]; 
 Pressão recalque [bar E-2]; 
 Vazão [l/min E-1]; 
 Força [Kgf E-2]; 
 Torque [Kgfm E-3]; 
 Corrente [A E-1]; 
 Potência eletrica [W E+1]; 
 Tensão motor [V E-1]; 
 Potência mecanica [W E+1]; 
 Rendimento [%]; 
 Freqüencia [Hz E-2]; 
 Altura manométrica [bar E-2]; 
 Pressão atmosférica [bar E-3]; 
 Pressão de vapor [bar E-3]; 
 NPSH disponível [bar E-3]; 
 
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4.4 Controle do funcionamento do motor 
 
Para colocar o motor em funcionamento após a energização do sistema é 
necessário: 
 Definir a velocidade de operação e introduzir o valor na IHM. O sistema 
está limitado a operar em uma rotação da bomba entre 1700 e 3800 
RPM; 
 Como o sistema está sendo inicializado deve ser pressionado o botão 
de “reset” no quadro de comando; 
 Acionar o motor, através do botão “liga” com a válvula de saída da 
bomba fechada e abrir posteriormente conforme a necessidade. 
 A alteração da velocidade caso necessário pode ser realizada sem a 
necessidade de desligar o motor, bastando introduzir novo valor de 
rotação na IHM; 
 Para desligar o motor acionar o botão “desliga”; 
 Ao encerrar as atividades, desligar a chave geral do equipamento. 
 
Quando ocorrer alguma falha no sistema elétrico ele irá cortar a 
alimentação do motor automaticamente. Neste momento deve-se 
obrigatoriamente investigar o ocorrido antes religar. 
 
Em caso de emergência acionar imediatamente o botão emergência. 
Reconhecer o motivo pelo qual o equipamento foi desligado e somente após sua 
correção “resetar” o sistema para novo acionamento. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Um novo conceito em equipamentos educacionais 24 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ANEXO A – KSB MEGANORM – MANUAL DE OPERAÇÃO E 
MONTAGEM 
 
 
 
 
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ANEXO B – KSB MEGANORM – MANUAL TÉCNICOUm novo conceito em equipamentos educacionais 119 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ANEXO C – KSB MEGANORM – FOLHETO DE CURVAS