Aulas Máquinas de Fluxo 2019_2parte 9 de 11

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Cavitação 
Pré Rotação na Entrada da Bomba 
 
 
Se por um lado isso é bom, por não haver muita 
perturbação no encontro do fluido com o rotor, por 
outro lado essa pré rotação aumenta muito a 
velocidade média do escoamentoe faz com que a 
pressão na entrada da bomba diminua. 
Cavitação 
Pré Rotação na Entrada da Bomba 
 
 
Com a queda de pressão na entrada da bomba, 
antes de passar pelo rotor, teremos bolhas de vapor 
se formando na entrada e a situação só tenderá a 
piorar, ou seja, a intensidade da cavitação 
aumentará 
Cavitação 
Solução para a Pré Rotação na Entrada da Bomba 
 
 
Se instalarmos uma cruzeta na sucção da bomba, 
eliminamos o problema de pré-rotação, porém 
causaremos uma perturbação elevada do fluido ao 
encontrar o rotor. 
Cavitação 
Solução para a Pré Rotação na Entrada da Bomba 
 
 
Para resolver parcialmente o problema, alguns 
fabricantes colocam uma ou duas placas para 
diminuir um pouco o efeito da pré rotação. 
 
Vale que as dimensões destas placas são 
experimentais , e o fabricante deve avaliar qual o 
limite de benefício para não prejudicar por outro 
lado. 
Exemplo de Aplicação 
Uma tubulação para água limpa, instalada a uma 
altitude de 900 metros acima do nível do mar, tem 
perdas de carga na sucção de 0,4 metros. A altura 
de sucção é 2 metros, com o reservatório abaixo do 
centro da bomba. A temperatura da água é 20oC. 
Calcular o NPSH disponível da instalação. 
 
 
Observação: 
O NPSH requerido deve ser obtido diretamente da 
curva característica da bomba. 
Dado: NPSH requerido = 0,8 m 
Exemplo de Aplicação 
Solução: 
Exemplo de Aplicação 
Exemplo de Aplicação 
EXEMPLO: Suponhamos que uma bomba de modelo hipotético seja colocada 
para operar com 35 mca de AMT, vazão de 32,5 m3 /h, altura de sucção de 2,5 
metros e perda por atrito na sucção de 1,6 mca. A altura em relação ao nível do 
mar onde a mesma será instalada é de aproximadamente 600 metros, e a 
temperatura da água é de 30ºC, verificaremos: 
VERIFICAÇÃO DO NPSHr: 
 
Considerar da curva característica da bomba, para os dados de altura (mca) 
e vazão (m³/h) indicados, o NPSHr da bomba é 4,75 mca. 
 
Exemplo de Aplicação 
CÁLCULO DO NPSHd: 
Sabendo-se que: 
 
NPSHd = Ho - Hv - h - hs 
 
Onde: 
Ho = 9,58 (tabela 1) 
Hv = 0,433 (tabela 2) 
h = 2,5 metros (altura sucção) 
hs = 1,60 metros (perda calculada para o atrito na sucção) 
 
Temos que: 
 
NPSHd = 9,58 - 0,433 - 2,5 - 1,60 
 
NPSHd = 5,04 mca 
 
Portanto: 5,04 > 4,75 
 
Então NPSHd > NPSHr 
 
 
Exemplo de Aplicação 
 
A bomba nestas condições funcionará 
normalmente, porém, deve-se evitar: 
 
Aumento da vazão; 
Aumento do nível dinâmico da captação 
Aumento da temperatura da água. 
Uma bomba centrífuga trabalha em condição plena, a 3.500 rpm, com vazão de 
80 m3/h, carga de 140 m, e absorve uma potência de 65 HP. Por motivos 
operacionais, esta bomba deverá ter a sua rotação reduzida em 20%. O gráfico 
a seguir mostra a relação entre vazão, carga e potência absorvida em uma 
bomba centrífuga, conforme as leis de semelhança. 
Exemplo de Similaridade (ou Semelhança) 
Considerando essas informações, calcular os valores aproximados da nova 
carga da bomba (m) e da nova potência absorvida (HP) 
Sistema de Vedações de Eixos 
Sistema de Vedações de Eixos 
Vedação é o processo usado para impedir a passagem de maneira estática ou 
dinâmica de líquidos, gases e partículas sólidas de um meio para outro. 
Podemos citar alguns exemplos de vedações e aplicações, como: 
 
 1. Juntas em partes estáticas (ex.: flanges e carcaças). 
 2. Anéis elastoméricos em partes estáticas e dinâmicas de equipamentos 
 (ex.: flanges e anéis em selos mecânicos). 
 3. Retentores em partes dinâmicas de máquinas e equipamentos (ex.: 
 labiais para vedar lubrificante em mancais de bombas). 
 4. Gaxetas: elementos mecânicos utilizados para frear o fluxo total ou 
 parcial. 
Sistema de Vedações de Eixos 
Qual a função de uma vedação do eixo? 
 
 
 
 
 
 
 Impedir o fluxo de um fluido qualquer entre dois 
meios, ou seja, isolar dois ou mais ambientes, 
quando entre eles passar um eixo rotativo com 
nenhum ou pouco deslocamento axial 
 
 
Sistema de Vedações de Eixos 
.... Mas é importante isolar o produto bombeado ?.... 
 
Sistema de Vedações de Eixos 
Quase trinta anos passaram desde o pior desastre industrial da história. 
As principais vítimas foram as massas pobres da cidade indiana de 
Bhopal. O gás venenoso que escapou de uma fábrica de pesticidas 
propriedade da multinacional Union Carbide de origem norte-americana, 
durante a noite de 2 de Dezembro de 1984, matou imediatamente pelo 
menos 8000 pessoas. O número de mortos cresceu para 22.000 nos 
doze anos que se seguiram. A zona mais atingida foi o bairro pobre 
próximo da fábrica. A maioria das vítimas eram pessoas pobres da aldeia 
que se tinham mudado para a cidade à procura de trabalho. “Muitos – 
particularmente as crianças e os velhos – morreram nas suas camas 
quando o gás entrou nas suas casas. Outros, incluindo mulheres que 
agarravam os seus bebés, fugiram apenas para caírem na rua. Muitos 
foram encontrados depois, amontoados, doentes e agonizantes nas 
entradas da cidade. Manadas de bois foram mortas e cadáveres de 
cabras cobriam as bermas das estradas onde antes vagueavam. As 
folhas das árvores ficaram amarelas e enrugadas – as colheitas ficaram 
queimadas nos campos e foram cobertas por uma fina camada branca.” 
(BBC, 28 de Agosto de 2002) 
Sistema de Vedações de Eixos 
Sistema de Vedações de Eixos 
Sistema de Vedações de Eixos 
 
Sistema de Vedações de Eixos 
As causas mais comuns de vazamentos de 
fluidos em bombas centrífugas ou helicoidais de 
deslocamento positivo ou em qualquer 
equipamento que contenha em seu interior um 
fluido pressurizado dinamicamente é a escolha 
incorreta de um sistema de selagem. 
 
Sistema de Vedações de Eixos - Gaxetas 
Gaxetas 
O processo de engaxetamento trata se do mais antigo método de vedar um 
eixo rotativo ou alternativo, que basicamente consiste da compressão de um 
material resiliente, macio e lubrificante dentro do espaço formado pelo eixo e 
a caixa de vedação do equipamento. 
Em uma típica caixa de gaxetas (Stuffing Box) com anéis de secção 
quadrada, estas encontram se em constante atrito com o eixo, e é necessária 
uma lubrificação líquida para remoção do calor gerado, proveniente do 
próprio líquido a ser vedado ou de outro líquido de fonte externa, garantindo 
que haja sempre a permanência de uma fina película entre as gaxetas e o 
eixo. 
Sistema de Vedações de Eixos - Gaxetas 
Sistema de Vedações de Eixos - Gaxetas 
Embora o custo do engaxetamento é relativamente baixo e de fácil 
disponibilidade e instalação, encontramos alguns inconvenientes neste tipo 
de vedação: 
 1. Necessidade de ajustagens constantes das gaxetas ao desgaste do eixo 
(ou luva). Com o desgaste das gaxetas e perda da resiliência o vazamento 
aumenta e há necessidade de maior compressão. 
 2. Constantes reapertos provocam irregularidades no eixo (ou luva) com 
eventual necessidade de troca destes componentes. 
 3. Pode haver geração de calor indesejável, considerando o atrito e 
aumento considerável do consumo de energia. 
 4. Há emissões indesejáveis de fluídos críticos ao meio ambiente 
(inflamáveis, voláteis e agressivos). 
Com a definição de alguns problemas associados à vedação por gaxetas, 
uma solução para estas questões será asubstituição de gaxetas para um 
sistema de selagem mecânica. 
Sistema de Vedações de Eixos 
Selos Mecânicos 
Selos Mecânicos 
 
Para entendermos o que é um selo mecânico é necessário passarmos por 
alguns pontos. O primeiro deles é onde podemos aplicar um selo mecânico? 
O selo mecânico pode ser utilizado em equipamentos rotativos como bombas, 
compressores, misturadores e ventiladores industriais. Pode ser aplicado a 
diversas indústrias como química, de petróleo, papel e celulose, siderúrgicas, 
mineradoras, têxteis, alimentícias, automobilísticas entre outras. 
 
É um dispositivo mecânico de forma cilíndrica, de alta tecnologia e alta 
performance, que elimina e previne vazamentos de fluídos, líquidos ou gases 
sob pressão na caixa de selagem ou câmara do selo, de bombas centrífugas, 
bombas hidraúlicas e reatores, onde o eixo rotativo atravessa seu corpo. 
O selo mecânico evita a passagem, fuga de líquidos e gases, entre o eixo 
rotativo (móvel) e a carcaça fixa da bomba. Tem longa vida útil, não danifica o 
eixo ou luva protetora do eixo, e tem manutenção praticamente inexistente ou 
mínima, além de gerar grande economia de energia elétrica. O selo mecânico 
proporciona inúmeras vantagens e benefícios quando comparado a gaxetas. 
Só o selo mecânico garante vedação total, confiável e durável. 
O selo mecânico possui ajuste automático das faces de contato Parte Fixa e 
Conjunto Rotativo (Face Estacionária e Face Rotativa ou Giratória), compensa 
automaticamente pequenos e grandes desvios axiais e radiais (deflexões) do 
eixo rotativo, além de preservar o meio ambiente 
Selos Mecânicos 
Selos Mecânicos 
Mas para que realmente serve o selo mecânico? 
 
Em uma bomba centrífuga ou helicoidal, assim como nos outros 
equipamentos o selo mecânico tem a função de promover a selagem, com 
o propósito de evitar que o fluido seja emitido para o meio externo 
(atmosfera). 
Os selos mecânicos podem ser aplicados na maioria dos casos, pois 
possuem muitas vantagens em relação as gaxetas . Além disso, são 
indicados para casos onde os retentores convencionais (gaxetas) não podem 
ser aplicados, especialmente em casos de alta pressão, temperatura, 
velocidade e presenças de sólidos em suspensão. 
Uma bomba é composta basicamente por sua carcaça, bocal de sucção e 
descarga, rotor, caixa de selagem e caixa de mancal. O fluido bombeado 
tende a ocupar todos os espaços da bomba e escapar para atmosfera por 
todas as aberturas, inclusive pelo eixo. 
Em aberturas que podem ser vedadas estaticamente podemos usar juntas 
planas, anéis “O” entre outros. Já para o eixo podemos usar gaxetas ou selos 
mecânicos 
Os selos mecânicos foram desenvolvidos para diminuição nos níveis de 
emissão de produtos em equipamentos rotativos (bombas, compressores, 
misturadores, ventiladores industriais) de acordo com normas ambientais, e 
são projetados para operar por muito tempo sem manutenção (alguns casos 
superior a 25.000h), entretanto são de custo de aquisição superior as 
gaxetas e em alguns casos pode haver relativa dificuldade na instalação. 
Selos Mecânicos 
Na figura podemos notar que o selo mecânico está situado dentro da carcaça 
da bomba, mais precisamente na caixa de selagem. No entanto existe outra 
possibilidade de alojamento, em muitos casos mais viáveis e às vezes até 
indispensáveis, através da utilização de uma sobreposta. A sobreposta nada 
mais é do que um “prolongamento” da caixa de selagem utilizada quando 
não se tem o espaço necessário para alojar o selo mecânico, ou ainda nos 
selos cartuchos onde a utilização da sobreposta é indispensável. A união 
entre a caixa de selagem e a sobreposta é feita por parafusos prisioneiros. 
Selos Mecânicos 
Tipos de Selos Mecânicos 
Tipos de Selos Mecânicos 
Lado 
Interno 
Lado 
Externo 
Exemplo de Selos Mecânicos Simples 
Características: 
Selo de Mola Simples. Mola Cônica . Sentido Único . Não Balanceado 
 
 
 
 
 
 
• Faces: 
- Carvão x Aço Especial 
- Carvão x Cerâmica 
- Carvão x Tungstênio ou Silício 
- Silício x Silício 
- Tungstênio x Tungstênio 
• Vedações Secundária = NBR, EPDM,VITON ,FEP, KALREZ 
• Mola = AISI 316, 304 • Outras Partes = AISI 316, 304 
Exemplo de Selos Mecânicos Simples 
Características: 
Selo de Mola Simples. Selo de Fole . Sentido Duplo . Não Balanceado 
 
 
 
 
 
 
• Faces: 
- Carvão x Aço Especial 
- Carvão x Cerâmica 
- Carvão x Tungstênio ou Silício 
- Silício x Silício 
- Tungstênio x Tungstênio 
• Vedações Secundária = NBR, EPDM,VITON 
• Mola = AISI 316, 304 • Outras Partes = AISI 316, 304 
Exemplo de Selos Mecânicos Simples 
Quando usar Selo Com Fole ? 
O projeto dos selos de fole superam muitos problemas 
associados aos projetos de selos de molas, selos "pusher". 
A ausência de uma vedação secundária dinâmica elimina a 
possibilidade de "hang-up", travamento do sistema 
de compensação por molas, causado pelo acúmulo 
de resíduos formados a partir do vazamento admissível da 
vedação primária, faces de selagem ou mesmo formados pelo 
desgaste e/ou deformação da vedação secundária dinâmica. 
Exemplo de Selos Mecânicos Simples 
Quando usar Selo Com Fole? 
Aplicações nas quais não se deseja que partes metálicas do 
selo mecânico tenham contato direto com o meio bombeado, 
ou seja, em especial para meios que “atacam” quimicamente 
os materiais inoxidáveis. Pelo fato da mola helicoidal ser 
encapsulada pelo fole, não há risco de bloqueio axial. A única 
restrição desse selo mecânico é a resistência do fole, não 
sendo recomendado o seu uso para fluidos abrasivos ou com 
partículas que venham a danificar o fole 
Exemplo de Selos Mecânicos Duplos 
Características: 
Selo de Mola Simples. Selo de Fole . Sentido Duplo . Não Balanceado 
 
 
 
 
 
 
• Faces: 
- Carvão x Aço Especial 
- Carvão x Cerâmica 
- Carvão x Tungstênio ou Silício 
- Silício x Silício 
- Tungstênio x Tungstênio 
• Vedações Secundária = NBR, EPDM,VITON 
• Mola = AISI 316, 304 • Outras Partes = AISI 316, 304 
Exemplo de Selos Mecânicos Simples em 
Cartucho 
Exemplo de Selos Mecânicos Simples em 
Cartucho 
Vantagens da Construção em Cartucho 
Um selo construído em cartucho é uma melhoria de 
confiabilidade . Selos montados na fábrica, testados 
hidrostaticamente e fornecidos como uma única unidade de 
selagem, garantem a sua performance, pois reduzem de 
forma significativa os erros por manuseio e montagem. Não 
se faz mais necessário tomar medidas para garantir pressão 
correta nas molas, considerando-se ainda que, selos 
previamente montados na fábrica significam faces 
protegidas de danos durante a instalação. 
Selos Mecânicos Duplos em Cartucho 
Indicados para condições de 
trabalho mais complexas 
simplificam e facilitam a 
montagem dos mais diversos 
equipamentos rotativos com 
menor tempo e garantia de 
vedação máxima. 
Selos Mecânicos Duplos em Cartucho 
Com o uso dos Selos Cartuchos, a 
maioria das dificuldades de instalação 
podem ser evitada por seus múltiplos 
componentes, eliminando vazamentos 
nas provas após a instalação do selo 
no equipamento. 
O Selo é montado na fábrica e testado 
se há vazamentos antes da instalação 
definitiva. 
Selo Mecânico Cartucho Duplo é 
utilizado para condições de trabalho 
mais severas, onde o selo interno fica 
em contato com o produto bombeado 
e o selo externo recebe lubrificação 
pela Sobreposta. Criando assim 
também liquido de barreira e ajudando 
na lubrificação. 
Selos Mecânicos Duplos em Cartucho 
Selo Mecânico BalanceadoÉ um cálculo efetuado com a finalidade de determinar a 
razão entre as forças hidráulicas que atuam tendendo a 
fecharem as faces do selo mecânico e as forças hidráulicas 
que atuam tendendo a abrirem as faces do selo mecânico, 
ou seja, é feita uma soma vetorial das forças atuantes sobre 
o selo mecânico afim de calcular a força resultante entre as 
faces, e conseqüentemente a pressão de contato atuante 
entre as superfícies polidas das faces de selagem. 
Planos de Selagem – API 682 
Os planos de selagem (ou ligação) tem por finalidade prover a 
refrigeração e a lubrificação do selo mecânico. Podem ser 
interligadas ao interior da câmara, recebendo o nome de 
“Flushing”, ou interligados ao lado exterior do selo, recebendo a 
denominação de lavagem ou “Quench”. 
Planos de Selagem – API 682 
Ligações de Flushing: 
São responsáveis pela refrigeração do selo mecânico e sua 
lubrificação, podendo utilizar para tal o próprio líquido bombeado, ou 
outro fluido de fonte externa. 
Planos de Selagem – API 682 
•São responsáveis pela lavagem externa dos resíduos do produto 
que conseguem passar pela interface de vedação dinâmica do selo . 
 
• Geralmente é feito por um fluido de fonte externa, tal como água, 
vapor, metanol, diesel, etc, injetados sem pressão. 
Ligações de Quench: 
Planos de Selagem – API 682 
Os planos de selagem são classificados por código na 
Norma API 610 
Planos 1 até 41 representam as ligações de Flushing para selos 
mecânicos simples-efeito; 
Planos 51, 61 e 62 são planos de Quench ; 
Planos 52, 53 e 54 são planos de Flushing para selos duplo-efeito. 
Planos de Selagem – API 682 
Plano 1 – Flushing: Circulação Direta Interna 
 
Planos de Selagem – API 682 
 Esse plano é muito similar ao plano 11, sendo que a ligação é feita 
diretamente da sucção da bomba ou por uma furação interna da carcaça, 
devendo-se observar que: 
• A localização da furação deve ser num local próximo das faces do selo 
mecânico, caso contrário, esse sistema acaba se tornando ineficaz; 
• Esse plano é recomendado somente para fluidos limpos, pois em caso de 
entupimento não há como detectar. 
Plano 1 – Flushing: Circulação Direta Interna 
A norma API 682 foi criada para 
estabelecer um padrão mundial 
em refinarias e em aplicações de 
hidrocarbonetos. 
Fabricantes tradicionais de selos 
oferecem uma ampla variedade de 
selos mecânicos e sistemas de 
selagem de acordo com a norma 
API 682. 
Planos de Selagem – API 682