manutenção e reparo de bombas - petrobras
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PROGRAMA DE ATUALIZAÇÃOPARA MECÂNICOS DEEQUIPAMENTOS DE PROCESSO
PROGRAMA DE ATUALIZAÇÃOPARA MECÂNICOS DEEQUIPAMENTOS DE PROCESSO
Manutenção eReparo de Bombas
Manutenção eReparo de Bombas
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PETROBRAS ABASTECIMENTO
ALAN KARDEC PINTO
GERENTE EXECUTIVO DE ABASTECIMENTO – REFINO
RONALDO URURAHY HEYDER BORBA
GERENTE GERAL DE EQUIPAMENTOS E SERVIÇOS DO ABASTECIMENTO
MANOEL MARQUES SIMÕES
GERENTE DE TECNOLOGIA DE EQUIPAMENTOS
ROGÉRIO DA SILVA CAMPOS
CONSULTOR SÊNIOR – TECNOLOGIA DE EQUIPAMENTOS DINÂMICOS
IVANILDO DE ALMEIDA SILVA
GERENTE DE RECURSOS HUMANOS DO ABASTECIMENTO
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Rio de Janeiro 2006
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Manutenção e Reparo de Bombas© 2006 Getúlio V. Drummond
Todos os direitos reservados
PROGRAMA DE ATUALIZAÇÃOPARA MECÂNICOS DE
EQUIPAMENTOS DE PROCESSOS
Alinhamento de Máquinas
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Mancais e Rolamentos
Manutenção e Reparo de Bombas
Purgadores
Redutores Industriais
Selagem de Bombas
Turbinas a Vapor
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PETROBRASDiretoria de Abastecimento
PETROBRASPetróleo Brasileiro S. A.
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A publicação desta série é uma edição da PETROBRAS
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 55
SumárioSumário
Lista de figuras 7
Lista de tabelas 13
Apresentação 15
Introdução 17
Unidades e suas conversões, propriedadesdos líquidos e tabelas 19Comprimento – l 19Massa – m 21Tempo – t 21Temperatura – T 22Área – A 23Volume – V 24Velocidade linear – v 25Velocidade angular – w 27Vazão volumétrica – Q 28Aceleração – a 29Força – F 31Trabalho ou energia – T 33Torque – Tq 34Potência – Pot 35Massa específica – � 36Peso específico – � 38Densidade 40Pressão 40Viscosidade – � ou � 51Pressão de vapor 54Rendimento – � 56Equação da continuidade 57Teorema de Bernouille 58Tabela de tubos 61Letras gregas 62Prefixos 62
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas66
Bombas 67
Recebimento da bomba 71
Preservação 73
Instalação e teste de partida 75
Classificação de bombas 83
Bomba dinâmica ou turbobomba 85Princípio de funcionamento da bomba centrífuga 91Aplicações típicas 95Partes componentes e suas funções 96Impelidores 100Carcaças 104Altura manométrica total (AMT), carga ou head 107Cavitação, NPSH disponível e NPSH requerido 117Recirculação interna 135Entrada de gases 142Curva do sistema e ponto de trabalho da bomba 144Curvas características de bombas centrífugas 152Curvas características para bombas de fluxos misto e axial 161Influência do diâmetro do impelidor no desempenhoda bomba centrífuga 162Influência da rotação N da bomba no desempenhoda bomba centrífuga 165Forças radiais e axiais no impelidor 170Bombas operando em paralelo 177Bombas operando em série 184Correção para líquidos viscosos 187Lubrificação 191Acoplamento 206Seleção de bombas 210Análise de problemas de bombas centrífugas 213Dados práticos 235
Bombas de deslocamento positivo ou volumétricas 257Bombas alternativas 259Bombas rotativas 263
Bombas centrífugas especiais 273Bomba auto-escorvante 274Bomba submersa 274Bomba tipo “vortex” 274
Referências bibliográficas 275
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 77
Lista de figurasLista de figuras
FIGURA 1 – Escala de temperaturas Celsius e Fahrenheit 22FIGURA 2 – Áreas de figuras geométricas 23FIGURA 3 – Volume dos sólidos 24FIGURA 4 – Velocidade de deslocamento de um líquido 26FIGURA 5 – Velocidade angular 27FIGURA 6 – Vazão numa tubulação 28FIGURA 7 – Aceleração centrífuga 30FIGURA 8 – Força centrífuga 32FIGURA 9 – Trabalho realizado 33FIGURA 10 – Torque 34FIGURA 11 – Massa específica do cubo 37FIGURA 12 – Peso específico 38FIGURA 13 – Penetração do prego 41FIGURA 14 – Macaco hidráulico 41FIGURA 15 – Pressão atmosférica 43FIGURA 16 – Pressão absoluta e pressão relativa (manométrica) 44FIGURA 17 – Pressão exercida por uma coluna de líquido 45FIGURA 18 – Vasos com formatos e áreas de base diferentes e com pressão
igual na base 46FIGURA 19 – Coluna de Hg 47FIGURA 20 – Tubo em U 48FIGURA 21 – Coluna máxima de água com vácuo 50FIGURA 22 – Diferenças de viscosidades 52FIGURA 23 – Pressão de vapor 54FIGURA 24 – Curva da pressão de vapor 55FIGURA 25 – Pressão de vapor em função da temperatura 55FIGURA 26 – Escoamento de um líquido numa tubulação 57FIGURA 27 – Teorema de Bernouille 59
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas88
FIGURA 28 – Energia cedida pela bomba 60FIGURA 29 – Grauteamento de uma base de bomba 75FIGURA 30 – Chumbador e luva 76FIGURA 31 – Nivelamento transversal da base na área
do motor e longitudinal da bomba 77FIGURA 32 – Chanfro de 45º na base de concreto e no graute 78FIGURA 33 – Turbobomba com os três tipos de fluxo 86FIGURA 34 – Bomba regenerativa e seu impelidor 86FIGURA 35 – Tipos de bombas centrífugas segundo a norma API 610 87FIGURA 36 – Disco girando com gotas de líquido 91FIGURA 37 – Esquema de funcionamento de uma
bomba centrífuga 91FIGURA 38 – Variação de pressão e velocidade 92FIGURA 39 – Variação da pressão e da velocidade no interior da bomba 93FIGURA 40 – Difusor 94FIGURA 41 – Corte de uma bomba centrífuga tipo em balanço – KSB 96FIGURA 42 – Partes do impelidor 100FIGURA 43 – Classificação do impelidor quanto ao projeto
– Velocidade específica 101FIGURA 44 – Classificação dos impelidores quanto à inclinação das pás 103FIGURA 45 – Classificação dos impelidores quanto ao tipo de construção 103FIGURA 46 – Classificação dos impelidores quanto à sucção 104FIGURA 47 – Tipos de carcaças 105FIGURA 48 – Bomba com carcaça partida axialmente (BB1) e verticalmente
(tipo barril – BB5) 106FIGURA 49 – Bombas com carcaças partidas verticalmente (BB2) –
Com indutor de NPSH e de multissegmentos (BB4) 106FIGURA 50 – Curva característica de AMT x vazão 108FIGURA 51 – Levantamento da AMT 109FIGURA 52 – AMT igual a H, desprezando perdas 113FIGURA 53 – AMT de 80m fornecida pela bomba para a vazão de 90m3/h 114FIGURA 54 – Perda de AMT devido ao desgaste interno da bomba 115FIGURA 55 – Curva de pressão de vapor d´água 118FIGURA 56 – Curva de NPSH requerido pela bomba 119FIGURA 57 – Cálculo do NPSH disponível 121FIGURA 58 – Curva de NPSH disponibilizado pelo sistema 122
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 99
FIGURA 58A – Bomba operando sem e com vaporização 123FIGURA 59 – Cavitação – NPSH disponível e NPSH requerido para uma
dada vazão 125FIGURA 60 – Curva de AMT x vazão de uma bomba cavitando 128FIGURA 61 – Determinação do NPSH requerido 129FIGURA 62 – Vazão máxima em função do NPSH 130FIGURA 63 – Implosão das bolhas de vapor com arrancamento do material 131FIGURA 64 – Impelidores com desgaste devido à cavitação 133FIGURA 65 – Teste de recirculação interna realizado numa bancada de teste 135FIGURA 66 – Recirculação interna na sucção 137FIGURA 67 – Variação da pressão de sucção e da descarga com recirculação 138FIGURA 68 – Vazão mínima do API 610 em função da vibração 139FIGURA 69 – Região de danos no impelidor 140FIGURA 69A – Determinação da vazão mínima de recirculação 141FIGURA 70 – Entrada de ar e formação de vórtices por baixa submergência 143FIGURA 71 – Curva do sistema 144FIGURA 72 – Ponto de trabalho 145FIGURA 73 – Recirculação da descarga para a sucção 146FIGURA 74 – Variação do ponto de trabalho por válvula de controle 147FIGURA 75 – Variação da curva da bomba com o diâmetro do impelidor
ou com a rotação 148FIGURA 76 – Modificação do ponto de trabalho por meio de orifício restrição
no flange de descarga 149FIGURA 77 – Variação de vazão ligando e desligando bombas 150FIGURA 78 – Controle de capacidade por cavitação 151FIGURA 79 – Curva típica de AMT x vazão de uma bomba centrífuga 153FIGURA 80 – Curva de rendimento de uma bomba centrífuga 154FIGURA 81 – Curva de potência de uma bomba centrífuga 155FIGURA 82 – Curva característica de NPSH requerido x vazão 158FIGURA 83 – Cálculo de NPSH disponível 159FIGURA 84 – Curvas características por tipo de bomba 161FIGURA 85 – Variação do NPSH requerido em função do diâmetro
do impelidor 163FIGURA 86 – Novo ponto de trabalho com mudança de diâmetro 165FIGURA 87 – Pontos homólogos obtidos com a mudança de rotação 167FIGURA 88 – Curva de AMT x vazão 167
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas1010
FIGURA 89 – Curvas AMT x vazão para diversas rotações 169FIGURA 90 – Esforço radial com voluta simples 170FIGURA 91 – Esforço radial com dupla voluta 171FIGURA 92 – Força axial no impelidor sem anel de desgaste 171FIGURA 93 – Esforço axial em um impelidor de simples sucção
em balanço 172FIGURA 94 – Impelidor com pás traseiras 173FIGURA 95 – Impelidores em oposição cancelando o esforço axial 174FIGURA 96 – Equilíbrio axial com tambor de balanceamento 174FIGURA 97 – Balanceamento axial por meio de disco 175FIGURA 98 – Disco e tambor de balanceamento 176FIGURA 99 – Esquema de bombas em paralelo 178FIGURA 100 – Curva de operação em paralelo 178FIGURA 101 – Variação da vazão com diferentes curvas do sistema 179FIGURA 102 – Duas bombas com curvas diferentes operando em paralelo 180FIGURA 103 – Curva de AMT ascendente/descendente e curvas planas 182FIGURA 104 – Curva da bomba com orifício de restrição 183FIGURA 105 – Esquema de bombas em série 184FIGURA 106 – Bombas iguais operando em série 184FIGURA 107 – Bombas com curvas diferentes em série 185FIGURA 108 – Aumento de vazão com operação em série 186FIGURA 109 – Influência da viscosidade nas curvas das bombas 187FIGURA 110 – Carta de correção de viscosidade 191FIGURA 111 – Filme lubrificante separando duas superfícies 192FIGURA 112 – Posição do eixo no mancal de deslizamento 193FIGURA 113A – Lubrificação por nível normal e com anel pescador 196FIGURA 113B – Lubrificação com anel salpicador 196FIGURA 114 – Sistema de geração e de distribuição de névoa 198FIGURA 115 – Névoa pura para bombas API antigas e novas 198FIGURA 116 – Tipos de reclassificadores 199FIGURA 117 – Utilização do reclassificador direcional 200FIGURA 118 – Névoa de purga 200FIGURA 119 – Bombas canned e de acoplamento magnético 201FIGURA 120 – Vida relativa dos rolamentos versus teor de água no óleo 204FIGURA 121 – Vida do óleo em função da temperatura de trabalho 204FIGURA 122 – Tipos de acoplamentos 206
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 1111
FIGURA 123 – Carta de seleção de tamanhos 211FIGURA 124 – Curvas da bomba 40-315 212FIGURA 125 – Diagrama para determinação de problemas de vazão ou de baixa
pressão de descarga em bombas centrífugas 215FIGURA 126 – Pressão de vapor e NPSH 218FIGURA 127 – Medida da tensão dos flanges 224FIGURA 128 – Válvula de fluxo mínimo 228FIGURA 129 – Folga mínima externa do impelidor com a voluta
e com o difusor 228FIGURA 130 – Rolamento de contato angular 230FIGURA 131 – Concentricidades, excentricidades e perpendicularidades do
acionador vertical 238FIGURA 132 – Concentricidade e perpendicularidade da caixa de selagem 239FIGURA 133 – Excentricidade e folgas máximas usadas na RPBC
para bombas OH 240FIGURA 134 – Região do encosto dos rolamentos no eixo 241FIGURA 135 – Balanceamento em 1 ou 2 planos 242FIGURA 136 – Parafuso quebra-junta 244FIGURA 137 – Corte do diâmetro do impelidor 247FIGURA 138 – Aumento de AMT por meio da redução da
espessura da pá 248FIGURA 139 – Ganho de AMT e de NPSH 249FIGURA 140 – Ganho de vazão e de rendimento 249FIGURA 141 – Anel pescador de óleo 250FIGURA 142 – Métodos de aquecimento do rolamento 252FIGURA 143 – Tipos de montagem de rolamentos de contato angulares aos pares e
com as designações usadas 252FIGURA 144 – Folga do mancal de deslizamento 253FIGURA 145 – Posição da redução excêntrica e das curvas na
tubulação de sucção 254FIGURA 146 – Posição errada de válvula na sucção para impelidor
de dupla sucção 255FIGURA 147 – Posição da válvula de alívio externamente à bomba e antes de
qualquer bloqueio 258FIGURA 148 – Bomba alternativa de pistão, de simples efeito, acionada por sistema
de biela/manivela 259
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas1212
FIGURA 149 – Bomba alternativa simplex, de duplo efeito, acionada
a vapor 260FIGURA 150 – Válvulas corrediças de distribuição de vapor 260FIGURA 151 – Bombas de diafragma acionadas por pistão e por outro
diafragma 262FIGURA 152 – Vazão ao longo do tempo da bomba alternativa 263FIGURA 153 – Vazão x �P para bombas rotativas 264FIGURA 154 – Bomba de engrenagens externas e internas 264FIGURA 155 – Bomba de 3 fusos e de simples sucção 266FIGURA 156 – Bomba de 2 fusos e de dupla sucção 266FIGURA 157 – Bombas de palhetas 267FIGURA 158 – Bomba de cavidades progressivas 268FIGURA 159 – Bombas com 1, 2, 3 e 5 lóbulos 268FIGURA 160 – Bomba peristáltica 269FIGURA 161 – Esquema da variação de vazão da bomba
alternativa de pistões axiais 269FIGURA 162 – Bomba de pistão axial com ajuste da vazão 270FIGURA 163 – Bombas de palheta externa, de pás flexíveis e
de came com pistão 271FIGURA 164 – Bomba auto-escorvante, submersa e tipo “vortex” 273
Pense eAnotePense eAnote
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 1313
Lista de tabelasLista de tabelas
TABELA 1 – Conversão de unidades de comprimento usuais em mecânica 20TABELA 2 – Conversão de unidades de massa mais usuais na
área de mecânica 21TABELA 3 – Conversão de unidades de tempo 21TABELA 4 – Conversão de áreas 23TABELA 5 – Conversão de unidades de volume mais usadas em mecânica 25TABELA 6 – Conversão de velocidades 26TABELA 7 – Conversão de unidades de vazão 29TABELA 8 – Conversão de unidades de força 33TABELA 9 – Conversão de trabalho ou energia 34TABELA 10 – Conversão de unidades de torque 35TABELA 11 – Conversão de unidades de potência 36TABELA 12 – Relação entre massas específicas 38TABELA 13 – Pesos específicos 39TABELA 14 – Relação entre pesos específicos 39TABELA 15 – Conversão da unidade de pressão 48TABELA 16 – Conversão de viscosidades dinâmicas 52TABELA 17 – Conversão de viscosidades cinemáticas 53TABELA 18 – Dados sobre tubos 61TABELA 19 – Letras gregas 62TABELA 20 – Prefixos 62TABELA 21 – Torque a ser aplicado nos chumbadores 78TABELA 22 – Conversão de velocidade específica 102TABELA 23 – Volumes específicos da água e do vapor 132TABELA 24 – Pontos da curva de AMt x vazão 168TABELA 25 – Pontos de trabalho para diferentes rotações 168TABELA 26 – Dados do acoplamento 208
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas1414
TABELA 27 – Rendimento e fator de potência dos motores elétricos 221TABELA 28 – Freqüência de vibração para diferentes tipos de
acoplamentos 223TABELA 29 – Tolerâncias recomendadas 235TABELA 30 – Ajustes ISO utilizados em bombas – Valores em �m 236TABELA 31 – Excentricidades LTI de bombas BB recomendadas pelo API 237TABELA 32 – Folgas mínimas de trabalho 245
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 1515
OO
ApresentaçãoApresentação
funcionamento adequado e com qualidade dos processos indus-
triais depende fortemente dos equipamentos utilizados para: a movimen-
tação dos fluidos; a geração de energia; o aumento ou a redução de velo-
cidades; a limpeza de correntes líquidas ou gasosas; e outras funções de
processo. É preciso, portanto, manter os equipamentos no nível e nas con-
dições de funcionamento que garantam a continuidade dos processos. Esse
é o dia-a-dia do profissional mecânico responsável por equipamentos de
processo: mantê-los nas condições que atendam as necessidades de segu-
rança e confiabilidade das unidades operacionais.
Este curso tem por base os requisitos do PNQC (Programa Nacional de
Qualificação e Certificação de Profissionais de Mecânica) e destina-se aos
mecânicos das 14 Unidades de Negócio da Petrobras localizadas em nove
estados do Brasil: AM, BA, CE, SE, PR, SP, MG, RJ e RS. Ele visa facilitar o
compartilhamento dos conhecimentos adquiridos por esses profissionais
ao longo de sua experiência nas diversas Unidades de Negócio da Petro-
bras. A variação da complexidade do trabalho realizado, devido às carac-
terísticas regionais e/ou nível tecnológico de cada Unidade, indica a ne-
cessidade desse compartilhamento de forma que a heterogeneidade do
grupo de profissionais na empresa seja reduzida. Com isso, teremos gan-
hos na identificação das condições operacionais dos equipamentos, no di-
agnóstico de causas e soluções de problemas, nas montagens e alinhamen-
tos e no teste dos equipamentos.
Assim, o curso de Atualização para Mecânicos de Equipamentos de Pro-
cessos fornece o conhecimento teórico básico para a compreensão dos pro-
blemas práticos enfrentados no dia-a-dia de uma unidade industrial, visan-
do desenvolver nos participantes uma visão crítica e o auto-aprendizado.
Pense e AnotePense e Anote
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 1717
ÉÉ impossível imaginar uma refinaria de petróleo operando sem bom-
bas, pois não há como transportar fluidos de e para as unidades de pro-
cesso e entre seus equipamentos principais. Algumas instalações, favore-
cidas por geografia peculiar, permitem o uso da energia da gravidade para
realizar o escoamento. Mas, certamente, refluxos em colunas de destila-
ção e outras aplicações são impraticáveis sem as bombas.
Sem elas, a composição de bateladas torna-se uma operação comple-
xa. No preparo de gasolinas, por exemplo, não há como homogeneizar com-
pletamente a mistura das diversas naftas componentes durante o seu re-
cebimento em tanques de armazenamento. A razão disso é que as cargas
de energia hidráulica potencial (estática) não variam e, dessa forma, tor-
nam obrigatória a circulação (dinâmica) de massa.
Para transportar produtos para terminais a quilômetros de distância
das refinarias, usam-se oleodutos. Além das distâncias, há por vezes que
vencer montanhas para entregar derivados nas bases de provimento das
distribuidoras. A energia usada para realizar essa tarefa vem das bombas
de transferência, máquinas enormes que fornecem altas vazões e pressões.
Para dosar o inibidor de corrosão no sistema de topo (linhas, conden-
sadores, válvulas de controle e segurança) de uma coluna de destilação
atmosférica, bombas dosadoras são fundamentais. Elas provêm a energia
para elevar o fluido até o ponto de aplicação. Pela própria natureza da tarefa,
o controle de vazão é fundamental e, praticamente, quem o faz já é a pró-
pria bomba, máquina de pequeníssimo porte com baixíssima vazão e (a
pressão da descarga pode ser alta) pressão.
Enfim, para todos esses e outros serviços, usam-se intensa e extensiva-
mente as bombas. Para que elas estejam disponíveis, existem os mecâni-
cos de manutenção.
A atividade de mecânica faz parte de uma atividade mais ampla e roti-
neira das unidades industriais: a manutenção. Até há bem pouco tempo,
o conceito predominante era de que a missão da manutenção consistia
em restabelecer as condições normais dos equipamentos/sistemas, corri-
gindo seus defeitos ou falhas. Hoje, a missão da manutenção é apresen-
tada dentro de uma idéia mais ampla:
Introdução
Pense e Anote
Introdução
Pense e Anote
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas1818
Deseja-se que a manutenção contribua para maior disponibilidade
confiável ao menor custo.
A função do mecânico de manutenção é prestar um serviço – prover
disponibilidade confiável de máquinas rotativas – para que os técnicos da
operação realizem a produção com qualidade e segurança.
Você, mecânico, quando executa seu trabalho, deve se preocupar com
a produção e a segurança das pessoas que usarão as máquinas. Assim,
estará contribuindo para que acidentes e perdas sejam evitados.
Pense nisso! Você, como parte de uma equipe, é imprescindível para a
rentabilidade e a segurança no seu local de trabalho, mesmo depois de
ter ido embora!
Você não está mais lá, mas o seu serviço está...
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
Garantir a disponibilidade da função dosequipamentos e instalações de modo a
atender ao processo de produção comconfiabilidade, segurança, preservação do
meio ambiente e custo adequados.
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 1919
s líquidos, assim como os gases e os sólidos, possuem diversas pro-
priedades que os caracterizam. Faremos a seguir uma rápida recordação de
algumas de suas propriedades e de grandezas físicas necessárias para que
se possa compreender mais facilmente o funcionamento das bombas.
Devido à existência de muitos equipamentos de origem americana e
inglesa no sistema Petrobras, nos itens a seguir, quando tratarmos de con-
versão de unidades, incluiremos também as principais unidades usadas
naqueles países.
ComprimentoO metro com seus múltiplos e submúltiplos é a principal unidade utiliza-
da na medição de comprimento.
Em mecânica, usamos muito o milímetro (mm), que é a milésima par-
te do metro, o centésimo de milímetro (0,01mm) e o mícron (�m), que
é a milionésima parte do milímetro.
OO
Unidades e suasconversões, propriedades
dos líquidos e tabelas
Unidades e suasconversões, propriedades
dos líquidos e tabelas Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
l
O plural de mícron é mícronese mícrons, portanto, dizemos:1 mícron, 2 mícrons, 3 mícrons, etc.
No sistema inglês, as principais unidadesusadas são: pés (ft); polegada (in); e (mils)milésimos de polegadas.
l
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas2020
Pense eAnotePense eAnote
TABELA 1
m
1
0,001
0,00001
1 x 10-6
0,3048
0,0254
2,54 x 10-5
1m
1mm
0,01mm
1�m
1ft
1in
1mil
mm
1.000
1
0,01
0,001
304,80
25,4
0,0254
0.01mm
100.000
100
1
0,1
30.480
2.540
2,54
�m
1.000.000
1.000
10
1
304.800
25.400
25,4
ft
3,28
0,00328
3,28 x 10-6
3,28 x 10-7
1
0,0833
8,33x 10-5
in
39,37
0,03937
0,0003937
0,0000394
12
1
0,001
mils
39.370
39,37
0,3937
0,03937
12.000
1.000
1
1mi = 1760yd = 1,609km = 1.609m
1yd = 3ft = 0,9144m
PROBLEMA 1
Logo
2ft = 2 x 0,3048 = 0,6096m
1ft = 0,3048m
PROBLEMA 2
Da Tabela 1
1mil = 2,54 centésimos de mm
=
=
=
=
=
=
=
5mils = 2,54 x 5 = 12,7 centésimos de mm
CONVERSÃO DE UNIDADES DE COMPRIMENTO USUAIS EM MECÂNICA
A conversão entre as unidades mais usadas pode ser realizada confor-
me a Tabela 1:
Ainda no sistema inglês, temos a jarda (yd) e a milha (mi), as quais
são pouco usadas em mecânica, que correspondem a:
Quantos metros equivalem a 2 pés?
Entrando na Tabela 1 na linha correspondente a 1ft e indo até a coluna de
metros (m), achamos 0,3048. Portanto:
A folga de catálogo de um mancal de deslizamento é de 5mils. De quanto
seria esta folga em centésimos de milímetro?
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 2121
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
m
TABELA 2
1kg
1g
1 ton métr
1lbm
1 oz (avpd)
1 ton curta
1ton longa
Tonmétrica
0,001
1 x 10-6
1
0,000454
–
0,907
1,016
0,000984
–
0,9842
4,46 x 10-4
–
0,892857
1
Ton longa(Inglaterra)
0,001102
–
1,102
0,0005
–
1
1,12
Ton curta(EUA)
35,274
0,03527
35.274
16
1
32.000
35.840
Oz (avdp)
2,2
0,0022
2.204,6
1
0,0625
2000
2240
lbm
1.000
1
1 x 106
454
28,35
–
–
g
1
0,001
1.000
0,4536
0,0283
907,18
1016
kg
t
TABELA 3
1 ano
1 dia
1 hora
1 minuto
1 segundo
1
2,74 x 10-3
1,142 x 10-4
1,903 x 10-6
3,171 x 10-8
Ano
365
1
0,04167
6,944 x 10-4
1,157 x 10-5
Dia
8760
24
1
0,01667
2,778 x 10-4
Hora
525.600
1440
60
1
0,01667
Minuto
31.536.000
86.400
3.600
60
1
Segundo
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
=
CONVERSÃO DE UNIDADESDE MASSA MAIS USUAIS NA ÁREA DE MECÂNICA
CONVERSÃO DE UNIDADES DE TEMPO
m
t
Para converter mils para centésimos de milímetro, basta multiplicar
por 2,54.
MassaO quilograma (kg), seu submúltiplo, o grama (g) (atenção, a palavra é do
gênero masculino), e o múltiplo, a tonelada, são as unidades de massa
mais usadas em mecânica.
Em unidades inglesas temos: a libra massa (lbm); a onça avdp (oz); atonelada curta (short ton) e a longa (long ton).
TempoAs principais unidades de tempo usadas em mecânica são: segundo (s),minuto (min), hora (h), dia (d) e ano.
A conversão entre essas unidades é dada por:
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas2222
Pense eAnotePense eAnote
T
K = 273 + oC R = oF + 460
FIGURA 1
100oC 212oF
0oC 32oF
100oC 180oF
Temperatura deebulição da água
Temperatura defusão do gelo
oC = 59
(oF – 32)
PROBLEMA 3
PROBLEMA 4
oC = 59
(oF – 32) = 59
(302 – 32) = 59
(270) = 150 302oF = 150oC
F = 72 + 32 = 104 40oC = 104oF
40 x 95
= (F – 32)40 = 59
(F – 32)oC = 59
(oF – 32)
ESCALA DE TEMPERATURAS CELSIUS E FAHRENHEIT
TTemperaturaAs unidades de temperatura mais usadas são:
Graus Celsius (oC) no sistema métrico.
Graus Fahrenheit (oF) no sistema inglês.
Temos também as escalas absolutas: graus Kelvin (K) e graus Rankine (R).
Podemos fazer a conversão entre as escalas Celsius e a Fahrenheit basean-
do-nos nas temperaturas de fusão do gelo, na temperatura de ebulição da
água na pressão correspondente ao nível do mar (Patm = 1,033kgf/cm2).
Qual seria a temperatura em graus Celsius equivalente a 302oF?
Aplicando a fórmula de conversão, temos:
A temperatura de 302oF = 150oC.
Qual a temperatura em oF equivalente a 40oC?
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 2323
Pense e AnotePense e AnoteA
ÁREAS DE FIGURAS GEOMÉTRICAS
FIGURA 2
Quadrado Retângulo Paralelogramo
A = b x hA = b x hA = a2
a
a
h
b
h
b
Trapézio Triângulo Círculo
Dh
bb1
A =b1 + b2
2x h A =
b x h
2A = ����� r2 = �����D2
4
PROBLEMA 5
A = b x h2
= 150mm2= 20 x 152
= 3002
TABELA 4
1m2
1cm2
1mm2
1ft2
1in2
m2
1
0,0001
1x 10-6
0,0929
0,00064516
cm2
10.000
1
0,01
929,03
6,4516
mm2
1.000.000
100
1
92903
645,16
f t 2
10,764
0,001076
0,0000108
1
0,00694
in2
1550
0,155
0,00155
144
1
=
=
=
=
=
ÁREAS DE FIGURAS GEOMÉTRICAS
CONVERSÃO DE ÁREAS
AÁreaÉ a medida da superfície ocupada por uma figura. É sempre um produto
de duas dimensões: base x altura (b x h) ou de raio x raio (r 2), ou ainda de
diâmetro x diâmetro (D2).
Qual a área de um triângulo com 20mm de base e 15mm de altura?
A equivalência e a conversão
entre as unidades de área
podem ser obtidas conforme
se vê na Tabela 4.
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas2424
Pense e AnotePense e Anote
PROBLEMA 6
1ft2 = 0,0929m2 10ft2 = 10 x 0,0929 = 0,929m2
V
FIGURA 3
Cubo Paralelepípedo Cilindro
V = B x h = a x b x hA = a3
a
a
h
a
h
r
Cone Esfera
h
r
V = B x h3
=
PROBLEMA 7
abB B
V = B x h = � � � � � x r2 x h
B
����� x r2 x h3
r
V = 4 � � � � � r3
3
V = �����.r2.h3
= 47,1cm3= 3,14 . 32 . 53
VOLUME DOS SÓLIDOS
V
Qual a área em m2 equivalente a 10ft2?
Da Tabela 4, temos que
VolumeÉ a medida do espaço ocupado por um corpo. É sempre um produto de
três dimensões.
Qual o volume de um cone com uma base de 3cm de raio e altura de 5cm?
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 2525
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
PROBLEMA 8
V =43
x 3,14 x 53 = 130,8cm3.����� .r3 =43
CONVERSÃO DE UNIDADES DE VOLUME MAIS USADAS EM MECÂNICA
TABELA 5
1m3
1litro
1dm3
1ft3
1in3
1gal (EUA)
* 1gal imp
1barril
ft3
35,315
0,0353
0,0353
1
5,79 x 10-4
0,1337
0,1605
5,614
6,289
0,00629
0,00629
0,1781
0,0001031
0,02381
0,02859
1
Barril
220
0,22
0,22
6,229
0,003605
0,8327
1
34,97
Galãoimperial
264,172
0,264
0,264
7,48
0,00433
1
1,201
42
Galão(EUA)
61.023,7
61,024
61,024
1728
1
231
277,4
9702
in3
1.000
1
1
28,317
0,0164
3,785
4,546
159
Litro= dm3
1
0,001
0,001
0,0283
1,639 x 10-5
0,00379
0,004546
0,159
m3
PROBLEMA 9
v
V = Dt
=
=
=
=
=
=
=
=
CONVERSÃO DE UNIDADES DE VOLUME MAIS USADAS EM MECÂNICA
v
Qual o volume de uma esfera de 5cm de raio?
A equivalência e a conversão entre unidades de volume podem ser ob-
tidas conforme a Tabela 5.
Qual o volume em litros de um tanque de óleo com 1.000 galões de capa-
cidade?
Se o equipamento for de origem americana, verificando na tabela, temos
que:
1 galão USA = 3,785 litros.
Capacidade do tanque em litros = 1.000 x 3,785 = 3.785 litros.
Se o equipamento for de origem inglesa, da Tabela 5, tiramos:
1 galão imperial = 4,546 litros.
Capacidade do tanque em litros = 1.000 x 4,546 = 4.546 litros.
Velocidade linearVelocidade é a distância percorrida na unidade de tempo.
Galão imperial é mais usado nos países do Reino Unido (UK).
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas2626
Pense eAnotePense eAnote
FIGURA 4
As unidades usuais para expressar velocidade são:
CONVERSÃO DE VELOCIDADES
TABELA 6
1m/s
1mm/s
1km/h
1in/s
1ft/s
1mi/h
m/s
1
0,001
0,2778
0,0254
0,3048
0,4470
mm/s
1.000
1
277,8
25,4
304,8
447,04
km/h
3,6
10-6
1
0,09144
1,097
1,609
in/s
39,37
0,03937
10,936
1
12
17,6
ft/s
3,28
0,00328
0,9113
0,08333
1
1,467
milha/h
2,237
0,002237
0,6214
0,05681
0,6818
1
1 in/sec = 25,4mm/s
m/s mm/s km/hin/s ft/s milha/h
CONVERSÃO DE VELOCIDADES
VELOCIDADE DE DESLOCAMENTO DE UM LÍQUIDO
Quando dizemos que a velocidade média de deslocamento de um lí-
quido em uma tubulação é de 2m/s, estamos informando que, na média,
a cada segundo as partículas do líquido se deslocam 2 metros. Falamos
em velocidade média porque, devido ao atrito, ela é menor junto às pare-
des do tubo do que no centro.
É muito comum medirmos uma vibração baseada na velocidade. A uni-
dade mais usual é mm/s. Alguns aparelhos de origem americana utilizam
pol/s (in/sec). A conversão é dada por:
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 2727
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
w
FIGURA 5
N
A
w = 2 ����� N rd/min
Radiano é o ângulo centralcorrespondente a um arco igual ao raio.
W = 2�����N60
rd/s= � � � � � N30Velocidade angular com N em rpm.
PROBLEMA 10
W = �����. N30
= 3,14 x 40 = 125,6rd/s= � � � � �1200
30
VELOCIDADE ANGULAR
wVelocidade angularVelocidade angular é o ângulo percorrido na unidade de tempo.
Os ângulos podem ser medidos em graus ou radianos. Cada volta na
circunferência significa que um corpo percorreu um ângulo A de 360o ou
de 2� rd. Se um objeto percorrer duas voltas por minuto, terá a velocida-
de de 2 x 2� rd/min = 4� rd/min. Se estiver girando numa rotação N (rpm),
terá uma velocidade angular de N x 2� rd/min.
Para passar de rd/min para rd/s,,,,, basta dividir por 60. Temos então:
Qual a velocidade angular de uma peça girando a 1.200rpm?
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas2828
Pense eAnotePense eAnote
Q
D
V = velocidade média
Vazão = velocidade média x área
FIGURA 6
V =314 x 4
3,14 x 0,2542 = 6.200 m
hV = 6.200
3.600= 1,72 m
s
Q = V x A = V � D2
4
Q =Vol
t
Q = V.�����.D2
4314 m3
h= V x 3,14 x 0,2542 m2
4
VAZÃO NUMA TUBULAÇÃO
QVazão volumétricaVazão volumétrica é o volume de líquido que passa numa determinada
seção do tubo na unidade de tempo.
A vazão numa tubulação é igual à velocidade média V multiplicada pela
área A.
Uma bomba com vazão de 100m3/h significa que, no seu flange de
descarga (e no de sucção), passam em cada hora 100m3 do líquido.
Sabendo a vazão Q e o diâmetro interno D, podemos determinar a ve-
locidade média de deslocamento do líquido na tubulação.
Qual seria a velocidade do líquido em uma linha de 10"sch 40 (Dint = 0,254m),
sabendo que por ela passa uma vazão de 314m3/h?
Substituindo na fórmula e usando unidades coerentes, teremos:
Como 1h = 3.600s
PROBLEMA 11
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 2929
Pense e AnotePense e Anote
As unidades de vazão mais usadas em bombascentrífugas são: m3/h e gpm (galão por minuto).Para bombas dosadoras, é usual l/min ou l/h. Já nocaso de unidades de processamento, prevalecem3/dia ou barris/dia (bbl/d).
CONVERSÃO DE UNIDADES DE VAZÃO
1m3/h
1m3/d
1 l/h
1 l/min
1 l/s
1 gpm (EUA)
1gpm (Ingl.)
1bbl/dia
l/h
1000
41,67
1
60
3.600
227,1
272,76
6,624
3,666
0,1528
0,00366
0,22
13,2
0,833
1
0,0243
gpm(Ingl.)
4,403
0,1834
0,004403
0,264
15,85
1
1,2
0,0292
gpm(EUA)
0,2778
0,01157
0,000278
0,01667
1
0,06309
0,07577
0,00184
l/s
16,667
0,6944
0,01667
1
60
3,785
4,546
0,1104
l/min
24
1
0,024
1,44
86,4
5,45
6,546
0,159
m3/d
1
0,0417
0,001
0,06
3,6
0,227
0,273
0,00663
m3/h
150,96
6,29
0,151
9,057
543,4
34,286
41,175
1
bbl/dia
TABELA 7
a
a = v2 – v1t2 – t1
=
=
=
=
=
=
=
=
200gpm = 0,227 x 200 = 45,4m3/h0,227m3/h ➜
CONVERSÃO DE UNIDADES DE VAZÃO
a
Conforme calculado, o líquido estaria deslocando-se a 6.200m/h ou a
1,72m/s.
AceleraçãoÉ a variação da velocidade no intervalo de tempo.
bbl = barril.
Qual a vazão de equivalente em m3/h de uma bomba com 200gpm EUA?
Da Tabela 7, temos que 1gpm (EUA) = 0,227m3/h
PROBLEMA 12
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas3030
Pense e Anote
PROBLEMA 13
W = � � � � � N30
rds
onde: W = Velocidade angular
N = Rotações por minuto (rpm)
r = Raio de giro
ACELERAÇÃO CENTRÍFUGA
FIGURA 7
Uma aceleração bastante utilizada é a aceleração dagravidade “g”, decorrente da atração da Terra sobre oscorpos. No nível do mar, esta aceleração é de 9,81m/s2. Nos locaismais altos, o valor de “g” é menor. Esta aceleração é responsávelpelo peso dos corpos, conforme será visto no item sobre força, a seguir.
rN
ac
a = v2 – v1t2 – t1
= 90km/h – 0km/h10s – 0s
= 90km/h10s
= 9 km/hs
= 9.000m/hs
= 9.000m/s3.600s
= 2,5m/ss
= 2,5 ms2
ac = W2. r
ACELERAÇÃO CENTRÍFUGA
Pense e Anote
Qual a aceleração em m/s2 de um carro que leva 10 segundos para ir de 0 a
90km/h?
A aceleração ou variação de velocidade do carro foi de 9km/h para cada
segundo, o que é equivalente a 2,5m/s para cada segundo ou, ainda, a
2,5m/s2.
Ao girar, um corpo fica submetido a um outro tipo de aceleração. É a
denominada “aceleração centrífuga”, expressa pela fórmula:
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 3131
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
w =� � � � � N30
=����� .300
30= 31,4rd/s
ac = w2 x r = 31,42 (rd/s)2 x 0,10m = 98,6m/s2
F
F = m x a
Peso = m x g9,81
F
A aceleração centrífuga varia com o quadrado da rpm e diretamente
com o raio de giro.
Qual a aceleração centrífuga de um corpo girando a 300rpm num raio de
0,10m?
A velocidade angular seria:
A aceleração centrífuga seria:
ForçaForça é o produto da massa pela aceleração:
Quando levantamos um peso ou empurramos um carrinho, estamos
exercendo uma força. Quando subimos em uma balança para pesar, esta-
mos medindo uma força, ou seja, o peso é uma força. Uma bomba centrí-
fuga, que através de seu impelidor impulsiona o líquido, está exercendo
sobre ele uma força. Neste caso, devido ao fato de a força ser aplicada por
meio de um movimento de rotação, ela recebe o nome de força centrífuga.
O peso, como qualquer força, é o produto de uma massa pela acelera-
ção, a qual, neste caso, é a aceleração da gravidade.
Peso = m x g
m = massa
g = aceleração da gravidade
Usando m ➜ kg e g ➜ m/s2, o valor da força (peso) será expresso em N(Newton).
Se utilizarmos um sistema de unidades no qual esta equação seja divi-
dida por uma constante igual a 9,81, teremos:
PROBLEMA 14
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas3232
P = m x g9,81
= m x 9,819,81
= m
w = � � � � � N30
rd/s Fc = m . ac = m . � � � � � N30
. r( )2
Como ➜
FIGURA 8
FORÇA CENTRÍFUGA
Parado Alta rotação
Fc
Fc
Baixa rotação
Como, ao nível do mar, a aceleração da gravidade é de g = 9,81m/s2,
este valor simplificaria o denominador, ficando o peso e a massa expres-
sos pelo mesmo número.
Este sistema é bastante utilizado de-
vido à facilidade da conversão entre
massa e peso. Dizemos, por exemplo,
que a massa de uma peça é de 10kg e
dizemos também que seu peso é de 10kg, o que é uma simplificação, vis-
to que massa e peso são distintos. Como vimos, peso é uma força. Por-
tanto, é o produto da massa pela aceleração. Estes valores seriam iguais
somente ao nível do mar. Num local mais alto, a massa permaneceria com
o mesmo valor, mas o peso seria menor porque a aceleração da gravidade
local seria menor. Para distinguir quando estamos falando de massa ou
de peso, o correto seria dizer que a massa é de 10 quilogramas massa
(10kgm) e o peso é de 10 quilogramas força (kgf) ou 10kg.
A força centrífuga também é o produto de uma massa por uma acele-
ração, só que, neste caso, a aceleração é a centrífuga.
Fc = m x aC = m x w2 x r
m = massa
w = velocidade angular
r = raio de giro
aC = aceleração centrífuga
A força centrífuga varia com o quadrado da rotação (N) e diretamente com
a massa e o raio de giro. Portanto, ao dobrar a rotação, a força centrífuga fica
multiplicada por 4. Se dobrar o raio, a força fica multiplicada por 2.
Pense eAnotePense eAnote
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 3333
TABELA 8
1kgf
1ton f
1N
1 dina
1lbf
kgf
1
1.000
0,102
1,02x10-6
0,454
Ton força
0,001
1
0,000102
1,02x10-9
0,00454
N
9,806
9806
1
0,00001
4,45
dina
980.665
980.665.000
100.000
1
4,45x 105
lbf
2,2
2.204
0,225
2,25x 10-6
1
Fc = m x ac = 0,200 x 98,6 = 19,72N
T
ac = 98,6m/s2r = 0,10mN = 300rpm ➜e
Fc = 19,72N = 19,72 x 0,102 = 2,01kgf1 N = 0,102kgf ➜
=
=
=
=
=
1 2
T = F x dd
F
CONVERSÃO DE UNIDADES DE FORÇA
TFIGURA 9
TRABALHO REALIZADO
No caso da peça mostrada na Figura 8, devido ao fato de a massa ser
articulada, ao aumentarmos a rotação, aumentamos também o raio de
giro. Ambos os efeitos contribuem para o aumento da força centrífuga.
A conversão de unidades de força pode ser tirada da Tabela 8:
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
A que força centrífuga estaria submetida uma massa de 0,200kg, se girasse
a 300rpm e com um raio de 0,10m?
No problema 14, de aceleração, visto anteriormente, calculamos que para
Se usarmos a massa em kg e a aceleração em m/s2, a força será expres-
sa em N.
Da Tabela 8:
Trabalho ou energiaTrabalho é realizado quando
uma força atua sobre uma mas-
sa para fazê-la percorrer deter-
minada distância. A quantidade
de trabalho é definida como
sendo o produto dessa força
por essa distância percorrida.
Para realizar esse trabalho, foi
gasta uma energia. Energia e tra-
balho são equivalentes.
PROBLEMA 15
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas3434
Pense eAnotePense eAnote
TABELA 9
1kgf.m
1J = 1N.m
1kW.h
1BTU
1cal
1lbf.ft
kgf.m
1
0,102
3,67 x 105
108
0,427
0,138
J = N.m
9,8
1
3,6 x 106
1055,06
4,187
1,36
KW.h
2,72 x10-6
2,77 x10-7
1
2,93 x10-4
1,16 x10-6
3,77 x10-7
BTU
0,00929
9,48 x10-4
3.412
1
0,00397
0,001285
cal
2,34
0,239
8,6 x 105
252
1
0,324
lbf.ft
7,23
0,738
2,655x106
778
3,09
1
Tq
TORQUE
FIGURA 10
Raio de giro
d
T = F x d
=
=
=
=
=
=
F →→→→→ N d →→→→→ m T →→→→→ N.m = J (Joule)
F →→→→→ kgf d →→→→→ m T →→→→→ kgf .m➜
➜
e
e
T = F x d
British Thermal UniBritish Thermal UniBritish Thermal UniBritish Thermal UniBritish Thermal Unittttt e cal (caloria) são unidades de calor equivalentes à energia. e cal (caloria) são unidades de calor equivalentes à energia. e cal (caloria) são unidades de calor equivalentes à energia. e cal (caloria) são unidades de calor equivalentes à energia. e cal (caloria) são unidades de calor equivalentes à energia.
TORQUE
CONVERSÃO DE TRABALHO OU ENERGIA
Forçaaplicada
Tq
Se usarmos uma força F para deslocar o bloco da posição 1 para a 2,
percorrendo a distância d, o trabalho realizado será definido como:
A conta que pagamos de energia elétrica em nossas casas é baseada no
consumo de kWh, o que é equivalente ao consumo de uma potência (kW)por um determinado tempo (h), ou seja, é energia mesmo.
TorqueTorque é o produto de uma força pela distância a um eixo de rotação.
Como podemos no-
tar, o torque e o traba-
lho são o produto de
uma força por uma dis-
tância. Embora te-
nham significados dis-
tintos, podem ser ex-
pressos pelas mesmas
unidades.
Para apertar uma
porca com uma chave,
temos de exercer um
torque na porca.
A conversão das unidades de trabalho pode ser retirada da Tabela 9:
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 3535
Pense e AnotePense e Anote
1kgf.m1N.m1lbf.ft
1lbf.in1dina.cm
1kgf.m1
0,102
0,138
0,0115
1,02 x 10-8
1N.m9,8
1
1,356
0,113
1 x 10-7
1lbf. ft7,233
0,738
1
0,0833
7,38 x 10-8
1lbf. in86,8
8,85
12
1
8,85 x 10-7
TABELA 10
PROBLEMA 16
Pot
F →→→→→ kgf d →→→→→ m Tq →→→→→ kgf.m
F →→→→→ N d →→→→→ m Tq →→→→→ N.m
F →→→→→ lbf d →→→→→ ft Tq →→→→→ lbf.ft
➜e
➜e
➜e
1 lbf . ft = 0,138kgf .m 100 lbf . ft = 100 x 0,138 = 13,8kgf .m➜
Pot→→→→→ W (Watt) t →→→→→ sT →→→→→ J = N.m ➜e
=
=
=
=
Pot = Tt
1 dina . cm
9,8 x 107
1 x 107
1 ,36 x 107
1,13 x 106
1
Como Tq = F x d 13,8kgf .m = F x 0,50m➜F = 13,8
0,50= 27,6kgf
CONVERSÃO DE UNIDADES DE TORQUE
Pot
A conversão entre as unidades de torque é fornecida na Tabela 10 a seguir:
Que a força em kgf devemos aplicar a uma chave com 0,50m de compri-
mento para dar um torque recomendado de 100 lbf.ft?
Vamos calcular primeiro qual o torque em kgf.m. Da tabela acima, temos:
Portanto, com uma chave de 0,50m, teríamos de fazer uma força de
27,6kgf para obter o torque de 100 lbf/ft.
PotênciaPotência é o trabalho realizado na unidade de tempo.
Em bombas, é comum expressar a potência em hp ou kW (que é um
múltiplo do W) ou, ainda, em CV.
�����
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas3636
��
Pense e AnotePense e Anote 1W
1kW
1hp
1cv
W = J/s
1
1.000
745,7
735,5
KW
0,001
1
0,7457
0,7355
hp
0,00134
1,341
1
0,986
cv
0,00136
1,36
1,014
1
TABELA 11
PROBLEMA 17
Pot =�. Q. H
274 .�
1kW = 1,341hp 100kW = 100 x 1,341hp = 134,1hp➜
=
=
=
=
����� = massavolume
CONVERSÃO DE UNIDADES DE POTÊNCIA
A conversão entre as unidades de potência é dada por:
Qual a potência equivalente em hp de um motor cuja plaqueta indica
100kW?
Da Tabela 11 de conversão de potência, temos:
A potência consumida por uma bomba é dada por:
Pot = Potência em hp
� = Peso específico em gf/cm3 (igual à densidade)
P = Potência em hp
Q = Vazão em m3/h
H = Altura manométrica total em metros
� = Rendimento (Ex. 70% → usar 0,70)
Massa específicaÉ a relação entre a massa de uma substância e seu volume, ou seja, é a
massa de cada unidade de volume.
Na temperatura ambiente, o mercúrio, usado em manômetros e ter-
mômetros, possui uma massa específica de 13,6g/cm3, ou seja, cada cen-
tímetro cúbico de mercúrio tem uma massa de 13,6g.
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 3737
FIGURA 11
Pens
e e A
note
PROBLEMA 18
2
2
2
Volume = a3 = 23 = 8cm3
massa = 40g
massa específica ����� =massavolume
40g8cm3
= = 5gcm3
MASSA ESPECÍFICA DO CUBO Pens
e e A
note
Qual seria a massa específica de um cubo de 2cm de aresta, sabendo que
sua massa é de 40 gramas?
Quando aquecemos um material, seu volume aumenta com a tempe-
ratura, mas sua massa permanece constante. Logo, se aquecermos um
produto, estaremos aumentando o denominador no cálculo da massa es-
pecífica (volume), mantendo o numerador (massa) constante, o que leva-
ria à redução da massa específica. Quanto maior a temperatura de um
material, menor a sua massa específica.
Por esse motivo, é necessário citar a temperatura a que estamos nos
referindo quando informamos a massa específica de um produto.
A massa de 1cm3 de água na temperatura de 20oC é de 0,998g; logo,
sua massa específica é 0,998g/cm3. É usual adotar o valor de 1g/cm3 na
temperatura ambiente.
No caso de bombas, é mais usual o emprego do peso específico, cuja
definição veremos em seguida, do que da massa específica.
A transformação entre unidades de massa específica pode ser obti-
da por:
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas3838
Pense eAnotePense eAnote 1g/ cm3
1kg/m3
1lb/ft3
1lb/ in3
g/cm3
1
0,001
0,016
27,68
kg/ m3
1.000
1
16,02
27680
lb /ft3
62,43
0,0624
1
1728
lb / in3”
0,0361
3,61 x 10-5
0,0005787
1
TABELA 12
�
5cm
5cm
5cm
FIGURA 12
Volume = 5 x 5 x 5 = 125cm3
Peso = 125gf
Peso específico = pesovolume
125gf125cm
= = 1gf/cm3
=
=
=
=
� = pesovolume
RELAÇÃO ENTRE MASSAS ESPECÍFICAS
PESO ESPECÍFICO
�Peso específicoÉ a relação entre o peso de uma substância e seu volume.
Para determinar o peso específico de qualquer material, basta pesá-lo,
medir seu volume e fazer a divisão.
Calcular o peso específico da água, sabendo que um reservatório comple-
tamente cheio, em forma de cubo, com cada lado medindo internamente 5cm,
apresentou um peso líquido de 125 gramas força (já descontando o peso
do recipiente).
Na temperatura ambiente, o peso específico da água pode ser conside-
rado como de 1gf/cm3.
PROBLEMA 19
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 3939
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
TABELA 13
Água
Aço-carbono
Aço inox AISI 316
Alumínio
Chumbo
Cobre
Mercúrio
Produto
1
7,8
8,02
2,8
11,2
8,94
13,6
Peso específico(gf/cm3)
GLP
Gasolina
Querosene
Diesel
Gasóleo
Óleo lubrificante
Petróleo
Produto
0,5
0,68 a 0,78
0,78 a 0,82
0,82 a 088
0,85 a 0,89
0,86 a 0,94
0,70 a 0,94
Peso específico(gf/cm3)
1gf/cm3
1kgf/m3
1lbf/ft3
1lbf/in3
gf/cm3
1
0,001
0,016
27,68
kgf/m3
1.000
1
16,02
27680
lbf/ft3
62,43
0,0624
1
1728
lbf/in3
0,0361
3,61 x 10-5
5,787x 10-4
1
TABELA 14
PROBLEMA 20
1kgf/m3 = 0,001gf/cm3 ➜
=
=
=
=
2.500kgf/m3 = 2.500 x 0,001gf/cm3 = 2,5gf/cm3
PESOS ESPECÍFICOS
RELAÇÃO ENTRE PESOS ESPECÍFICOS
O peso específico varia com a temperatura, uma vez que o volume
é modificado. Por exemplo, 1cm3 de água a 80oC pesa 0,971gf. A 200oC,
o peso do cm3 de água cai para 0,865gf.
Podemos afirmar então que o peso específico da água a 80oC é de
0,971gf/cm3 e a 200oC é de 0,865gf/cm3.
O peso específico é usado tanto para sólidos como para líquidos. Na
temperatura de 20oC, temos os seguintes pesos específicos:
Analisando a Tabela 13, acima, vemos que o aço-carbono pesa 7,8 ve-
zes mais do que o mesmo volume de água.
Como peso específico é uma relação entre peso e volume, podem ser
usadas outras unidades diferentes de gf/cm3 para sua definição, como kgf/
m3 ou lbf/in3.
A conversão entre as unidades mais usadas para pesos específicos pode
ser obtida por:
Qual o peso específico em gf/cm3 equivalente a 2.500kgf/m3?
Da Tabela 14 de conversão, temos que:
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas4040
Pense eAnotePense eAnote
d = massa específica do produtomassa específica da água
P = FA
Para calcular a densidade de um líquido ousólido, vamos dividir a massa específica desse materialpela da água, que é de aproximadamente 1g/cm3. Daí,podemos dizer que a densidade é numericamente igual àmassa específica quando expressa em g/cm3.Na temperatura ambiente, a densidade também énumericamente igual ao peso específico em gf/cm3.
A densidade da água na temperatura ambiente, comonão poderia deixar de ser, é igual a 1, já que estamosdividindo a massa específica da água por ela mesmo.Na temperatura ambiente, a densidade da gasolina ficaem torno de 0,74 e a do GLP, em torno de 0,5.
DensidadeDensidade de um líquido ou de um sólido é a relação entre a massa espe-
cífica deste material e a da água. Para gases, o padrão de comparação
adotado é o ar.
A norma ISO recomenda que a massa específica da água seja tomada a
20oC. Nessa temperatura, 1cm3 de água tem uma massa ligeiramente me-
nor do que 1 grama (0,998g). Outras fontes adotam outras temperaturas.
No cálculo da densidade, ao usarmos o numerador e o denominador
com as mesmas unidades, por exemplo, g/cm3, elas se cancelam, ficando
a densidade como adimensional, ou seja, expressa por um número sem
dimensão.
PressãoPressão, por definição, é a força dividida pela área em que esta atua.
Estão representados na Figura 13 um prego (com ponta) e um saca-pino
(sem ponta), ambos com o mesmo diâmetro de corpo. Ao bater com o mar-
telo, o prego penetra na madeira. Se batermos com a mesma força no saca-
pino, possivelmente ele só fará uma mossa na madeira. Por que isso ocorre?
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 4141
Pense e AnotePense e Anote
Saca-pino →→→→→ P =F
A
10
0,2= = 50kgf/cm2
Prego →→→→→ P = FA
100,01
= = 1.000kgf/cm2
FIGURA 14
F
Peso = 2.000kg
diâmetro docilindro = 2cm
diâmetro docilindro = 25cm Óleo
Manômetro
1 2
FIGURA 13
PENETRAÇÃO DO PREGO
MACACO HIDRÁULICO
Vamos supor que o martelo, ao bater no prego, exerça uma força de
10kgf e que a área da ponta do prego seja de 0,01cm2 e a do saca-pino, de
0,2cm2. As pressões exercidas na madeira serão:
Vemos que a pressão exercida pelo prego na madeira foi 20 vezes maior
do que a do saca-pino. Por esse motivo, o prego penetrou, enquanto o
saca-pino só deformou a madeira.
Uma aplicação bastante usada de pressão é o macaco hidráulico.
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas4242
Pense e AnotePense e Anote
PROBLEMA 21PROBLEMA 21PROBLEMA 21PROBLEMA 21PROBLEMA 21
Dia. cil. maior = 25cmDia. cil. menor = 2cmPeso = 2.000kgf
Área cil. 2 = � � � � � D2
43,14 x 252
4= = 490,6cm2
Área cil. 1 =� � � � � D2
43,14 x 22
4= = 3,14cm2
F
A
kgf
cm2����� F = P x A = 4,08 x 3,14cm2 = 12,81kgfP =
V = A1 x h1 = A2 x h2
h1h2
= = 156,2A1A2
= 490,63,14
FA
2.000kgf490,6cm2
= = 4,08kgf/cm2P =
➜
Qual seria a pressão de óleo necessária para levantar um carro de 2.000kgf
de peso no macaco hidráulico da Figura 14? Qual seria a força necessária a
ser exercida no pistão menor para gerar esta pressão no óleo? Desprezar a
diferença de pressão devido à coluna de óleo dentro do reservatório.
Dados:
Pressão necessária para levantar o carro:
Para termos uma pressão de 4,08kgf/cm2 no óleo, será necessário apli-
car no pistão menor a força de:
Com o auxílio da pressão, com uma força de apenas 12,81kgf, con-
seguiremos levantar um carro com 2.000kgf. O pistão menor terá de
deslocar-se de 156,2cm para cada centímetro do pistão maior. Pode-
mos calcular esta relação sabendo que o volume deslocado pelos dois
cilindros tem de ser igual.
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 4343
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
FIGURA 15
Peso =1,033kgf
Colunade ar
Pressão x Altitude
Altitude – metros
Pressão – kgf/cm2
Essa pressão, decorrente da coluna de ar, permite que, ao mediruma pressão, tenhamos dois modos de expressá-la:
➜ PRESSÃO ABSOLUTA
Medida a partir da pressão zero absoluto.
➜ PRESSÃO RELATIVA OU MANOMÉTRICA
Medida a partir da pressão atmosférica local.
O valor da pressão absoluta será igual ao valor da pressão atmosféricalocal, somado ao valor da pressão relativa ou manométrica.
Pressão absoluta = Pressão manométrica + Pressão atmosférica local
PRESSÃO ATMOSFÉRICA
Terra
1cm2
A pressão atmosféricaVejamos agora o significado da pressão atmosférica. O ar que envolve nosso
planeta tem um peso. A coluna de ar correspondente a 1cm2 da superfície
da Terra medida ao nível do mar pesa 1,033kgf. Logo, a pressão exercida
por esta coluna será de 1,033kgf/cm2. Este valor é denominado pressão
atmosférica. Quando subimos numa montanha, a coluna de ar fica redu-
zida, o que reduz a pressão atmosférica local. Por exemplo, a 3.000m de
altura, a coluna de ar pesa 0,710kgf, então, a pressão atmosférica nessa
altitude será de 0,71kg/cm2.
A cidade de São Paulo está situada a uma altitude de 700m, possuin-
do, por isso, uma pressão atmosférica em torno de 0,95kgf/cm2.
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas4444
Pense eAnotePense eAnote
P1abs = P1man + Patm 2,5 = P1man + 1,0 P1man = 2,5 – 1,0 = 1,5kg/cm2
0,6 = P2man + 1,0 P2man = 0,6 – 1,0 = – 0,4kg/cm2P2abs = P2man + Patm ➜ ➜
➜ ➜
FIGURA 16
PRESSÃO ABSOLUTA E PRESSÃO RELATIVA (MANOMÉTRICA)
Os manômetros são normalmente calibrados para indicarem pressão
relativa, ou seja, a medição é realizada a partir da pressão atmosférica local.
Daí os valores medidos serem chamados de pressão manométrica ou re-
lativa. Quando a pressão está acima da pressão atmosférica, ela é consi-
derada positiva e, quando abaixo, é negativa. A pressão negativa é chama-
da também de vácuo.
Para obter a pressão zero absoluto teríamos de retirar toda a coluna
de ar existente sobre o corpo.
Na Figura16, representamos uma pressão acima da atmosférica, P1, e
uma outra pressão abaixo da atmosférica, P2. Vamos supor que P1 e P2
estejam sendo medidas num local onde a pressão atmosférica seja de
1,0kgf/cm2. Se a pressão P1 fosse de 2,5kgf/cm2 absoluta, a medida em
valor manométrico seria de 1,5kgf/cm2. Este valor é resultante da com-
posição com a pressão atmosférica local.
Se a pressão P2, abaixo da atmosfera, fosse de 0,6kgf/cm2 absoluta, seria
equivalente a dizer que é de - 0,4kgf/cm2 manométrica. Podemos dizer
também que esta pressão P2 é um vácuo de 0,4kgf/cm2. As pressões ne-
gativas são usualmente expressas em mm de Hg (milímetro de mercúrio).
P abs = P atm + P man
Pressão
P atm(níveldo mar)
1atm
Pressãoatm. local =1kgf/cm2
0 abs
1,033kg/cm2
Pressão manométricaou relativa
Pressão absoluta
+
–
+
P1
P2
P abs = 0,6 kg/cm2
P man = – 0,4kg/cm2P abs = 2,5kg/cm2
P man = 1,5kg/cm2
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 4545
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
Pressão psia = Pressão psig + 14,7
FIGURA 17
Volume = A x HH
Vol = área da base x altura = A x H
A
Pressão absoluta 3,2kgf/cm2 A4,26kgf/cm2 a
Pressão relativa 8,0kgf/cm2 M12,9kgf/cm2 m
PRESSÃO EXERCIDA POR UMA COLUNA DE LÍQUIDO
Para não confundir a pressão manométrica com a absoluta, é comum
adicionar uma letra após a unidade. Usa-se M ou m para pressão mano-
métrica, e A ou a para pressão absoluta. Exemplo:
Em unidades inglesas, a pressão é usualmente medida em psi, que sig-
nifica pound per square inch, ou seja, libra por polegada quadrada. Para
diferenciar, são usados psig e psia. O g vem da palavra gauge, que signi-
fica manômetro, e a é de absolute. Portanto, psig quer dizer pressão ma-
nométrica, e psia é a pressão absoluta. Para transformar a pressão de psig
para psia, no nível do mar, basta somar a pressão atmosférica, que é igual
a 14,7psi:
Vejamos qual seria a pressão exercida na base por uma coluna de líquido.
É fácil notar que o peso do líquido será o responsável pela força exercida.
O volume do líquido contido na coluna é:
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas4646
Pense eAnotePense eAnote
Peso = Vol x peso específico = Vol x � = A . H . �
Força
Área=
Peso
Área=
A .H .�
A
Pressão = � x H
P = H x �10
HHHH
P = � H
FIGURA 18
Pressão =
VASOS COM FORMATOS E ÁREASDE BASE DIFERENTES E COM PRESSÃO IGUAL NA BASE
O peso do líquido da coluna é de:
Como a pressão é a relação entre força (neste caso, entre peso) e área,
temos:
Simplificando o termo A da área que temos no numerador e no deno-
minador, ficamos com:
Esta fórmula expressa em unidades usuais se apresenta da seguinte
forma:
onde:
P = pressão em kg/cm2
H = coluna em metros
� = peso específico em gf/cm3
Notar que, na dedução da fórmula da pressão da coluna de líquido, a
área foi cancelada. Portanto, a “forma” da área não interfere na pressão,
tanto faz ser um círculo, um quadrado ou qualquer outro formato. Não
importa também se a área é pequena ou grande, a pressão será função
apenas da altura da coluna e do peso específico do líquido. Na Figura 18,
a seguir, colocamos diversos formatos de vasos, com diferentes áreas de
base. Se o líquido (mesmo peso específico �) e a altura H forem iguais, as
pressões nas bases serão iguais.
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 4747
Pense e AnotePense e AnotePROBLEMA 22
� (água) = 1gf/cm3
P = � . H10
= 1 x 1010
= 1kgf/cm2M
P =� x H
10=
0,74 x 2010
= 1,48kgf/cm2M
FIGURA 19
� gasolina = 0,74gf/cm3 H = 20me
COLUNA DE HG
Hg
H
Qual seria a pressão se tivéssemos uma coluna de 10 metros de água na
temperatura ambiente?
Peso específico da água na T ambiente:
Altura H da coluna de líquido = 10m. Usando a fórmula preparada para
as unidades usuais, temos:
Para cada 10 metros de altura de coluna de água fria equivale uma pres-
são de 1kgf/cm2. Se calcularmos a pressão para uma coluna de 25 metros
de água, acharemos 2,5kgf/cm2.
Qual seria a pressão no fundo de um vaso com uma coluna de 20m de ga-
solina com densidade de 0,74?
Lembrando que densidade é igual ao peso específico em gf/cm3, temos que:
Qual seria a coluna de mercúrio (� = 13,6kgf/cm3) necessária para obter a
pressão de 1,033kgf/cm2 A (pressão atmosférica ao nível do mar)?
PROBLEMA 23
PROBLEMA 24
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas4848
Pense e AnotePense e Anote
1kgf/cm2
1bar
1psi
1mmHg
1m H2O
1Pa
1kPa
1Mpa
1atm
TABELA 15
H = 10 P�
= 10 x 1,03313,6
= 0,760m = 760mm Hg
P =� x H
10
PROBLEMA 25
FIGURA 20
H = 70 – 20 = 50cm
=
=
=
=
=
=
=
=
=
psi kPaatmm H20mmHgbarKgf/cm2 MPa
14,22
14,5
1
0,01934
1,422
1,45x10-4
0,145
145
14,7
98,07
100
6,895
0,133
9,807
0,001
1
1000
101,3
0,9678
0,9869
0,06805
1,32x10-3
0,09678
9,87x0-6
9,87x10-3
9,869
1
10
10,2
0,7031
0,0136
1
1,02x10-4
0,102
102
10,33
735,6
750,1
51,72
1
73,56
7,50x10-3
7,501
7501
760
0,9807
1
0,06895
1,33x10-3
0,09807
1x10-5
0,01
10
1,013
1
1,02
0,07031
0,00136
0,1
1,02x10-5
0,0102
10,2
1,033
0,09807
0,1
6,89x10-3
0,000133
9,81x10-3
1x10-6
0,001
1
0,1013
CONVERSÃO DA UNIDADE DE PRESSÃO
TUBO EM U
cm H2O
H
80
60
40
20
0
�����
A coluna de um líquido é um método para expressar uma pressão. É
comum usar metros, milímetros ou polegadas de colunas de água ou de
mercúrio para definir essas pressões. Existem manômetros de tubos trans-
parentes que utilizam esse princípio. Esses tubos foram os primeiros
manômetros inventados.
Um tubo em U, contendo água, indica a pressão de descarga de um ventila-
dor, conforme mostra a Figura 20. Qual o valor da pressão reinante?
A pressão no duto é dife-
rença de alturas entre os
dois lados do tubo em U. A
Figura 20 mostra 70 – 20 =
= 50cm de água.
Se quisermos saber o
valor dessa pressão em
outras unidades, basta
usar a Tabela 15 de conver-
são, mostrada anterior-
mente. Para passar para
kgf/cm2, temos:
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 4949
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
100psig = 7,031kgf/cm2 M
1atm = 1,033kgf/cm2 = 10,33m = 760mm Hg = 1,013bar =
= 0,1013MPa = 101,3kPa = 14,7 psi = 29,92in Hg
A ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas –,
seguindo recomendação da ISO, organização
internacional de padronização, definiu como unidade
de pressão no Brasil o Pascal (Pa), admitindo, numa
fase de transição, o uso do bar. Portanto, é bom
começar a ter uma noção da pressão em Pa, já que
com o passar do tempo deverá ser cada vez mais
utilizada. Como o Pascal é uma unidade muito pequena,
os valores usuais de pressão seriam altos. Por isso, são
mais utilizados seus múltiplos MPa (mega Pascal =
1.000.000Pa) e kPa (quilo Pascal = 1.000Pa).
1psi = 0,07031kgf/cm2 100psi = 100 x 0,07031 = 7,031kgf/cm2➜
1m H2O = 0,1kgf/cm2 50cm H2O = 0,50m H2O = 50 x 0,1kgf /cm2 = 0,5kgf/cm2
Da Tabela 15 temos que:
A conversão de Pascal para bar é fácil se memorizarmos que: para pas-
sar de kPa para bar,,,,, basta dividir o valor por 100. Para passar de MPa para
bar,,,,, basta multiplicar por 10.
Qual a pressão em kgf/cm2 correspondente a 100psig?
Da Tabela 15 temos que:
Como a pressão foi dada em psig, a pressão é manométrica:
A pressão atmosférica ao nível do mar pode ser dada por:
Como podemos ver, a pressão atmosférica ao nível do mar equivale a
uma coluna de 10,33m de água.
PROBLEMA 26
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas5050
Pense eAnotePense eAnote
PROBLEMA 27
FIGURA 21
COM AR NO TUBO
COLUNA MÁXIMA DE ÁGUA COM VÁCUO
Pressãoatmosférica1,033kg/cm2A
Pman =–1,033kg/cm2
H máx. = ?
Vácuo
SEM AR NO TUBO
Pman = 0 Pressãoatmosférica1,033kg/cm2A
3
1 2
3
1 2
Qual seria a coluna de água que teríamos num tubo mergulhado em um re-
servatório de água ao nível do mar se retirássemos todo o ar do tubo fa-
zendo um vácuo perfeito?
Inicialmente, vamos colocar o tubo dentro do reservatório com a vál-
vula situada na parte superior aberta para a atmosfera. A água entrará no
tubo, ficando no mesmo nível do reservatório. Como os pontos 1 e 2 es-
tão no mesmo nível, suas pressões P1 e P2 serão sempre iguais e, no caso,
igual à pressão atmosférica local de 1,033kgf/cm2 absoluta ou 0kgf/cm2
manométrica. Vamos conectar a válvula da parte superior do tubo a uma
bomba de vácuo e começar a retirar o ar do interior dele. A pressão no
tubo P3 começará a cair, e a pressão atmosférica forçará a água para o in-
terior do tubo, fazendo seu nível subir. Esta coluna de água compensará a
pressão negativa da parte superior do tubo P3, mantendo sempre a pres-
são no ponto 1 igual à pressão atmosférica local P2.
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 5151
Como podemos notar, para cada líquido, em função do seu pesoespecífico, teremos uma coluna máxima. No caso de querer retirar águade um poço com uma bomba colocada na superfície, ficaremos limitadosà profundidade teórica de 10,33m. Na prática, este valor é bem inferiorpelas seguintes razões:
Uma bomba centrífuga jamais conseguirá fazer um vácuo perfeito.
As bombas possuem necessidade de uma energia mínima na sucção(NPSH disponível – que será visto posteriormente).
Há perdas de carga por atritos, choques e mudanças de direção dolíquido na tubulação de sucção.
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
� ou �
� � � � � 1,033 = 1 x P10
� � � � � H = 10,33mP = � x H10
� � � � � 1,033 =0,75 x H
10� � � � � H =P =
� x H10
= 13,77m10,330,75
� �
Se, por hipótese, conseguíssemos fazer um vácuo absoluto, ou seja, re-
tirar todo o ar do interior do tubo, a pressão absoluta seria igual a zero, ou,
o que é a mesma coisa, a pressão manométrica seria = –1,033kgf/cm2.
Neste caso, a coluna seria:
Esta seria a coluna máxima que poderia ser conseguida para água.
Se, no lugar de água, tivéssemos gasolina (g gasolina
= 0,75gf/cm3), a co-
luna máxima seria:
Por isso, o máximo que se consegue aspirar com uma bomba centrífu-
ga fica em torno de 7 ou 8 metros quando trabalhando com água.
Notar também que os 10,33m ocorreriam ao nível do mar, onde a
pressão atmosférica é maior. Num local de maior altitude, como a pres-
são atmosférica é menor, a coluna seria menor. Esta coluna é também
influenciada pelo peso específico do líquido (�). Quanto menor o �, mai-
or a coluna H de líquido (ver fórmula usada anteriormente).
ViscosidadeA viscosidade pode ser definida como a resistência do fluido ao escoamento.
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas5252
Pense eAnotePense eAnote
FIGURA 22
ÁguaÓleo
1Poise
1cP (centipoise)
1Pa.s
1 lbm/ft.s
1
0,01
10
14,88
100
1
1.000
1488
0,1
0,001
1
1,488
0,0672
0,000672
0,672
1
TABELA 16
=
=
=
=
1cP = 0,01poise
Poise cP Pa.s lbm / ft.s
DIFERENÇAS DE VISCOSIDADES
CONVERSÃO DE VISCOSIDADES DINÂMICAS
Suponhamos dois vasilhames, um com óleo de massa específica igual
à da água, porém mais viscoso, e outro com água. Ao tentar girar uma pá
para movimentar os líquidos, notaríamos uma resistência maior no óleo
do que na água. Isso é devido à maior viscosidade do óleo, comparada
com a da água.
Existem dois modos de expressar a viscosidade: dinâmica (�) e cine-
mática (((((�).).).).).
A viscosidade dinâmica (�) é a propriedade do líquido que expressa
sua resistência ao deslocamento de suas camadas.
Quanto maior a viscosidade dinâmica, maior a resistência ao desloca-
mento.
A principal unidade para medir viscosidade dinâmica é o poise (pronun-
cia-se “poase”). Normalmente, é usado um submúltiplo 100 vezes menor,
o centipoise (cP).
A viscosidade de um líquido varia inversamente com a temperatura.
Quanto maior a temperatura, menor a viscosidade.
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 5353
Pense e AnotePense e Anote
� =�
�
1cSt = 0,01St = 1mm2/s1St = 1cm2/s
TABELA 17
31
35
40
50
60
70
80
90
100
150
200
250
300
400
500
600
700
800
900
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
10.000
SSU – segundossaybolt universal
–
–
–
–
–
12,95
13,70
14,44
15,24
19,30
23,5
28,0
32,5
41,9
51,6
61,4
71,1
81,0
91,0
100,7
200
300
400
500
1.000
SSF – segundossaybolt furol
1
2,56
4,30
7,40
10,3
13,1
15,7
18,2
20,6
32,1
43,2
54,0
65,0
87,60
110
132
154
176
198
220
440
660
880
1.100
2.200
cStcentistokes
1,00
1,16
1,31
1,58
1,88
2,17
2,45
2,73
3,02
4,48
5,92
7,35
8,79
11,70
14,60
17,50
20,45
23,35
26,30
29,20
58,40
87,60
117,0
146
292
Graus Engler
CONVERSÃO DE VISCOSIDADES CINEMÁTICAS
A viscosidade cinemática (�) é a relação entre a viscosidade dinâmica
(�) e a massa específica (�).
As unidades mais usadas são: stoke (St); centistoke (cSt); e SSU:
Na lubrificação das bombas da Petrobras é comum utilizar o óleo Mar-
brax TR-68, que possui uma viscosidade de 63,9cST a 40o e de 8,64cST a
100oC.
A conversão pode ser feita por:
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas5454
Pense e AnotePense e Anote
PROBLEMA 28
� (cSt) = � (cP)densidade
= 9000,9
= 1.000
FIGURA 23
� (cSt) =� (cP)
� (g/cm3)=
� (cP)densidade
PRESSÃO DE VAPOR
Fase vapor
Fase líquida
Manômetro
Termômetro
A viscosidade cinemática é bem mais utilizada no estudo de bombas
do que a dinâmica.
Podemos converter a viscosidade dinâmica em centistokes para visco-
sidade cinemática em centipoise, usando a fórmula:
Qual seria a viscosidade em centistokes de um óleo cuja densidade é de 0,9
e a viscosidade dinâmica de 900cP?
Pressão de vaporPara cada temperatura de um líquido, existirá uma pressão na qual tere-
mos um equilíbrio entre as fases vapor e líquida. Então, dizemos que o
líquido se encontra saturado. À pressão exercida nas paredes do recipi-
ente pela fase vapor denominamos pressão do vapor deste líquido para
esta temperatura.
Suponhamos um vaso com um líquido volátil, como GLP ou gasolina.
A pressão de vapor é a pressão medida na fase gasosa e é expressa em
valores de pressão absoluta. A pressão de vapor aumenta com o aumento
de temperatura.
Pv = Pman + Patm
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 5555
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
FIGURA 24
Líquido Curva dapressãode vapor
Temperatura (oC)
PV1
T1
Vapor
Temperatura (oC)
Pressãoabsoluta
FIGURA 25
Pressão absoluta (bar)
1. Acetona2. Álcool etílico3. Ácido fórmico4. Amônia5. Anilina6. Etano7.
8. Etileno9. Etileno glicol10. Gasolina11. Benzeno12. Clorobenzeno13. Dietil-éter14. Difenil
15. Downtherm A16. Ácido Acético17. Glicerina18. Isobutano19. Hexano20. Querosene21. Álcool metílico
22. Naftaleno23. Propano24. Propileno25. Tolueno26. Água
CURVA DA PRESSÃO DE VAPOR
PRESSÃO DE VAPOR EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA
Para uma dada temperatura T1, se a pressão do fluido for superior à
pressão de vapor PV1, o fluido estará na fase líquida. Se a pressão for infe-
rior, estará na fase vapor.
Para uma pressão de vapor PV1, se a temperatura for inferior a T1, o flui-
do estará na fase líquida. Se a temperatura for maior, estará na fase vapor.
A pressão de vapor é sempre expressa em valores absolutos como, por
exemplo, 4,6kg/cm2A.
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas5656
Pense eAnotePense eAnote
PROBLEMA 29
�
� =Energia cedida
Energia recebida
�
Qual a pressão de vapor do propano na temperatura de 60oC?
Na Figura 25, o propano corresponde à linha 23. Entrando no eixo de tem-
peratura com 60oC e seguindo até a linha 23, temos 20barA.
Ao nível do mar, se colocarmos uma panela aberta com água no fo-
gão e começarmos a aquecê-la, a pressão de vapor subirá com a tempe-
ratura da água até atingir a pressão reinante no ambiente que, nesse caso,
é a pressão atmosférica (1,033kgf/cm2A). Nesse momento, a água come-
çará a vaporizar (ferver). Nessa pressão, a temperatura da água será de
100oC. A temperatura não ultrapassará esse valor por mais que aumen-
temos a chama do fogão. Isso porque a pressão que está reinando sobre
a panela, no caso, a pressão atmosférica, não se modificará. Caso quei-
ramos cozinhar mais rapidamente o alimento, teremos de aumentar a
temperatura da água, e isso só será possível se aumentarmos a pressão
no interior da panela, ou seja, fazendo com que a pressão de vapor au-
mente. Este é o princípio da panela de pressão, a qual possui uma válvu-
la de segurança, que só permite o escape dos vapores da água após atin-
gir uma certa pressão.
Para cozinhar com água a 150ºC, a pressão da panela teria de ser de
aproximadamente 5barA (ver valor aproximado na Figura 25 – curva 26 –
o valor correto é de 4,76barA), ou seja, cerca de 4barM. Para cozinhar com
200oC, seria necessário 15,55barA. Essas pressões correspondem às pres-
sões de vapor da água para as temperaturas citadas.
Alguns líquidos, como o propano, possuem a pressão de vapor na tem-
peratura ambiente superior à pressão atmosférica. Por isso, se colocarmos
propano num vaso aberto, ele irá vaporizar-se.
Quando estamos bombeando, precisamos que o líquido esteja sem-
pre numa pressão acima da pressão de vapor para evitar que haja vapori-
zação no interior da bomba, fenômeno que é conhecido como cavitação e
que veremos com mais detalhes na parte em que falaremos de bombas.
RendimentoRendimento de uma máquina é a relação entre as energias recebidas e
cedidas por essa máquina. No caso de uma bomba, a energia é recebida
através do eixo de acionamento. A energia é cedida ao líquido pelo impe-
lidor, sob a forma de pressão e de velocidade.
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 5757
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
PROBLEMA 30
1
Vazão na seção 2 = v2 x A2Vazão na seção 1 = v1 x A1
v1 x A1 = v2 x A2
FIGURA 26
2
Q1
Q1 = Q2 = V1 x A1 = V2 x A2
v1 = v2 xA2
A1
v1 = v2 xD2
D1( )
2
a
ESCOAMENTO DE UM LÍQUIDO NUMA TUBULAÇÃO
Q2
Qual seria o rendimento de uma bomba cujo motor entrega 40hp no eixo e a
bomba cede ao líquido 20hp?
Nesse caso, a bomba estaria transformando em calor, por atrito e por
outras ineficiências, metade da energia recebida.
Equação da continuidadeConsiderando um fluido como incompressível, pelo esquema da Figura
26, podemos afirmar que, desde que não tenhamos nenhuma saída ou
entrada de líquido entre as seções 1 e 2, a vazão Q1 na seção 1 é igual à
vazão Q2 na seção 2.
Como a vazão é o produto da velocidade pela área, teremos:
Como as vazões são iguais nas duas seções, teremos:
= 0,50 ou 50%2040
Energia cedidaEnergia recebida� = =
![Page 58: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/58.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas5858
Pense eAnotePense eAnote
Área interna do tubo 4"shd 40’→→→→→ A2 = 82,1cm2
6"sch 40’→→→→→ A1= 186,4cm2
v1 = v2 xA2
A1
= 3 x82,1
186,4= 1,32m/s
onde:
v1 = Velocidade média de escoamento na seção 1.
v2 = Velocidade média de escoamento na seção 2.
D1 = Diâmetro interno da tubulação na seção 1.
D2 = Diâmetro interno da tubulação na seção 2.
Dobrando a área de uma seção da tubulação,
a velocidade média cairá para a metade. Se do-
brarmos o diâmetro, a área aumenta quatro ve-
zes e a velocidade média cairá para 1/4.
Temos uma velocidade média de escoamento de 3m/s numa tubulação de
4"sch 40. Qual será a velocidade de escoamento num outro trecho da linha
com tubo de 6"sch 40?
Da tabela de tubos (ver Tabela 18) tiramos:
Teorema de BernouilleUm fluido escoando numa tubulação possui três formas de energia:
Energia potencial ou de altura.
Energia de pressão.
Energia de velocidade ou cinética.
A energia potencial é a que temos quando o líquido se encontra a uma
determinada altura, como nos casos de barragens de usinas hidrelétricas.
A água, ao escoar da cota em que se encontra até as turbinas hidráulicas,
localizadas num nível mais baixo, tem capacidade de acionar uma turbi-
na acoplada a um gerador de eletricidade. Essa capacidade é chamada de
energia potencial. Para uma mesma massa, quanto maior a altura, maior
a energia contida.
A energia sob a forma de pressão é a que, por exemplo, permite a
realização de um trabalho como o deslocamento de um pistão numa
prensa hidráulica. Outro exemplo é o de um macaco hidráulico que
levanta um peso.
PROBLEMA 31
A área varia com oquadrado do diâmetro
área = 4� D2
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 5959
Pense e AnotePense e Anote
FIGURA 27
E1 =P1
�+
V12
2g+ Z1 E2 =
P2
�+
V22
2g+ Z2
P1
�+
V12
2g+ Z1 =
P2
�+
V22
2g+ Z2 = constante Teorema de Bernouille
P�
= Energia de pressão
V2
2g= Energia de velocidade
Z = Energia potencial
TEOREMA DE BERNOUILLE
Seção 2
V2
V1
Z1
Z2Seção 1
Linha de referência
A energia de velocidade, também chamada de energia cinética, é a
decorrente da velocidade de escoamento. Um exemplo de uso da energia
cinética são os geradores eólicos (movidos pelo vento).
As energias no ponto 1 e no ponto 2 da tubulação mostrada no esque-
ma acima, expressas em dimensões de coluna de líquido, seriam:
Pelo princípio de conservação de energia, no qual afirmamos que ener-
gia não se perde nem se cria, apenas se transforma, a energia no ponto 1
é igual à energia no ponto 2. Temos então que:
Onde os termos representam:
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas6060
Pense e AnotePense e AnoteE1 = E2 + perdas de carga
P1
�+
V12
2g+ Z1 =
P2
�+
V22
2g+ Z2 + perdas
FIGURA 28
V1
Z2
P2 – P1
�+Energia cedida pela bomba = E2 – E1 =
V22 – V1
2
2g+ Z2 – Z1
V2
P1
P2
Z1
Linha de referência
E2 – E1 = Energia cedida pela bomba
ENERGIA CEDIDA PELA BOMBA
A equação anterior é válida apenas teoricamente, já que, na prática,
temos algumas perdas de energia entre os pontos 1 e 2 decorrentes de
atritos, choques etc., ficando a equação como:
Essas perdas recebem o nome de perda de carga entre o ponto 1 e o
ponto 2.
Pela equação anterior, também podemos calcular a energia fornecida
por uma bomba para uma determinada vazão. No caso da bomba, não
temos perda, mas ganho de energia. Medindo a energia no flange de des-
carga (E2) e no flange de sucção (E1) da bomba, a diferença entre essas
energias é a fornecida pela bomba para aquela vazão.
Quando tratarmos das curvas características das bombas centrífugas,
voltaremos a este assunto.
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 6161
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
TABELA 18
½”
¾”
1"
2"
3"
4"
6"
8"
10"
12"
14"
16"
18"
20"
24"
Diâm.Nominal
2,773,734,757,472,873,915,547,822,873,916,359,093,915,548,71
11,075,487,6211,115,26,028,5613,517,17,11
10,9718,221,98,1812,722,223,09,2712,715,128,69,5210,312,717,49,5211,112,719,09,5212,721,49,5212,714,323,89,5212,715,126,29,5212,717,430,9
Espessura(mm)
21
27
33
60
89
114
168
219
273
324
356
406
457
508
610
Diâm.ext. (mm)
StdXS–
XXSStdXS–
XXSStdXS–
XXSStdXS–
XXSStdXS–
XXSStdXS–
XXSStdXS–
XXSStdXS
XXS–
StdXS––
Std–
XS–
Std–
XS–
StdXS–
StdXS––
StdXS––
StdXS––
Padrões
4080
160–
4080
160–
4080
160–
4080
160–
4080
160–
4080
160–
4080
160–
4080
–160
406080
160–
40–
803040
–80304080
––
40802030408020
–4080
40S80S
––
40S80S
––
40S80S
––
40S80S
––
40S80S
––
40S80S
––
40S80S
––
40S80S
––
40S80S
––
40S–
80S––––––––––––––––––––
15,813,811,8
6,420,918,815,611,026,624,320,715,252,549,242,938,277,973,666,758,4
102,397,287,380,1154
146,3131,8124,4202,2193,7174,6173,1254,5247,6242,9215,9304,8303,2298,4288,9336,5333,4330,2317,5387,3351,0363,6438,1431,8428,6409,6488,9482,6477,9455,6590,5584,2574,7547,7
Diâm.int. (mm)
1,961,511,100,323,442,791,910,955,574,643,371,8221,719,014,411,447,742,634,926,882,174,259,950,3
186,4168,2136,4121,5321,1294,6239,4235,5509,1481,9463,2365,8729,6722,0655,5699,4889,7872,9856,2791,7
1.178,11.140,11038,11.507,81.464,31.443,3
1.3017,51.877,51.829,11.793,61.630,42742,12677,62593,72355,0
Áreaint. cm2
0,421,621,942,551,682,192,883,632,503,234,235,445,447,47
11,0813,4411,2815,2521,3127,6516,0622,2933,4940,9828,2342,5167,4179,1042,4864,56107,8111,160,2381,4595,72172,173,7479,6597,34131,7
81,294,29107,3157,993,12123,2203,0105,0139,0155,9254,1116,9154,9182,9310,8140,8186,7254,7440,9
Pesokgf/m
DADOS SOBRE TUBOS
Tabela de tubos
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas6262
Pense eAnotePense eAnote
TABELA 19
� Zeta
TABELA 20
Prefixo
exa
peta
tera
giga
mega
quilo
hecto
deca
Múltiplo
1018
1015
1012
109
106
103
102
10
Símbolo
E
P
T
G
M
k
H
da
Nome
quintilhão
quadrilhão
trilhão
bilhão
milhão
mil
cem
dez
Múltiplo
10-18
10-15
10-12
10-9
10-6
10-3
10-2
10-1
Prefixo
atto
femto
pico
nano
micro
mili
centi
deci
Símbolo
a
f
p
n
�
m
c
d
Nome
quintilionésimo
quadrilionésimo
trilionésimo
bilionésimo
milionésimo
milésimo
centésimo
décimo
�m = 10-6m = micrometro = milionésimo do metro
LETRAS GREGAS
PREFIXOS
Letras gregasRelação das letras gregas maiúsculas e minúsculas.
Prefixos
Exemplos:
cm = centímetro = 10-2m = centésimo do metro
ml = mililitro = 10-3 litro = milésimo de litro
kg = quilograma = 103 gramas = mil gramas
MW = megawatt = 106 Watt = milhões de Watt
Gb = gigabite = 109 bites = bilhão de bites
� Épsilon� Delta� � Gama� � Beta� � Alfa
� � Mi� � Lambda� � Kapa� � Iota� � Teta� � Eta
� � Sigma� � Rô! � Pi" # Ômicron$ % Csi& � Ni
' ( Ômega)* Psi$+ Qui, - ( Fi. � Ípsilon/ 0 Tau
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 6363
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
ResumoResumo
ÁREA DE FIGURAS GEOMÉTRICASÁREA DE FIGURAS GEOMÉTRICASÁREA DE FIGURAS GEOMÉTRICASÁREA DE FIGURAS GEOMÉTRICASÁREA DE FIGURAS GEOMÉTRICAS
Lado ao quadrado
Base x Altura
Base x Altura
Base média x Altura
Quadrado
Retângulo
Paralelogramo
Trapézio
A = a2
A = b . h
A = b . h
h . (b1 + b2)
VOLUME DOS SÓLIDOSVOLUME DOS SÓLIDOSVOLUME DOS SÓLIDOSVOLUME DOS SÓLIDOSVOLUME DOS SÓLIDOS
Lado ao cubo
Largura x Profundidade x Altura
Área da base x Altura
Área da base x Altura sobre 3
Cubo
Paralelepípedo
Cilindro
Cone
V = a3
V = a . b . h
V = B . h = � . r2 . h
V = B . h = � . r2 . h
VELOCIDADE LINEARVELOCIDADE LINEARVELOCIDADE LINEARVELOCIDADE LINEARVELOCIDADE LINEAR
Distância percorrida sobre tempov = Dt
VELOCIDADE ANGULARVELOCIDADE ANGULARVELOCIDADE ANGULARVELOCIDADE ANGULARVELOCIDADE ANGULAR
Pi x rpm sobre 30w = 2� N60
=� N30
rd/s
VVVVVAZÃOAZÃOAZÃOAZÃOAZÃO
Volume sobre tempoQ = Volt
= v x A =v.� . r2
30
ACELERAÇÃOACELERAÇÃOACELERAÇÃOACELERAÇÃOACELERAÇÃO
Variação da velocidade no tempoa =v2 – v1
t2 – t1
FORÇAFORÇAFORÇAFORÇAFORÇA
Massa x AceleraçãoF = m x a Peso = m x g
2
Triângulo
Círculo
(b . h)2
Base x Altura sobre 2
A = � . r2 = � . D2
4Pi x Raio ao quadrado
3 3
Esfera V = 4 . � . r3
3Quatro terços de Pi x Raio ao cubo
A =
A =
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas6464
Pense eAnotePense eAnote
ResumoResumo
t
É a relação entre as energiascedida e a recebida� = Energia cedida
Energia recebida
RENDIMENTORENDIMENTORENDIMENTORENDIMENTORENDIMENTO
Viscosidade cinemática é aviscosidade dinâmica divididapela densidade
� (cSt) = � (Cp)Densidade
VISCOSIDADE DINÂMICA VISCOSIDADE DINÂMICA VISCOSIDADE DINÂMICA VISCOSIDADE DINÂMICA VISCOSIDADE DINÂMICA � E CINEMÁTICA E CINEMÁTICA E CINEMÁTICA E CINEMÁTICA E CINEMÁTICA �
PRESSÃOPRESSÃOPRESSÃOPRESSÃOPRESSÃO
Força sobre área ou pesoespecífico x Altura sobre 10P = F
AP = � x H
10
p/ P em kgf/cm2 � em gf/cm3 →→→→→ H = m
DENSIDADEDENSIDADEDENSIDADEDENSIDADEDENSIDADE
Relação entre massa específicado líquido e da águad =
Massa específica do produtoMassa específica da água
PESO ESPECÍFICOPESO ESPECÍFICOPESO ESPECÍFICOPESO ESPECÍFICOPESO ESPECÍFICO
Peso sobre o volume� =MassaVolume
MASSA ESPECÍFICAMASSA ESPECÍFICAMASSA ESPECÍFICAMASSA ESPECÍFICAMASSA ESPECÍFICA
Massa sobre o volume� =MassaVolume
POTÊNCIAPOTÊNCIAPOTÊNCIAPOTÊNCIAPOTÊNCIA
Trabalho sobre tempoPot = T
TORQUETORQUETORQUETORQUETORQUE
Força x Raio de giroT = F x d
TRABALHOTRABALHOTRABALHOTRABALHOTRABALHO
Força x DistânciaT = F x d
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 6565
Pense e AnotePense e Anote
ResumoResumo
Velocidade da seção 1 igual à velocidadeda seção 2 x Relação entre as áreas 2 e 1ou multiplicada pelas relações entre osquadrados dos diâmetros 2 e 1
V1 = V2 xA2
A1
EQUEQUEQUEQUEQUAÇÃO DAÇÃO DAÇÃO DAÇÃO DAÇÃO DA COA COA COA COA CONTINUIDNTINUIDNTINUIDNTINUIDNTINUIDADEADEADEADEADE
D2
D1( )
2
ou
V1 = V2 x
P1
�
TEOREMA DE BERNOUILLETEOREMA DE BERNOUILLETEOREMA DE BERNOUILLETEOREMA DE BERNOUILLETEOREMA DE BERNOUILLE
+V1
2
2g+ Z1 =
P2
�+
V22
2g+ Z2 + perdas
Pressão sobre peso específico +Velocidade ao quadrado sobre 2 xAceleração da gravidade + Altura domanômetro na seção 1 igual à daseção 2 + Perdas
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 6767
ombas são máquinas destinadas à transferência de líquidos de um
ponto para outro. Para realizar essa movimentação, as bombas cedem ener-
gia ao líquido sob a forma de pressão e de velocidade, sendo a forma de
pressão a predominante.
É importante conhecer o funcionamento de um equipamento para que
possamos realizar manutenção adequada. Esse conhecimento facilita a
identificação de falhas e o modo de saná-las. O presente trabalho visa dar
este conhecimento.
BB
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
Bombas
Na indústria em geral, o acionamento das bombas é realizado, princi-
palmente, por motores elétricos. Essa preferência é devido ao fato de os
custos de aquisição e de operação serem inferiores aos das turbinas e dos
Os fabricantes disponibilizam uma
grande variedade de bombas, que podem sergrupadas em duas famílias principais, cada uma
delas com características que serão objeto deapreciação ao longo desse trabalho:
➜ Bombas dinâmicas ou turbobombas.
➜ Bombas de deslocamento positivo ouvolumétricas.
Para funcionar, a bomba necessita receberenergia de um acionador. Os principais
acionadores usados nas bombas são:
➜ Motores elétricos.
➜ Turbinas a vapor.
➜ Motores de combustão interna.
Bombas
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas6868
Pense eAnotePense eAnote
motores de combustão interna. Os motores elétricos possuem rendimento
na casa dos 90% contra cerca de 30% dos dois outros acionadores citados.
Durante muito tempo, as turbinas possuíram uma vantagem sobre os
motores elétricos, a saber, a possibilidade de variar a rotação. Hoje em
dia, com o barateamento dos variadores de freqüência, é cada vez mais
comum utilizar motores elétricos com rotação variável no acionamento
de bombas.
Os motores de combustão interna são pouco utilizados em refinari-
as, ficando seu uso restrito a casos excepcionais de segurança, como
bombas reservas de água contra incêndios ou de produtos que, ao es-
coarem através de oleodutos, são passíveis de endurecimento caso cesse
o bombeamento. Se não dispusermos de vapor nas instalações, isso é
outro motivo que poderá levar à utilização de tal alternativa de acio-
namento. Esses motores, quando empregados, são geralmente movi-
dos a óleo diesel.
Além deles, existem algumas bombas alternativas que são acionadas
por meio de cilindros a vapor. Em unidades novas, essa aplicação está fi-
cando cada vez mais rara.
Os motores pneumáticos, devido a sua baixa confiabilidade e ao seu
alto custo operacional, não são utilizados em bombas de processo. São
aplicados, principalmente, como acionadores de bombas portáteis de
abastecimento de óleo lubrificante a partir de tambores. Sua vantagem é
a de não causar riscos de explosão e de serem facilmente acionáveis devi-
do à grande disponibilidade de pontos de alimentação de ar comprimido
existentes nas unidades.
Nos locais em que a falha da bomba possa ocasionar problema de se-
gurança ou prejuízos elevados, é usual a adoção de bomba reserva de
modo a não interromper o funcionamento da unidade.
Visando aumentar a segurança operacional, é comum adotar duas fon-
tes distintas de alimentação para os acionadores, reduzindo assim a pos-
sibilidade de parada do sistema para o qual a bomba trabalha.
Quando ambas, a bomba principal e a reserva, são acionadas por mo-
tor elétrico, é comum a utilização de alimentadores elétricos (feeders) di-
ferentes para cada uma delas. É comum também ter a bomba principal
acionada por motor elétrico e a reserva por turbina a vapor, ou o contrá-
rio. A vantagem em ter o motor como reserva é a sua elevada aceleração,
que faz com que a bomba entre em operação rapidamente, caso tenha-
mos uma falha do equipamento principal. Já a desvantagem é que, ao usar
a turbina a vapor como principal, aumentamos o custo operacional devi-
do ao fato de seu rendimento ser menor. O sistema de partida automáti-
co do motor elétrico é mais simples do que o da turbina. De modo geral,
o fornecimento do vapor é mais confiável do que a energia elétrica. A es-
colha do tipo de acionador principal deverá levar em conta esses fatores.
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 6969
Com o intuito de aumentar a flexibilidade operacional, o que permite
variar significativamente a vazão, algumas instalações adotam diversas
bombas operando em paralelo; nesses casos, fica uma delas como reser-
va. Caso venha a falhar mais de uma bomba simultaneamente, o sistema
ainda continuará sendo atendido, só que com uma vazão menor.
Pense e AnotePense e Anote
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 7171
o chegar ao almoxarifado, vinda do fabricante, uma bomba nova
deve ser submetida a uma inspeção de recebimento.
Embora a maioria das bombas adquiridas pela Petrobras seja ins-
pecionada durante sua fase de fabricação e de testes, podem ocorrer
danos entre a saída da fábrica e a chegada ao almoxarifado da refina-
ria usuária.
Normalmente, as bombas são embaladas pelo fabricante em caixotes
de madeira fechados por placas de compensado, ou em caixotes com ri-
pas de madeira pregadas, do tipo engradado.
No ato do recebimento, o primeiro passo é ler a pasta que contém a
documentação de compra (pasta do PCM) para saber que itens deveriam
ser fornecidos juntamente com a bomba.
A inspeção de recebimento deve constar no mínimo de:
1. Verificação do estado do caixote de madeira. Caso ele tenha sido mal
manuseado, como, por exemplo, ter caído durante o transporte, pro-
vavelmente a parte de madeira deverá estar danificada. Havendo da-
nos, a inspeção deverá ser mais detalhada.
2. Caso a bomba tenha vindo num caixote fechado, abri-lo para verificar
sua plaqueta de identificação e a do acionador para assegurar-se de que
a bomba é mesmo a encomendada.
3. Análise dos estados da base metálica; da bomba; do acionador; do aco-
plamento e da sua proteção; das linhas de refrigeração e de selagem;
do sistema de lubrificação e dos parafusos de nivelamento.
4. Verificação dos sobressalentes encomendados: se foram fornecidos com
as especificações e as quantidades corretas.
5. Conferência da documentação, tal como manuais e desenhos: se vie-
ram junto com a bomba (em alguns casos eles são fornecidos com an-
tecedência e, em outros, somente após a entrega). Verificar se a docu-
mentação está de acordo com a quantidade solicitada. O manual da
bomba deve conter no mínimo:
• Folhas de dados da bomba e do acionador (se este último fizer parte
do fornecimento).
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
Recebimentoda bomba
Recebimentoda bomba
AA
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas7272
Pense eAnotePense eAnote
• Dados dos testes efetuados na fábrica (desempenho, vibração,
NPSH etc.).
• Instruções de manutenção e de operação da bomba.
• Desenho de corte da bomba com todos os itens identificados.
• Lista das peças relacionadas no desenho de corte da bomba com as
referências comerciais, os materiais de fabricação e as quantidades
empregadas na bomba.
• Desenho do conjunto da bomba, mostrando a base, a bomba, seu
acionador, acoplamento e as respectivas cotas.
• Desenho da selagem. No caso do uso de selo mecânico, devem cons-
tar: plano de selagem; corte do selo; lista de peças com identifica-
ção das referências comerciais; material de fabricação e quantida-
de empregada. Caso a selagem seja feita por meio de gaxetas, de-
verá ter a especificação do tipo, do tamanho e do número de anéis
utilizados, além de um corte da caixa de selagem, mostrando o po-
sicionamento das gaxetas em relação ao anel de distribuição (anel
de lanterna).
• Desenhos de corte do acionador, com lista de peças, referências co-
merciais e materiais e quantidades utilizadas.
6. Descrição da preservação realizada pelo fabricante da bomba.
7. Verificação de todas as suas entradas (flanges, furos que comunicam
com o interior da carcaça, caixa de mancais e de selagem): se estão pro-
tegidas para evitar a entrada de umidade e de objetos estranhos.
Estando tudo correto, pode ser dado o aceite da bomba no pedido de
verificação de material.
ResumoResumo
Na inspeção de recebimento de uma bomba, deve-se verificar:
Se ocorreram danos durante o transporte.
Se a documentação da bomba e de seus componentes foifornecida.
Se os bocais e os furos roscados estão protegidos.
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 7373
té a partida efetiva, ou seja, durante o período em que permane-
cer estocada e mesmo após ser montada na base, um plano de preserva-
ção deve ser obedecido. É usual o fabricante fazer alguns pontos de pre-
servação na fábrica, o que costuma ser eficaz para um período de 6 me-
ses, findos os quais eles devem ser renovados.
Um dos principais cuidados que devemos ter é o de impedir a queda
de algum objeto no interior da bomba. Para tal, os flanges devem ser pro-
tegidos com uma tampa plástica ou uma chapa metálica com junta. Esse
material só deve ser retirado na fase de colocação das tubulações. As aber-
turas roscadas devem todas ser protegidas com um plugue (bujão) rosca-
do de plástico ou metálico.
Bombas que vão ser lubrificadas por sistema de névoa podem ser pre-
servadas por esse sistema. Nesse caso, deve ser feita uma linha adicional
para a carcaça da bomba. Logicamente, para tal preservação, o sistema de
geração de névoa terá de ser instalado com antecedência.
Caso não exista o sistema de névoa, passado o período de preservação
recomendado pelo fabricante, a bomba deve ser cheia com um líquido de
proteção adequado, devendo ser girada algumas voltas e drenada. Esse
líquido costuma ser um óleo com alto teor de antioxidante.
Recomenda-se colocar na caixa de mancais o mesmo óleo de preserva-
ção. Na falta deste, usar um óleo tipo turbina, por exemplo, Marbrax 68,
com nível até a parte inferior do eixo. Em seguida, girar manualmente al-
gumas voltas. O copo nivelador deve ser retirado e guardado num local
seguro até pouco antes da partida da bomba. Na sua furação, colocar um
plugue roscado.
Evitar que o peso da parte rotativa recaia sempre sobre o mesmo ponto
do rolamento, ocasionando a corrosão localizada e o desgaste (brinnelling).
Para evitar que isso ocorra, girar periodicamente o eixo da bomba e do aci-
onador (de 15 em 15 dias é um bom prazo) no sentido indicado pela pla-
queta de rotação, de 1 volta + 1/4 de volta. Para essa operação de giro, se
não for possível fazê-lo com a mão, usar uma chave de cinta no acoplamen-
to ou no eixo. Não utilizar chave de grifo para não danificar nem o eixo,
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
Preservação
AA
Preservação
![Page 72: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/72.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas7474
Pense eAnotePense eAnote
nem o acoplamento. Fazer uma marca com tinta ou marcatudo no acopla-
mento para acompanhar a posição de parada do eixo.
As superfícies usinadas da base metálica que ficarem expostas, como a
região de apoio do acionador e da bomba, devem ser preservadas com
graxa ou parafina para evitar sua oxidação.
O óleo colocado na caixa de mancais deve ser trocado a cada 6 meses
se o ambiente for medianamente agressivo como, por exemplo, regiões
próximas ao mar ou de elevada umidade.
ResumoResumo
A preservação deve ser renovada a cada 6 meses.
Girar o eixo da bomba a cada 15 dias de 1+1/4 de volta nosentido da rotação.
![Page 73: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/73.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 7575
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
Instalação eteste de partida
Instalação eteste de partida
EEnganos cometidos nesta etapa ocasionam problemas futuros difí-
ceis de serem reparados. Podemos dividir esta fase em três outras, enu-
meradas a seguir:
1. Nivelamento/grauteamento.
2. Conexão com os flanges.
3. Alinhamento.
O grauteamento é a operação de colocar uma massa adequada entre a
base de concreto e a base metálica da bomba, fazendo uma união efetiva
entre elas, com o objetivo de aumentar a rigidez da base e a massa do
conjunto. Assim, as forças que atuam na bomba terão seus efeitos atenu-
ados, sejam estas forças de tensão da tubulação nos flanges da bomba,
sejam de desbalanceamento. Uma bomba bem grauteada vibrará muito
menos do que uma outra submetida aos mesmos esforços com graute
inadequado.
FIGURA 29
GRAUTEAMENTO DE UMA BASE DE BOMBA
Base de apoio dabomba que podeser usada paranivelamento
Bases de apoiodo motor quepodem ser usadaspara nivelamento
25mmmínimo
Chumbador
Parafuso denivelamentocom placa
Parafuso denivelamentocom placa
Chumbador Forma demadeira paraconter o graute
Graute Base de concreto
![Page 74: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/74.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas7676
Pense eAnotePense eAnote
Antigamente, o graute era realizado com uma massa de cimento rala.
Hoje em dia, são empregados cimentos próprios, que curam bem mais
rápido. Os especialistas consideram como o melhor material para graute
um epóxi específico para esse fim. Como seu custo é bem superior ao do
cimento, esse fator acaba sendo um inibidor para uso generalizado. O API
610 (bombas centrífugas) e o API 686 (montagem de máquinas) recomen-
dam o uso de epóxi no grauteamento das bombas.
Na montagem da bomba, os seguintes passos devem ser seguidos,
supondo que a base de concreto esteja pronta e curada. A cura completa
do concreto só ocorre 28 dias após sua fundição.
1. Verificar se o posicionamento dos chumbadores na base de concreto
está compatível com os furos existentes da base metálica da bomba.
Hoje em dia, é raro o uso de chumbador tipo L. Isso pode ser feito pelo
desenho da base da bomba, ou se a bomba já estiver na planta, obser-
var diretamente a base metálica.
2. Verificar se os chumbadores foram montados dentro de uma luva com
diâmetro interno de 2 a 3 vezes o diâmetro do chumbador e no míni-
mo 150mm de comprimento. O espaço entre essa luva e o chumba-
dor deve ter sido preenchido com um material não endurecível como,
por exemplo, espuma de poliuretano, usada em isolamento de tubu-
lação ou RTV (borracha de silicone), evitando, assim, a entrada de con-
creto ou do graute. Isso permitirá o alongamento do chumbador ao
ser apertado e também admitirá pequenos deslocamentos para casar
com a furação da base metálica.
Prender com materialque não endureça,impedindo a entrada deconcreto ou de graute
Ponto de solda
Graute25mmmínimo
150mm(mínimo)
D
Luva com dia. interno > 2D
FIGURA 30
3. Picotar a base de concreto, retirando a camada lisa de cimento que
fica na parte superior dela. Deve ser retirada uma espessura de cerca
de 25mm da base. Não é recomendado o uso de marteletes pneumá-
ticos nessa tarefa. Utilizar uma pequena marreta e uma ponteira. Esse
Vedante
CHUMBADOR E LUVA
![Page 75: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/75.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 7777
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
desbaste tem por objetivo remover o cimento liso que sobrenadou na
base de concreto de modo a deixá-lo áspero e irregular, o que irá faci-
litar a aderência e aumentar a área de contato com o graute.
4. Limpar bem a base de concreto de detritos e poeiras. Soprar, com ar
isento de óleo, já que o ar comprimido de compressores de campo cos-
tuma ter óleo. Evitar a presença de óleo e graxa, pois estas substâncias
impedem a aderência do graute.
5. Colocar a base da bomba sobre a de concreto de modo que a parte infe-
rior da base metálica fique no mínimo 25mm acima da base de concre-
to. As bases das bombas adquiridas pela Petrobras são fornecidas com
parafusos “macaquinhos” para efeito de nivelamento. Colocar sobre o
concreto, na direção dos parafusos de nivelamento, um pedaço de cha-
pa com cerca de 12,7mm (1/2") de espessura. Verificar no projeto se a
altura da base está correta e se a elevação dos flanges encontra-se de
acordo com o desenho de tubulação. Ajustar, se necessário.
6. Nivelar a base através dos macaquinhos no sentido transversal e lon-
gitudinal na região do motor, e depois na região da bomba, usando
um nível de bolha apoiado em superfícies usinadas da base.
FIGURA 31
A norma API 686 recomenda o limite de 0,2mm por metro, tanto para
o nivelamento transversal quanto para o longitudinal. É recomendável rea-
lizar uma aferição do nível que será utilizado. Para tal, fazer uma leitura com
o nível e depois girá-lo 180º, repetindo a leitura. As duas têm de ser iguais.
Após nivelar a base, colocar os calços de latão ou aço inoxidável sobre os
apoios, apertar as porcas dos chumbadores e tornar a verificar o nível. O
torque de aperto deve seguir o recomendado pelo fabricante. Na falta da
recomendação, usar os valores da Tabela do API, transcrita a seguir:
NIVELAMENTO TRANSVERSAL DA BASENA ÁREA DO MOTOR E LONGITUDINAL DA BOMBA
Furos paracolocação de graute
![Page 76: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/76.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas7878
Pense eAnotePense eAnote
7. Preparar as formas em torno da base para o grauteamento. Vedar as
formas, principalmente junto ao concreto, para evitar vazamentos.
8. Passar um antiaderente nas partes em que não se deseja que o graute
tenha aderência. São elas: as formas de madeira, os parafusos maca-
quinhos e as porcas de fixação da proteção do acoplamento. Não é re-
comendado o uso de óleo ou graxa nesta atividade, e sim três cama-
das de uma pasta à base de parafina.
9. Para evitar quebras, a base de concreto e a camada de graute não de-
vem ter cantos vivos. Fazer um acabamento com um chanfro de 45º,
conforme mostra a Figura 32.
Torque
Kgf.m
–
3,16
11,2
37
118
389
N.m
–
31
110
363
1157
3815
Fios/pol
–
8
8
8
8
8
8
Torque
Kgf.m
69,1
111
207
304
440
818
N.m
678
1085
2034
2983
4312
8026
Torque
kgf.m
4,15
8,3
13,8
22,1
33,9
49,1
Fios/pol
–
13
11
10
9
8
8
N.m
40,7
81,4
136
217
332
481
� Ch
pol
1/2
5/8
3/4
7/8
1
1 1/8
� Ch
–
–
M12
M16
M24
M30
M52
� Ch
pol
1 ¼
1 ½
1 ¾
2
2 ¼
2 ¾
TABELA 21
10. Verter o graute. As bases costumam ter furos nas chapas para este fim
(ver Figura 31). O ideal é que exista um suspiro (vent) do lado oposto
do furo de colocação do graute para permitir a saída do ar. Se a bomba
e o acionador prejudicarem o acesso para a colocação do graute, eles
devem ser retirados da base. Durante a fase de grauteamento, todas
as tubulações devem estar desconectadas. Existem cimentos apropri-
ados para graute. Não é aconselhável o uso de vibrador. Utilizar para
CHANFRO DE 45º NA BASE DE CONCRETO E NO GRAUTE
FIGURA 32
CHANFRO DE 45º NA BASE DE CONCRETO E NO GRAUTE
TORQUE A SER APLICADO NOS CHUMBADORES
Concreto
Graute
Base metálica
Chanfros
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 7979
esse fim um pedaço de madeira para ir socando o graute. Não deve
ser exercida muita força para evitar a deformação da chapa superior
da base metálica. Devem ser preenchidos todos os vazios da base.
11. Após a cura do graute, verificar, com auxílio de um pequeno marte-
lo, batendo na chapa superior da base, se ficou alguma região va-
zia. Havendo, faça dois furos nas extremidades opostas do vazio, um
para introduzir massa epóxi, comum, e outro para saída do ar. O
reparo deve ser realizado com epóxi mesmo que tenha sido grautea-
do com cimento.
12. Após a operação anterior, retirar as formas e os parafusos de nivela-
mento.
13. Se fizer parte do projeto, montar as tubulações auxiliares de refrige-
ração, de selagem e de lubrificação.
14. Somente após a cura do graute, devem ser conectadas as linhas de
sucção e de descarga. Os flanges das tubulações devem estar concên-
tricos e paralelos com os da bomba. Todos os parafusos devem ser co-
locados com a mão nos furos, sem necessidade de forçar os flanges.
15. Verificar a tensão introduzida pelas linhas. Para tal, coloque dois re-
lógios comparadores com os ponteiros apoiados no cubo do acopla-
mento, um na direção horizontal e o outro na vertical. Zere os relógi-
os. Aperte os parafusos do flange de sucção com a junta de vedação
no local. Os dois relógios devem indicar menos de 0,05mm. Torne a
zerar os relógios e aperte agora o flange de descarga. Os relógios tam-
bém devem indicar menos de 0,05mm. Se, no aperto de alguma das
tubulações, for excedido esse valor de deslocamento, afrouxar os flan-
ges dessa linha nas imediações da bomba (das válvulas de bloqueio,
dos filtros, das válvulas de retenção etc.) e começar apertando-os a
partir do flange mais próximo da bomba.
Os desalinhamentos angulares podem ser corrigidos com o aqueci-
mento localizado em alguma curva. Um outro recurso que pode ser
usado é aquecer ao rubro uma seção completa da tubulação com os
flanges da bomba apertados. O aquecimento reduz a resistência da
tubulação, fazendo com que o material deforme, o que diminui a ten-
são introduzida pela linha. Lembrar que alguns tipos de aço usados
em tubulações, se aquecidos, podem necessitar de tratamento tér-
mico posterior. Portanto, consulte antes o responsável pela monta-
gem da tubulação. Se, depois de tudo, não for possível enquadrar os
valores, cortar a tubulação e refazer a solda da linha.
16. Verificar se o sentido de giro do acionador está coerente com a bom-
ba antes de acoplá-la. No caso de motor elétrico, se não estiver cor-
reto, peça para inverter as fases de alimentação elétrica.
17. Alinhar a bomba com o acionador. O alinhamento que vem do fabri-
cante é apenas um pré-alinhamento.
Pense e AnotePense e Anote
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas8080
Caso a bomba fique inativa por período prolongado, é recomendável girar
o eixo de 1 volta completa + 1/4 a cada 15 dias de modo que promova a
lubrificação completa dos rolamentos e altere a esfera sob carga, bem como
o local de apoio na pista do rolamento, evitando desgaste localizado.
Antes da primeira partida e logo depois dela, verificar:
Se a bomba, o acionador e o acoplamento estão adequadamente lu-
brificados.
Se a proteção do acoplamento encontra-se no lugar.
Se o sentido de giro do acionador está correto. Caso tenha dúvida,
desacople a bomba e teste. Algumas bombas podem ser giradas ao
contrário. Nesse caso, ela pode ser ligada e desligada rapidamente só
para sair da inércia e verificar o sentido de giro. Bombas verticais, na
maioria dos casos, não podem girar ao contrário, sob pena de solta-
rem partes fixadas por roscas, principalmente eixos e impelidores;
Se as válvulas das linhas de refrigeração e de selagem (flushing e quen-
ching) estão abertas.
Se a bomba está escorvada. Para tal, abra a válvula de sucção e o sus-
piro (vent) da carcaça. Quando pararem de sair borbulhas de ar, a bomba
estará cheia de líquido. Fechar o suspiro.
Se a válvula de descarga está fechada e descolada da sede. Válvulas de
descarga de diâmetros grandes e com pressão de descarga alta geram
uma força na gaveta que dificulta sua abertura. Nessa situação, é in-
teressante partir a bomba com a gaveta da válvula ligeiramente des-
colada da sede (cerca de 1/4 de volta do volante).
Partir a bomba.
Logo após a partida, abrir a válvula de descarga.
a
b
c
d
e
f
g
h
Durante a fase de aceleração da bomba, a corrente do motor elétricoatinge 5 a 6 vezes o valor da corrente nominal. Se a partida fordemorada, ocorrerá o aquecimento excessivo do motor, o que reduz avida útil de seu isolamento. A corrente alta também pode atuar osistema de proteção elétrico, desarmando o motor. Por esse motivo,as bombas devem partir na condição de menor potência exigida.
Como nas bombas centrífugas a potência cresce com a vazão, elasdevem partir com a descarga fechada. Já nas bombas de fluxo axial,a menor potência ocorre com alta vazão. Portanto, devem partircom a descarga totalmente aberta. As bombas de fluxo misto, paraefeito de partida, devem seguir as centrífugas. No capítulo sobreas Curvas Características das Bombas, serão analisadas as suascurvas de potência.
Pense e AnotePense e Anote a
b
c
d
e
f
g
h
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 8181
Após a partida da bomba, devem ser verificados e acompanhados:
Vibração da bomba e do acionador. É interessante fazer espectros das
vibrações dos mancais da bomba e do acionador para servir como
referência futura.
Barulhos anormais.
Temperatura dos mancais (pode levar até 3 horas para estabilizar). A
norma API 610 limita em 82ºC a temperatura dos mancais ou 40ºC
de acréscimo em relação à temperatura ambiente.
Vazamentos pela selagem.
Se os manômetros da sucção e da descarga estão estáveis. Manôme-
tros oscilando muito demonstram problemas de cavitação ou recircu-
lação, o que pode ser verificado e confirmado pelo ruído característico.
Havendo possibilidade, medir a corrente do motor elétrico, observan-
do se o valor está dentro do esperado.
a
b
c
d
e
f
ResumoResumo
Após a cura da base de concreto, picotá-la, rebaixando-a cercade 25mm.
Limpar bem o concreto e colocar a base metálica da bomba.
Nivelar a base lateral e longitudinalmente no limite de 0,2mmpara cada metro de dimensão, mantendo-a cerca de 25mmacima do concreto.
Proteger os chumbadores e grautear a base.
Alinhar, verificar sentido de giro do acionador e acoplar.
Testar a bomba, verificando vibração, ruídos anormais evazamentos e, se necessário, desempenho.
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
a
b
c
d
e
f
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 8383
EE
Classificaçãode bombas
Classificaçãode bombas
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
xiste uma variedade muito grande de bombas disponíveis no mer-
cado. Podemos classificá-las, baseados no modo do seu funcionamento,
em dois tipos principais:
A bomba dinâmica ou turbobomba se caracteriza por fornecer energia
ao líquido pela rotação de um impelidor. A orientação do líquido ao sair
do impelidor determina, juntamente com a forma como a energia é cedi-
da, o tipo da turbobomba.
A bomba volumétrica ou de deslocamento positivo se caracteriza por
executar seu trabalho por meio do aprisionamento de um certo volume
do líquido na região de sucção e posterior deslocamento desse volume
para a descarga. Seus nomes provêem da forma como a energia é transfe-
rida ao líquido: pistão, diafragma, engrenagens, palhetas etc.
Nos próximos capítulos, analisaremos mais detalhadamente cada tipo.
Classificação de bombas
Bombas dinâmicasou turbobombas
CentrífugaFluxo axialFluxo misto
Radial
Tipo Francis
PERIFÉRICA OU REGENERATIVA
Bombasvolumétricas oude deslocamentopositivo
AlternativaPistãoÊmboloDiafragma
Rotativa
EngrenagensParafusosLóbulosPalhetasPeristáticaCavidades progressivas
Classificação de bombas
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 8585
Bomba dinâmicaou turbobomba
Bomba dinâmicaou turbobomba
turbobomba que trabalha cedendo energia ao líquido por meio
de um impelidor pode ser classificada em quatro tipos diferentes, de acordo
com a forma de cessão de energia ao fluido.
BOMBA CENTRÍFUGA
Pode ser do tipo radial ou tipo Francis. A bomba centrífuga radial ou cen-
trífuga pura é a que possui as pás do impelidor com a curvatura em um
só plano. Nesse tipo de bomba, o fluxo sai do impelidor perpendicular-
mente ao eixo. O impelidor cede energia ao líquido por meio da força
centrífuga. A bomba centrífuga tipo Francis possui as pás do impelidor com
curvatura em dois planos. Nesse tipo, a energia é cedida ao líquido pela for-
ça centrífuga e de arrasto. O líquido sai do impelidor perpendicular ao eixo.
BOMBA DE FLUXO AXIAL
É a bomba na qual a energia é cedida ao líquido sob a forma de arrasto. O
fluxo do líquido caminha paralelamente ao eixo. Seu impelidor lembra uma
hélice de barco ou de ventilador.
BOMBA DE FLUXO MISTO
Esta bomba é intermediária entre a centrífuga e a axial. O fluxo sai do
impelidor inclinado em relação ao eixo. A energia transmitida pelo impe-
lidor é sob a forma centrífuga e de arrasto.
BOMBA PERIFÉRICA OU REGENERATIVA
Esta bomba também é chamada de turbina regenerativa. Nela, as pás ficam
situadas na periferia do impelidor. A carcaça forma uma câmara em forma de
anel (corte A-A da Figura 34). Em uma volta, o líquido entra e sai diversas
vezes nesta câmara e entre as pás do impelidor. Em cada entrada, ele ganha
um novo impulso e, por isso, estas bombas costumam ter uma pressão alta
de descarga para o diâmetro do impelidor. O líquido segue uma trajetória
helicoidal. Na região de descarga, a câmara se estreita para impedir o retorno
do líquido para a região de sucção (corte B-B da Figura 34).
AA
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
![Page 83: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/83.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas8686
FIGURA 33
FIGURA 34
Fluxo radial Fluxo misto Fluxo axial
P4 > P3 > P2 > P1
Corte A–A
Corte B–B
Pense eAnotePense eAnote
TURBOBOMBA COM OS TRÊS TIPOS DE FLUXO
BOMBA REGENERATIVA E SEU IMPELIDOR
P4
P3
P2
P1
A
A
B
B
![Page 84: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/84.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 8787
FIGURA 35
FiguraCaracterísticas Classifi-cação
TipoTipo básico(impelidor)
OH1
OH2
OH3
OH4
OH5
OH6
Apoiadapor pés
1 Estágio
Apoiada nalinha de centro
1 Estágio
1 Estágio
1 Estágio
1 Estágio
Montagemvertical ouhorizontal
1 Estágio
Horizontal
Verticalin-line com
caixa demancaisseparada
Verticalin-line
Impelidormontado
no eixo doacionador
Verticalin-line
Altavelocidade
Multiplicadorintegral
Acoplamentoentre
multiplicadore acionador
Acoplamentoflexível
Acoplamentorígido
Eixo dabomba sem
acoplamento
Em balanço(Overhung)
Continua
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
TIPOS DE BOMBAS CENTRÍFUGAS SEGUNDO A NORMA API 610
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas8888
FiguraCaracterísticasTipoTipo básico(impelidor)
BB1
BB2
BB3
BB4
BB5
VS1
Carcaçadupla
(tipo barril)
Difusor
Partidaaxialmente
Partidaaxialmente
Partidaradialmente
Descargaatravés da
coluna
1 e 2Estágios
Entremancais(betweenbearings)
Carcaçasimples
com multi-segmentos
Partidaradialmente
Multiestágios
Carcaçasimples
Verticalmentesuspensas
Pense eAnotePense eAnote
FIGURA 35
Continua
Continuação
TIPOS DE BOMBAS CENTRÍFUGAS SEGUNDO A NORMA API 610
Classifi-cação
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 8989
FiguraCaracterísticasTipoTipo básico(impelidor)
VS2
VS3
VS4
VS5
VS6
VS7
Descargaatravés da
coluna
Descargaseparada
Voluta
Cargasimples
Verticalmentesuspensas
Impelidor embalanço
Voluta
Fluxo axial
Eixo commancais
DifusorCarcaçadupla
(poço)
Pense e AnotePense e AnoteFIGURA 35
Continuação
TIPOS DE BOMBAS CENTRÍFUGAS SEGUNDO A NORMA API 610
Classifi-cação
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas9090
A norma API 610, na qual é especificada e adquirida a maioria das bom-
bas centrífugas de uma refinaria, sugere uma classificação e uma numera-
ção em função do tipo da bomba, fazendo uma divisão principal entre três
modelos, baseados na posição do impelidor em relação aos mancais:
Em balanço (overhung)
Entre mancais (between bearings)
Verticalmente suspensas (vertically suspended)
Estes modelos são subdivididos em vários tipos. Cada tipo recebe uma
designação iniciada pelas letras acima, seguida de um número.
De modo a facilitar essa identificação, a Figura 35 mostra um quadro
com um croqui para cada tipo.
A bomba centrífuga é o tipo mais usado, principalmente devido a sua
versatilidade. Ela faz parte de um conjunto mais geral denominado turbo-
bombas, que, além da centrífuga, inclui a bomba axial e a de fluxo misto.
Normalmente, são englobadas com o nome genérico de bombas centrí-
fugas, embora a bomba axial nada tenha de centrífuga.
Uma das vantagens da bomba centrífuga é poder trabalhar com gran-
des variações de vazão sem alterar a rotação, o que as bombas de deslo-
camento positivo geralmente não permitem.
Para garantir o funcionamento adequado de uma bomba, proporcio-
nando uma campanha longa, ela deve ser bem especificada, bem selecio-
nada, bem fabricada, bem montada, bem operada e bem mantida. Alguns
enganos cometidos em qualquer dessas etapas podem ser contornados;
outros, dificilmente o serão, e teremos uma bomba com campanhas sem-
pre inferiores às esperadas.
ResumoResumo
As bombas dinâmicas ou turbobombas podem serclassificadas em função da orientação do fluxo de saída:radial, axial, mista e regenerativa.A norma API divide as bombas em três tipos de acordo com a posiçãodo impelidor em relação aos mancais:
OH (overhung) – em balanço
BB (between bearing) – entre mancais
VS (vertically suspende) – verticalmente suspensas
A essas letras são acrescentados números para identificar os modelos.A bomba centrífuga permite fácil controle de vazão.
Pense e AnotePense e Anote– Denominadas OH
– Denominadas BB
– Denominadas VS
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 9191
FIGURA 36
FIGURA 37
Princípio de funcionamentoda bomba centrífugaSe colocássemos gotículas de líquido sobre um disco, ao girá-lo com uma
rotação N, as gotículas seriam expelidas para a periferia pelo efeito da força
centrífuga.
A bomba centrífuga utiliza este mesmo princípio para funcionar. Faz
uso da força centrífuga, advindo daí o seu nome. Na bomba, esta energia
é cedida pelo impelidor, o qual orienta o fluxo do líquido pelos seus ca-
nais formados pelas pás e discos.
Para uma bomba centrífuga funcionar adequadamente, há necessidade
de que sua carcaça esteja cheia de líquido. Temos de substituir o ar pre-
existente em seu interior por líquido. Esta operação de encher a bomba é
chamada de escorva da bomba.
Use a Figura 37 para acompanhar as explicações sobre o funcionamen-
to da bomba centrífuga.
FcN
1. Tubulação de sucção2. Flange de sucção3. Olhal do impelidor4. Entrada das pás5. Saída do impelidor6. Voluta (dupla)7. Cone de saída da carcaça8. Lingüeta
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
DISCO GIRANDO COM GOTAS DE LÍQUIDO
ESQUEMA DE FUNCIONAMENTO DE UMA BOMBA CENTRÍFUGA
Fc
Fc
Fc
Fc
Fc
7
8
6
4
63
5
7
65
6
6
43
21
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas9292
FIGURA 38
O impelidor, ao girar, transmite uma determinada força centrífuga que
acelera o líquido presente no seu interior (regiões 3, 4 e 5), fazendo com
que este líquido caminhe para a área de saída do impelidor, sendo des-
carregado na voluta (6). O líquido passa pela voluta e é orientado pela
lingüeta (8) para o cone de saída da carcaça (7). Ao ser deslocado no in-
terior do impelidor, ele cria uma região de menor pressão, que é preen-
chida pelo líquido que está imediatamente antes, na região 2. Esta será
preenchida pelo líquido que está em 1, e assim sucessivamente. O impe-
lidor, ao girar, estabelece um fluxo contínuo de líquido da linha de sucção
para a descarga.
Se não tivéssemos escorvado a bomba, em vez de líquido, teríamos no seu
interior ar ou gases e, nessa situação, o vazio criado pelo impelidor, ao girar,
não seria suficiente para que o líquido presente na tubulação de sucção fluisse
para o impelidor, inviabilizando assim o bombeamento do fluido.
Na Figura 38, é mostrada a variação da pressão e da velocidade no in-
terior da bomba centrífuga para uma determinada vazão.
6
Região
Pressão
Velocidade
1. Tubulação de sucção2. Flange de sucção3. Olhal do impelidor4. Entrada das pás5. Saída do impelidor6. Voluta (no caso dupla)7. Cone de saída da carcaça
Pense eAnotePense eAnote
VARIAÇÃO DE PRESSÃO E VELOCIDADE
7
6
21
5
34
5
6
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 9393
FIGURA 39
Devido ao atrito e aos choques nas paredes da tubulação e aos aciden-
tes, tais como curvas, válvulas, reduções, filtros etc., a pressão vai caindo
conforme o fluido se desloca pela linha de sucção da bomba (1). Na jun-
ção do flange da tubulação com a sucção da bomba (2), podemos ter uma
pequena perda localizada devido à não-coincidência perfeita entre os diâ-
metros internos dos flanges da tubulação e o da bomba, que normalmen-
te é fundido. A pressão continua caindo lentamente até o olhal do impe-
lidor (3). Logo após o olhal, região 4, temos uma redução da área de esco-
amento devido ao cubo do impelidor, o que provoca um aumento de
velocidade de escoamento e, conseqüentemente, uma queda de pressão,
conforme vimos quando falamos no Teorema de Bernouille (Parte 1). Nessa
região, o fluxo fica mais turbulento pela influência da vazão que retorna
pelo anel de desgaste dianteiro e pelos furos de balanceamento do impe-
lidor. Pelos motivos expostos, a região 4, logo após o olhal e antes de
chegar às pás do impelidor (o líquido ainda não recebeu energia dele), é
que apresenta a pressão mais baixa no interior da bomba.
1. Tubulação de sucção2. Flange de sucção3. Olhal do impelidor4. Entrada das pás5. Saída do impelidor6. Voluta (no caso dupla)7. Cone de saída da carcaça
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
VARIAÇÃO DA PRESSÃO E DA VELOCIDADE NO INTERIOR DA BOMBA
6
Região
Pressão
Velocidade
7
6
21
5
34
5
6
![Page 91: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/91.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas9494
FIGURA 40
A partir da região 4, o líquido começa a receber energia cedida pelas pás
do impelidor, que acelera o líquido, aumentando sua velocidade (energia
cinética). Esta energia vai sendo transformada parcialmente em energia de
pressão devido ao aumento da área entre as duas pás consecutivas (canal
de escoamento) à medida que o líquido vai avançando no impelidor. Ao
sair do impelidor, o fluxo passa pela voluta. A área da voluta é crescente
(ver Figura 37), mas o impelidor, ao girar, descarrega mais líquido de modo
que o aumento de vazão é compensado pelo aumento da área, permane-
cendo estável a velocidade de escoamento e a pressão (válido para a vazão
de projeto da bomba). Por último, na saída da carcaça, região cônica 7, te-
mos a transformação final da energia de velocidade em energia de pressão.
Como geralmente o flange de descarga da bomba centrífuga é menor
do que o flange de sucção, a velocidade na descarga é ligeiramente maior
do que na sucção. Logo, nem toda a energia cedida ao líquido pela bom-
ba é transformada em energia de pressão, permanecendo uma parcela
como energia de velocidade. Como as velocidades de sucção e de descar-
ga são relativamente baixas, a energia cedida sob a forma de velocidade é
relativamente pequena em bombas centrífugas. De modo geral, a grande
parcela de energia cedida é sob a forma de pressão. Somente nas bombas
de baixo diferencial de pressão como, por exemplo, nas bombas axiais, a
parcela de energia de velocidade pode ser significativa.
Nas bombas centrífugas que utilizam difusor em vez de voluta, a trans-
formação de velocidade em pressão ocorre no impelidor e no difusor. As
áreas dos canais do difusor são crescentes. Logo, a velocidade de escoa-
mento será reduzida e a energia será transformada em pressão. O difusor
é mais empregado nas bombas de múltiplos estágios, sejam elas horizon-
tais, sejam verticais. Nas bombas horizontais, o difusor costuma ser uma
peça independente. Nas bombas verticais, geralmente ele faz parte da
carcaça (ver Figura 35 – bomba verticalmente suspensa tipo VS1).
Pense eAnotePense eAnote
DIFUSOR
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 9595
ResumoResumo
O impelidor cede energia ao líquido sob a forma de velocidade.No próprio impelidor, parte dessa energia vai sendotransformada em energia de pressão. No cone de saída dacarcaça, temos uma transformação final de energia develocidade para pressão. Os difusores também transformamenergia de velocidade em pressão.
Aplicações típicasBomba centrífuga é um tipo de bomba bastante versátil, daí seu grande
emprego na indústria. Suporta desde serviços leves, como o bombeamen-
to de água residencial, feito com bombas pequenas com 1/8hp, até bom-
bas com consumo de potências bastante altas, que podem chegar a mi-
lhares de hp. Este tipo de bomba é usado praticamente em todas as in-
dústrias, caso das unidades de uma refinaria, na exploração de petróleo,
no transporte de líquidos (oleodutos), nas indústrias químicas, no abaste-
cimento de água das cidades, em irrigação de lavouras, em termoelétri-
cas, na indústria de papel e celulose, nas aciarias e nas demais indústrias.
Uma das grandes vantagens da bomba centrífuga é sua capacidade de variar
a vazão. As bombas pequenas podem operar de 10% a 120% da vazão de
projeto. Nas bombas maiores, essa faixa de vazão costuma ser mais reduzi-
da, como veremos mais adiante. Em boa parte dos processos que necessi-
tam um controle de vazão, é utilizada uma válvula de controle na linha de
descarga da bomba centrífuga. Conforme sua abertura seja aumentada ou re-
duzida, a perda de carga será alterada, modificando, como conseqüência, a
vazão da bomba. Podemos usar também a rotação para variar a vazão.
Existem bombas centrífugas projetadas para poucos m3/h de vazão, en-
quanto outras são para milhares de m3/h. As bombas de baixa vazão costu-
mam ter um rendimento inferior ao das bombas de vazão mais elevada.
As pressões fornecidas por esse tipo de bomba podem ir de alguns kgf/cm2
até centenas de kgf/cm2. Quando as pressões são muitos altas, as bombas
centrífugas são projetadas com vários estágios (impelidores) em série.
As bombas de processo utilizadas na indústria de petróleo seguem a
norma API 610 (American Petroleum Institute). Atualmente, essa norma
está em fase de junção com a ISO (International Organization for Standar-
dization) para formarem uma norma comum.
Tanto na exploração, quanto na produção de petróleo, como no refino
e no transporte de produtos (oleodutos), a bomba centrífuga possui larga
Pense e AnotePense e Anote
![Page 93: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/93.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas9696
FIGURA 41
aplicação, abrangendo praticamente todas as áreas, sendo mais fácil citar
as condições em que não são empregadas. Senão vejamos:
A VAZÃO É MUITO PEQUENA
Quando a vazão é inferior a 5m3/h, embora existam bombas menores.
QUANDO A VISCOSIDADE DO FLUIDO É ELEVADA
A bomba centrífuga tem grande perda de rendimento nesta condição.
NO BOMBEAMENTO DE ÓLEO LUBRIFICANTE
DE GRANDES MÁQUINAS
Embora algumas máquinas utilizem bombas centrífugas, nesse tipo de ser-
viço, é mais freqüente o uso de bombas de parafusos ou de engrenagens.
Nas demais aplicações, é usual a adoção de bombas centrífugas.
Partes componentes e suas funçõesVejamos as principais partes de uma bomba centrífuga e as funções que
exercem, os danos que eventualmente apresentam e as recuperações
empregadas para restabelecer a condição normal de funcionamento.
Carcaça com voluta
Anti-rotacional
Dreno
Anel de desgaste
Caixa de selagem
Junta da carcaça/caixa de selagem
Luva do eixo
Selo
Eixo
Anel salpicador
Copo donivelador de óleo
Caixa demancais
Mancal triplo para altapressão de sucção
Aletas pararesfriamento
Ventilador pararefrigeração
Selagem dacaixa de mancais
Mancaisde ancora
Entrada paralubrificação por névoa
Mancalradial
Dissipador decalor/defletor
Sobreposta
Câmara de selagem
Parafuso extrator
Bucha de fundo/Caixa de selagem
Impelidor
Na lubrificação por névoanão são necessários coponivelador nem anelsalpicador e, geralmente,o ventilador é dispensável
Pense e AnotePense e Anote
CORTE DE UMA BOMBA CENTRÍFUGA TIPO EM BALANÇO – KSB
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 9797
Pela definição da norma API, rotor é o conjunto de todas as peças giran-
tes, exceto os selos e rolamentos. O rotor é composto por eixo, impelidor,
porcas de fixação, luvas do eixo e defletores. É prática comum chamar o
impelidor de rotor, inclusive alguns fabricantes de bombas utilizam inde-
vidamente esse nome.
Sua função é a de fornecer energia ao líquido sob a forma de pressão e de
velocidade. O impelidor raramente é recuperado, a não ser que seja de
grande tamanho, sendo quase sempre substituído por um novo quando
está desgastado.
Sua função principal é a de conter o líquido. No caso de carcaça em volu-
ta, esta serve também para transformar energia de velocidade em pres-
são na região do cone de saída. Não é usual necessitar reparos, a não ser
nas bombas utilizadas com líquidos abrasivos ou corrosivos e nas que tra-
balham sob cavitação ou recirculação interna. Como, geralmente, não exis-
tem em estoque carcaças reservas, quando se danificam, costumam ser
recuperadas por soldagem com posterior usinagem ou esmerilhamento.
Em alguns casos, podem ser recuperadas por meio de deposição de resi-
nas especiais, como as do tipo epóxi.
Também chamada de tampa da carcaça e de caixa de gaxetas. Juntamente
com a carcaça, envolve o impelidor contendo o líquido. É através desta peça
que o eixo sai para o exterior da bomba. Possui uma câmara que serve para
instalar a selagem da bomba. Sua recuperação é semelhante à da carcaça.
Sua função é a de transmitir o torque do acionador ao impelidor, o qual
lhe é fixado. Quando apresenta algum tipo de desgaste, é geralmente subs-
tituído.
Tem a função de fixar o impelidor no eixo.
Serve para proteger o eixo. Em vez de trocá-lo, que é uma peça cara, troca-
se a luva, que é mais barata. Nos selos tipo cartucho, a luva permite que
o selo seja todo montado externamente, antes de ser colocado na caixa
de selagem.
ROTOR OU CONJUNTO ROTATIVO
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
ROTOR OU CONJUNTO ROTATIVO
IMPELIDORIMPELIDOR
CARCAÇACARCAÇA
LUVA DO EIXO
PORCA DO IMPELIDOR
EIXO
CAIXA DE SELAGEMCAIXA DE SELAGEM
EIXO
PORCA DO IMPELIDOR
LUVA DO EIXO
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas9898
Sua função é a de sustentar o eixo gerando pouco atrito. A maioria das
bombas utiliza mancais de rolamentos. Quando as condições operacio-
nais (rotação e esforços) acarretam uma vida curta dos rolamentos, os
projetistas das bombas os substituem por mancais de deslizamento (me-
tal patente). Nas bombas verticais, é comum a utilização de mancais gui-
as para o eixo, que são usualmente fabricados de bronze ou outro material
macio, como o carvão ou Teflon impregnado.
Sua função é a de sustentar os mancais e criar uma região propícia para
sua lubrificação. Raramente se danificam. Caso a pista externa do rolamento
venha a girar na caixa, ela pode ser recuperada por meio de embuchamen-
to. Cuidados devem ser tomados para garantir as concentricidades entre
as regiões dos rolamentos e da guia, que é a responsável pela centraliza-
ção da caixa de selagem. As caixas de mancais das bombas antigas eram
de ferro fundido. Como esse material é frágil, podendo quebrar no caso
do trancamento de um rolamento, o que levaria a um vazamento pela
selagem, a norma API passou a recomendar que as caixas de mancais se-
jam fabricadas em aço-carbono quando o líquido bombeado for inflamá-
vel ou perigoso.
Sua função é a de evitar que o líquido vaze para o exterior pela região onde
o eixo sai da carcaça. As bombas antigas usavam tanto gaxetas como se-
los mecânicos. Atualmente, devido às restrições de poluição ambiental,
as gaxetas são utilizadas somente para produtos que não ocasionam pro-
blemas ao meio ambiente, caso venham a vazar. As gaxetas estão sendo
utilizadas praticamente para água. Mesmo assim, o selo mecânico vem
ganhando terreno nestas aplicações. Recentemente, surgiram no merca-
do gaxetas injetáveis, que estão sendo empregadas com sucesso.
No caso de selagem por gaxetas, recebe também o nome de preme-gaxetas.
Nesse caso, é usual utilizarem uma bucha de bronze na região que pode vir
a ter contato com o eixo. Na selagem por selo mecânico, serve de apoio para
uma das sedes. Nesse caso, como são normalmente fabricadas de material
nobre, quase sempre AISI 316, raramente necessitam de recuperação.
Sua função é a de evitar ou reduzir a entrada de sólidos (poeiras, catalisado-
res etc.), líquidos (água e o próprio produto bombeado) e vapores no interior
da caixa de mancais, além de impedir que o óleo lubrificante ou a graxa va-
Pense eAnotePense eAnote
MANCAISMANCAIS
CAIXA DE MANCAISCAIXA DE MANCAIS
SELAGEM DA BOMBASELAGEM DA BOMBA
SOBREPOSTASOBREPOSTA
SELAGEM DA CAIXA DE MANCAISSELAGEM DA CAIXA DE MANCAIS
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 9999
zem para o exterior. As bombas mais antigas usavam retentores com lábios
de borracha ou labirintos. O retentor realizava sua função quando novo, mas,
após alguns meses de funcionamento, os lábios endureciam, podiam surgir
trincas ou acabavam por riscar o eixo, perdendo sua capacidade de vedação.
Por isso, a norma API 610 passou a recomendar o uso de selos mais sofisti-
cados que permanecem aptos a realizar sua função por tempo mais prolon-
gado. Existe uma grande variedade desses selos, alguns vedam por meio de
anel “O” e labirintos, enquanto outros são semelhantes a um selo mecânico,
com uma face fixa e outra giratória provendo a vedação principal. Esses selos
usam molas ou magnetismo para manter as sedes em contato.
É um disco, geralmente fixado ao eixo, colocado na frente da selagem da
caixa de mancais com a finalidade de evitar que jatos de líquidos ou va-
pores atinjam diretamente a região de selagem, dificultando a entrada de
corpos estranhos nas caixas de mancais.
Sua função é carregar o óleo do reservatório para o eixo, fluindo daí para
o mancal. O anel pescador é acionado pela rotação do eixo.
É um anel fixado no eixo e que gira com ele, tendo por função salpicar o
óleo lubrificante, lançando-o nas canaletas que levam aos rolamentos.
Possuem diversas funções. A primeira é de ser uma peça de sacrifício, per-
mitindo usar folgas menores entre o impelidor e a carcaça. Com folgas pe-
quenas, o fluxo que passa da descarga para a sucção pode ser reduzido,
aumentando a eficiência da bomba. Se não houvesse anéis de desgaste e
ocorresse um “roçamento” das peças, teríamos de substituir ou recuperar o
impelidor e/ou a carcaça, que são peças mais caras. Com o uso dos anéis,
fica mais barato e rápido trocá-las. O seu diâmetro também serve para equi-
librar os esforços axiais. Outra função dos anéis de desgaste é a de trabalhar
como mancal, aumentando a rigidez do rotor. Quando suas folgas aumen-
tam, esta função fica prejudicada e temos o aumento de vibração da bom-
ba. Esta situação é crítica nas bombas com dois estágios em balanço.
Esta bucha é que separa a câmara de selagem do interior da bomba. No
caso de bombas que utilizam selo mecânico, sua folga é importante por-
que vai ajudar a controlar a pressão e a vazão do líquido de refrigeração
do selo, evitando que ele venha a vaporizar.
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
DEFLETORDEFLETOR
ANEL PESCADORANEL PESCADOR
ANEL SALPICADORANEL SALPICADOR
ANÉIS DE DESGASTEANÉIS DE DESGASTE
BUCHA DE FUNDO DA CAIXA DE SELAGEMBUCHA DE FUNDO DA CAIXA DE SELAGEM
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas100100
PARTES DO IMPELIDOR
FIGURA 42
Sua função é a de restringir o vazamento entre a luva e a sobreposta.
Sua função é a de transmitir o torque do acionador para a bomba, absor-
vendo pequenos desalinhamentos entre os eixos, sem ocasionar aumen-
tos consideráveis da vibração.
É empregado como um meio de refrigerar a caixa de mancais. A maioria
das bombas utiliza em seu lugar uma câmara de resfriamento com água
nesta função. As bombas dotadas de lubrificação por névoa, na maioria
dos casos, dispensam o uso de refrigeração nos mancais.
Os impelidores utilizados nas bombas centrífugas podem ser classifi-
cados quanto:
Ao projeto ou geometria do impelidorExiste um índice que correlaciona a rotação, a vazão e a Altura Manomé-
trica Total (AMT) de um impelidor e que determina a sua geometria. Este
índice é denominado de velocidade específica (Ns).
Parede traseira
Região do anel de desgaste traseiro
Furo de balanceamento
Furo de balanceamento
Parede dianteira
Região do anel dedesgaste dianteiro
Olhal
Cubo
Pá
Pense eAnotePense eAnote
Sua função é de orientar o líquido para o impelidor, evitando que ele en-
tre girando.
ImpelidoresAbaixo são mostradas as partes de um impelidor.
PARTES DO IMPELIDOR
BUCHA DA SOBREPOSTABUCHA DA SOBREPOSTA
ACOPLAMENTOACOPLAMENTO
VENTILADORVENTILADOR
ANTI-ROTACIONALANTI-ROTACIONAL
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 101101
Sabendo-se a velocidade específica, identificamos o formato do impelidor.
No cálculo da velocidade específica, existem algumas considerações:
A AMT e a vazão são as correspondentes ao impelidor de maior diâme-
tro que a bomba comporta e no ponto de máxima eficiência (BEP).
A altura manométrica considerada é por estágio. No caso de bombas
de vários estágios, se todos os impelidores forem do mesmo diâme-
tro, basta dividir a AMT da bomba pelo número de estágios.
Para bombas de dupla sucção, a vazão deve ser dividida por dois.
Teoricamente, pela fórmula, a velocidade específica é um número adi-
mensional (sem unidades). Por conveniência, são empregadas unidades
usuais que não se cancelam matematicamente (por análise dimensional),
daí ser necessário saber as que foram utilizadas no seu cálculo de modo a
permitir sua interpretação. Como a literatura disponível sobre bombas é
predominantemente americana, ainda é comum a velocidade específica
ser expressa no sistema inglês de unidades.
CLASSIFICAÇÃO DO IMPELIDOR QUANTO AO PROJETO –VELOCIDADE ESPECÍFICA
FIGURA 43
Velocidade específica – Ns(unidades métricas – rpm, m3/s, m)
Sistema
N – Rotação
Q – Vazão
AMT
Inglês
rpm
gpm
ft
Métrico 1
rpm
m3/s
m
Métrico 2
rpm
m3/h
m
Pense e AnotePense e Anote
CLASSIFICAÇÃO DO IMPELIDOR QUANTO AO PROJETO –VELOCIDADE ESPECÍFICA
Ns =AMT 0,75
N Q
(unidades inglesas – rpm, gpm, ft)
Pás radiais Tipo Francis Fluxo misto Axial rotação
Eixo de
D2
D1
= 1D2
D1D1< 1,5
D2> 4
D2
D1= 1,5 a 2
D2
D1
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas102102
Pela Figura 43, com NS = 14,4 em unidades métricas, vemos que o
impelidor é do tipo radial. Como é de dupla sucção, seria equivalente a 2
impelidores, um contra o outro.
À inclinação das pásRetas
CONVERSÃO DE VELOCIDADE ESPECÍFICA
TABELA 22
De: ↓rpm, gpm, ft
rpm, m3/s, m
rpm, m3/h, m
Para → rpm, gpm, ft1
51,65
0,86
rpm, m3/s, m0,019
1
0,0167
rpm, m3/h, m1,16
60
1
PROBLEMA 1PROBLEMA 1PROBLEMA 1PROBLEMA 1PROBLEMA 1
N = 1.750rpm Q = 900m3/h (dupla sucção) AMT = 150m
Para converter a velocidade específica, Ns:
Por exemplo, para saber o equivalente de um Ns =100, calculado com
rpm, m3/s e m, basta multiplicar por 60 para passar para Ns expresso em
rpm, m3/h e m.
Determinar o tipo de impelidor de uma bomba de um estágio que gira a 1.750rpm
com impelidor de dupla sucção cujo diâmetro máximo é de 500mm e fornece
uma vazão 900m3/h e AMT = 150m no BEP – Ponto de Máxima Eficiência.
Dados:
A unidade de vazão utilizada na Figura 43 é em m3/s. Portanto, tere-
mos de fazer a conversão.
Como o impelidor é de dupla sucção, teremos de dividir a vazão por 2
para o cálculo da velocidade específica e por 3.600 para transformá-la de
m3/h para m3/s:
Pense e AnotePense e Anote
Cálculo da velocidade específica:
=AMT 0,75
N QNs =
150 0,75
1.750 0,125=
42,861.750 x 0,354
= Ns = 14,4
Para frente Para trás
CONVERSÃO DE VELOCIDADE ESPECÍFICA
➜➜➜
Q’ = Q2
= 9002
= m3
h= 450m3
h= 1h
3.600s= 0,125 m3
5
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 103103
FIGURA 44
CLASSIFICAÇÃO DOS IMPELIDORES QUANTO AO TIPO DE CONSTRUÇÃO
FIGURA 45
Embora seja viável a operação com o impelidor de pás para frente, as
bombas centrífugas não o utilizam por gerarem curvas instáveis. A maio-
ria dos impelidores de bombas centrífugas é projetada com pás para trás.
As bombas de alta rotação costumam utilizar impelidores de pás retas.
Nos ventiladores, as pás para frente são usadas com alguma freqüência.
Ao tipo de construção do impelidorFechado
Semifechado ou semi-aberto
Parcialmente fechado
Aberto
Os impelidores abertos e semi-abertos são empregados quando o líquido
bombeado pode conter sólidos, que teriam dificuldade em passar pelos ca-
nais de um impelidor fechado. Na indústria de petróleo, não é muito comum
esta situação, excetuando-se o caso de parafinas ou de bombas de esgota-
mentos. Por isso, os impelidores são predominantemente do tipo fechado.
Pás retas Pás para frente Pás para trás
Aberto comparede parcial
Semi-aberto ousemi-fechado
Fechado
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
CLASSIFICAÇÃO DOS IMPELIDORES QUANTO À INCLINAÇÃO DAS PÁS
CLASSIFICAÇÃO DOS IMPELIDORES QUANTO AO TIPO DE CONSTRUÇÃO
Abertos
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas104104
CarcaçasAs carcaças das bombas centrífugas podem ser classificadas sob diversas
formas.
Quanto aos tipos:
Voluta
Dupla voluta
Difusor
Concêntrica ou circular
Mista (raramente utilizada)
FIGURA 46
ResumoResumo
A velocidade específica, Ns, caracteriza o formato do impelidor.Os valores mais baixos de Ns correspondem ao impelidoresradiais, e os mais altos, aos axiais, ficando os de fluxo mistocom os valores intermediários.
Os impelidores podem ser classificados pelo sentido das pás,pela construção e quanto ao tipo de sucção.
Quanto ao tipo de sucção• Simples
• Dupla sucção
Simples sucção Dupla sucção
Pense eAnotePense eAnote CLASSIFICAÇÃO DOS IMPELIDORES QUANTO À SUCÇÃO
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 105105
A carcaça em voluta, que pode ser simples ou dupla, é a mais usada
em bombas industriais. Devido à dificuldade de fundição, nas bombas
menores, de até 4" na descarga, as carcaças são normalmente de simples
voluta. Somente as bombas de 6" e maiores são projetadas com dupla vo-
luta. Comparando com a de simples voluta, a carcaça de dupla voluta re-
duz significativamente o esforço radial.
A carcaça com difusor é mais empregada em bombas de multi-estágios.
É também bastante usada em bombas verticais. Este tipo de carcaça pro-
porciona uma baixa carga radial.
A carcaça concêntrica ou circular é utilizada apenas em bombas peque-
nas. Alguns fabricantes, nas bombas menores, usam a carcaça circular e
deslocam o impelidor, obtendo assim um esforço radial menor do que
com voluta simples quando trabalha fora do ponto de projeto.
A carcaça mista é composta de pás difusoras e voluta em série. Rara-
mente é utilizada.
As carcaças também podem ser classificadas quanto ao tipo da partição:
Partida horizontalmente ou axialmente.
Partida verticalmente ou radialmente.
Simples voluta Dupla voluta
Difusor Concêntrica
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
TIPOS DE CARCAÇAS
FIGURA 47
![Page 103: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/103.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas106106
BOMBA COM CARCAÇA PARTIDA AXIALMENTE (BB1)E VERTICALMENTE (TIPO BARRIL – BB5)
FIGURA 48
BOMBAS COM CARCAÇAS PARTIDAS VERTICALMENTE (BB2)– COM INDUTOR DE NPSH E DE MULTISSEGMENTOS (BB4)
FIGURA 49
Pense eAnotePense eAnote
BB5
BOMBA COM CARCAÇA PARTIDA AXIALMENTE (BB1)E VERTICALMENTE (TIPO BARRIL – BB5)
BOMBAS COM CARCAÇAS PARTIDAS VERTICALMENTE (BB2)– COM INDUTOR DE NPSH E DE MULTISSEGMENTOS (BB4)
BB1
Partida verticalmente
Introdutor de NPSH
BB2
BB4Carcaça
Impelidor
Difusor
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 107107
Alturamanométricada sucção
Alturamanométricada descarga
Alturamanométricatotal
ResumoResumo
As carcaças podem ser do tipo de simples voluta, dupla voluta, difusor,concêntrica e mista.Podem ser partidas axialmente ou radialmente.
AMT =EnergiaPeso
=Força x distância
Peso=
kg/f x mkg/f
= m
As carcaças podem ser simples (exemplos: OH1; BB1; VS2) ou duplas
(exemplos: BB5, VS5, VS6) (ver Figura 35).
Altura manométrica total (((((AMT),carga ou headA Altura Manométrica Total (AMT) é também conhecida pelos nomes de carga
da bomba, head (em inglês), ou ainda MCL (Metros de Coluna de Líquido).
A definição clássica de AMT é a energia cedida pela bomba por unidade
de massa do líquido bombeado. Mas usualmente é usada como energia
cedida por unidade de peso. Por esta definição, a AMT é representada por
uma unidade de comprimento, em geral metros no nosso sistema de uni-
dades, ou pés (ft) no sistema inglês.
Por simplificação, passaremos a usar apenas “energia” por unidade de
peso do “líquido bombeado” para a AMT.
Podemos entender a AMT como a energia fornecida pela bomba expressa
sob a forma de altura de coluna de líquido, daí receber também o nome
de metros de coluna de líquido. Para cada vazão, a bomba centrífuga for-
nece uma AMT.
Na seleção de bombas centrífugas é mais comum usar AMT do que a
pressão, isto porque a AMT é fixa, independe do líquido bombeado, enquanto
a pressão irá variar de acordo com o líquido. Nas bombas de deslocamento
positivo não se usa AMT e sim a pressão, que é dada pelo sistema.
Como a AMT é a energia cedida por uma bomba para uma determina-
da vazão, podemos calculá-la pela diferença de energias existentes entre a
descarga e a sucção da bomba.
Pense e AnotePense e Anote
–=
![Page 105: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/105.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas108108
FIGURA 50
Se medirmos a AMT fornecida por uma bomba centrífuga para algumas
vazões diferentes (5 é um bom número) e plotarmos estes pontos em um
gráfico e os unirmos com uma linha, obteremos o gráfico de AMT x vazão
desta bomba. O aspecto seria semelhante ao mostrado na Figura 50, que
pertence a uma bomba centrífuga radial. Se alterarmos o diâmetro do im-
pelidor ou a rotação, a curva se modificará. Por isso, é usual registrar no
gráfico esses valores.
Uma bomba em boas condições de conservação trabalhará com o ponto
de operação sempre sobre essa curva, descontando, logicamente, pequenos
desvios devido à imprecisão nas medições e às decorrentes da variação nas
partes fundidas (impelidor e a carcaça) que ocorrem de uma peça para outra.
AMT x vazãoAMT ou H – metros
Vazão – m3/h
Modelo 3 x 2 x 8 Dia = 200mm 3.550rpm
Pense e AnotePense e Anote
CURVA CARACTERÍSTICA DE AMT X VAZÃO
Alguns fabricantes identificam o tamanho da bombapelas dimensões do flange de sucção, flange de descargae o tamanho máximo do impelidor. Esses valorespodem ser expressos em polegadas ou em milímetros,como, por exemplo: 3x2x8, ou o equivalente 75x50x200.Normalmente, esse conjunto de números vem precedidodo modelo da bomba: XYZ 3x2x8.
Se a mesma bomba puder usar diversos modelos de impelidores, eles tambémdeverão ser identificados no gráfico.
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 109109
FIGURA 51
A energia por unidade de peso de um líquido escoando (ou altura ma-
nométrica) em um determinado ponto da tubulação é composta pela soma
da energia de três parcelas: da energia de pressão, da energia cinética (ou
de velocidade) e da energia potencial (de altura) em relação a um plano ho-
rizontal. A expressão dessas energias, em metros, é dada por:
ENERGIA DE VELOCIDADE – EV
V– Velocidade de escoamento (m/s)
g – Aceleração da gravidade 9,81m/s2 (no nível do mar)
ENERGIA DE PRESSÃO – EP
P – Pressão em kgf/cm2
� – Peso específico do líquido em gf/cm3 (igual à densidade)
ENERGIA POTENCIAL – EPOT
Altura do líquido em relação a um plano horizontal de refe-
rência (hd e hs), em metros.
ENERGIA TOTAL = EV + EP + EPOT
A AMT é sempre calculada nos flanges da bomba e é usual adotar como
plano horizontal de referência o que passa pela linha de centro do impelidor
para bombas horizontais e, para bombas verticais, o usual é a linha que passa
pelos centros dos flanges. Por esse motivo, as pressões devem ser corrigidas
para a linha de centro através da adição das cotas hs e hd. Caso os manôme-
tros estejam abaixo da L.C., os valores devem ser subtraídos. Na realidade, o
plano de referência poderia ser qualquer um, pois não alteraria o resultado
porque estaríamos alterando igualmente a altura de sucção e de descarga.
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
2gV2
�10P
EV =
Ep =
Epot = h
LEVANTAMENTO DA AMT
FI
Pd
Ps
L.C.
Medidorde vazão
hd
hs
Vs
Vd
![Page 107: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/107.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas110110
AMS (m) =10 x PS
�+
VS2
2g+ hs
AMD (m) =10 x PD
�+
VD2
2g+ hd
AMTAMDAMSPsPdVsVd�
ghs
hd
AMT = AMD – AMS =10 x (Pd – Ps)
�+
Vd2 – VS
2
2g+ (hd – hs)
– Altura manométrica total em metros
– Altura manométrica (energia) na descarga
– Altura manométrica (energia) na sucção
– Pressão de sucção no flange da bomba em kgf/cm2
– Pressão de descarga no flange da bomba em kgf/cm2
– Velocidade média de escoamento na linha de sucção em m/s
– Velocidade média de escoamento na linha de descarga em m/s
– Peso específico do líquido bombeado em gf/cm3 (numericamente
igual à densidade)
– Aceleração da gravidade local em m/s2. Ao nível do mar g = 9,8m/s2
– Altura do manômetro de sucção em relação a um plano de
referência em metros
– Altura do manômetro de descarga em relação a um plano de
referência em metros
Usando as unidades apropriadas, podemos expressar as alturas mano-
métricas como:
Altura manométrica de sucção
Altura manométrica de descarga
A energia cedida pela bomba (AMT) para a vazão em questão será igual
à diferença entre as energias na descarga e na sucção.
Pense eAnotePense eAnote
EQUAÇÃO 3EQUAÇÃO 3
EQUAÇÃO 2EQUAÇÃO 2
EQUAÇÃO 1EQUAÇÃO 1
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 111111
1. As velocidades devem ser calculadas na mesma seção da tubulação emque foi medida a pressão (ver Obs. 3).
2. Os valores de hs ou hd, altura dos manômetros, devem ter seus sinaisinvertidos nas fórmulas se estiverem abaixo da linha de centro dabomba.
3. Embora falemos em energia nos flanges da bomba para definir a AMT,as pressões e as velocidades são usualmente medidas um pouco antesdo flange de sucção e um pouco depois do flange de descarga dabomba. As perdas de carga entre esses pontos de medição e os flangesda bomba são consideradas desprezíveis. Lembramos que manômetrosmuito próximos a acidentes de tubulação, tais como curvas, válvulas,ou a própria bomba, tendem a fornecer leituras falsas devido aoturbilhonamento provocado no líquido. O ideal é que os manômetrosestejam afastados pelo menos 5 diâmetros dos acidentes da tubulação.
4. Os termos hd e hs são correspondentes à correção da pressão para alinha de centro da bomba.
VsVdQAsAdDsDd2,78 e 3,54
– Velocidade média de escoamento na sucção em m/s– Velocidade média de escoamento na descarga em m/s– Vazão em m3/h– Área interna da tubulação de sucção em cm2
– Área interna da tubulação de descarga em cm2
– Diâmetro interno da linha de sucção em cm– Diâmetro interno da linha de descarga em cm
– Fatores para compatibilizar as unidades empregadas
As velocidades usuais de escoamento na sucção e na descarga das bom-
bas costumam ser inferiores a 3m/s. Estas velocidades podem ser facil-
mente obtidas, dividindo-se a vazão pela área interna da respectiva tubu-
lação. Os valores dessas áreas estão listados na Tabela 18.
Quando queremos obter um valor de AMT com precisão, usamos a
fórmula da equação 3. Nos casos em que a diferença entre a pressão de
descarga e a de sucção ultrapassa os 3kg/cm2, as parcelas de energia de
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
Vs =2,78 x Q
AsVd =
2,78 x QAd
V = QA
=3,54 x Q
Ds=
3,54 x QDd
EQUAÇÃO 4EQUAÇÃO 4
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas112112
EQUEQUEQUEQUEQUAÇÃO 5AÇÃO 5AÇÃO 5AÇÃO 5AÇÃO 5
Pd e Ps – kgf/cm2
EQUEQUEQUEQUEQUAÇÃO 5AÇÃO 5AÇÃO 5AÇÃO 5AÇÃO 5
AMT =10 X (Pd – Ps)
�
� – gf/cm3 (ou densidade) AMT – m
velocidade e as referentes à diferença das cotas hs e hd, geralmente da or-
dem de 0,30 ou 0,40m, ficam pequenas em relação à parcela da energia de
pressão. Portanto, numa primeira aproximação, elas podem ser desconsi-
deradas para efeito de avaliação rápida de campo, ficando a AMT como:
Para levantar a AMT, de acordo com a equação simplificada 5, só é
necessário saber o peso específico � (ou a densidade) do líquido que está
sendo bombeado e dispormos de dois manômetros confiáveis, um na suc-
ção (Ps) e outro na descarga da bomba (Pd).A curva da Figura 50 mostra que, para cada vazão, temos uma AMT cor-
respondente e, à medida que a vazão vai aumentando, a AMT vai sendo re-
duzida. Essa curva é típica de uma bomba centrífuga radial ou tipo Francis.
De posse dessa curva, calculando a AMT, podemos estimar a vazão, ou
o inverso: sabendo a vazão, podemos obter a AMT.
Se, no sistema em que a bomba estiver instalada, tivermos um instru-
mento que indique a vazão, calculando a AMT, podemos avaliar se a bom-
ba está em bom estado, ou seja, com o desempenho em conformidade
com a curva original. Caso não esteja, se as medições efetuadas forem con-
fiáveis, é provável que a bomba esteja desgastada.
Perda de carga são as perdas de energia (pressão) que ocorrem devi-
do aos atritos, mudanças de direção e choques que acontecem quando
um líquido escoa numa tubulação. Essas perdas crescem quando aumen-
tamos a velocidade de escoamento, ou seja, quando aumentamos a va-
zão para um mesmo diâmetro de linha. Se, num trecho de linha hori-
zontal, para uma determinada vazão, temos em seu início uma pressão
de 8kgf/cm2 e no final uma pressão de 7kgf/cm2, dizemos que a perda
de carga no trecho foi de 1kgf/cm2, ou, o que é equivalente, de 10m de
coluna de água. A perda de carga irá variar com a vazão. Quanto maior a
vazão, maior a perda.
A AMT pode ser considerada como uma coluna de líquido que a bom-
ba fornece para a vazão em questão. Daí a AMT ser também chamada de
MCL (Metros de Coluna de Líquido). A bomba, cuja curva está representa-
da na Figura 50, na vazão de 70m3/h, forneceria uma coluna de 86 metros
Pense eAnotePense eAnote
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 113113
FIGURA 52
do líquido bombeado. Essa coluna de líquido é somada à coluna já exis-
tente na sucção, que pode ser positiva, nula ou negativa (bombas traba-
lhando com a sucção sob vácuo).
Na Figura 52, se desprezarmos as perdas de carga na tubulação, a dife-
rença de altura H entre os níveis dos dois reservatórios seria equivalente
à AMT fornecida pela bomba. À medida que elevássemos o reservatório 2
(aumentando o H ou a AMT), a vazão da bomba seria reduzida. Existe uma
altura, a partir da qual a bomba não mais conseguirá bombear, passando
sua vazão a ser nula.
Na Figura 50, o ponto de vazão nula mostrado corresponde a uma AMT
de 90m. Esse valor é conhecido como AMT de vazão nula, ou, em inglês,
como shutoff da bomba. Quando fechamos completamente a válvula de
descarga de uma bomba centrífuga, estamos nessa condição.
Notar que não definimos qual era o líquido quando falamos da curva
AMT x vazão. Essa curva é válida para qualquer fluido (líquido ou gás), seja
ele água, GLP, gasolina ou ar. A bomba representada pela curva da Figura
Pense e AnotePense e Anote
AMT IGUAL A H, DESPREZANDO PERDAS
Reservatório 2
Bomba
Reservatório 1
H
Reservatório 2
BombaReservatório 1
H
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas114114
FIGURA 53
50, trabalhando com qualquer dos fluidos citados, para uma vazão de
90m3/h, forneceria 80 metros de AMT ou de MCL. Essa curva caracteriza
a bomba, daí seu nome de curva característica. A exceção de seguir esta
curva fica por conta dos líquidos com viscosidade alta que, por terem
um atrito muito elevado, necessitam de fatores de correções, os quais
modificam a curva.
A altura da coluna de líquido que a bomba fornece é igual para os flui-
dos citados, mas esta coluna representa uma pressão diferente para cada
um deles em função da modificação do peso específico (ou densidade).
A bomba da curva da Figura 50, com 90m3/h de vazão, teria AMT = 80m,
que seria igual para os quatro fluidos: água, GLP, gasolina e ar. Desprezan-
do a variação de velocidade entre a sucção e a descarga, ou seja, conside-
rando toda a energia cedida sendo transformada em pressão, teríamos os
valores mostrados na Figura 53.
Como cada fluido possui um peso específico diferente, a coluna de líqui-
do de 80m fornecida pela bomba corresponderá a um acréscimo de pres-
são diferente para cada um deles. No caso de estar bombeando água na vazão
acima, o acréscimo de pressão seria de 8kgf/cm2. Bombeando GLP, daria
4,0kgf/cm2, e com gasolina daria 6,0kgf/cm2 de acréscimo. Se estivéssemos
bombeando ar, daria apenas 0,01kgf/cm2, valor esse que seria tão baixo que
nem seria notado no manômetro normal de uma bomba.
P =� x H
10P – kgf/cm2
g – gf/cm3
H – m
Pense e AnotePense e Anote
H = 80m
AMT DE 80M FORNECIDA PELA BOMBA PARA A VAZÃO DE 90M3/H
PI PI PI PI
Fluido
AMT ou H – m
Peso espec. � – gf/cm/3
Pressão P – kgf/cm2
P =� x H
10
Água fria
80
1
P =1 x 80
10= 8,0
GLP
80
0,5
P =0,5 x 80
10= 4,0
Gasolina
80
0,75
P =0,75 x 80
10= 6,0
Ar
80
0,0013
P =0,0013 x 80
10= 0,01
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 115115
FIGURA 54
PROBLEMA 2
Quanto maior o desgaste da bomba, mais a curva de AMT x vazão fica
afastada da curva prevista. Assim, se o sistema tiver um medidor de va-
zão e com o uso de manômetros aferidos, um na sucção e outro na des-
carga, podemos fazer uma avaliação do seu estado. Não há necessidade
de levantar toda a curva, basta um ponto. Quando não temos instrumen-
to para indicar a vazão, ou ele não é confiável, é usual medir a pressão na
condição de vazão nula (shutoff), ou seja, com a válvula de descarga fe-
chada. Nesse tipo de teste, temos de tomar cuidado para evitar que o lí-
quido no interior da bomba venha a aquecer e acabe vaporizando. Por-
tanto, esse teste deve ser bem rápido. No caso de produtos com condi-
ções próximas da vaporização, não é aconselhável esse tipo de teste.
Uma bomba centrífuga, cuja curva característica de AMT está representada
na Figura 50, bombeando gasolina (� = 0,75gf/cm3) com a vazão de 70m3/h,
apresenta na sucção a pressão de 1,4kg/cm2 e na descarga, 7,8kgf/cm2.
Avaliar se a bomba está em bom estado.
Calculando a AMT pela equação 5, temos:
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
AMT =10 . (Pd – Ps)
� =
10 . 7,8 – 1,40,75
= 85,3m
PERDA DE AMT DEVIDO AO DESGASTE INTERNO DA BOMBA
AMT x vazãoAMT ou H – metros
Vazão – m3/hModelo 3 x 2 x 8 Dia = 200mm 3.550rpm
Em boascondições
EQUAÇÃO 5EQUAÇÃO 5
Com desgaste
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas116116
PROBLEMA 3
ResumoResumo
Altura manométrica total (AMT) ou head ou carga ou
metros de coluna de líquido (MCL) é a energia cedida
pela bomba por unidade de peso. É expressa em
metros ou pés.
Para cada vazão, a bomba cede uma AMT,
independente do líquido que esteja sendo bombeado.
Com a mudança de líquido, a pressão de descarga é
que irá variar.
Pela Figura 50, entrando com a vazão de 70m3/h, encontramos 86m
para AMT, valor bem próximo dos 85,3m verificados.
Logo, a bomba pode ser considerada em bom estado.
Estimar a vazão de uma bomba cuja curva característica de AMT está repre-
sentada na Figura 50. Considerar que ela se encontra em bom estado e bom-
beando um líquido com as pressões de 2,5kgf/cm2 na sucção e de 8,9kgf/cm2
na descarga. A densidade do líquido é de 0,8 e sua viscosidade é baixa.
Sabemos que a densidade é igual ao peso específico quando expresso em
gf/cm3 (� = 0,8 gf/cm3).
Cálculo da AMT fornecida pela bomba:
Entrando na curva da Figura 50 com a AMT = 80m, obtemos a vazão
Q = 90m3/h.
A bomba em bom estado, nas condições dadas no problema, teria uma
vazão de 90m3/h. Se estivesse desgastada, a vazão ficaria dependente das
folgas dos anéis de desgaste, do estado do impelidor e da carcaça. Com o
desgaste equivalente ao mostrado na Figura 54, para esta mesma AMT de
80m, a vazão seria reduzida de 90m3/h para 78m3/h.
Pense eAnotePense eAnote
AMT =10 X (Pd – Ps)
�=
10 X (8,9 – 2,5)0,8
= 80m
EQUAÇÃO 5EQUAÇÃO 5
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 117117
AMT =10 X (Pd – Ps)
�
Podemos calcular a AMT, de forma simplificada, pela fórmula:
AMT em metros
Pd e Ps – Pressão de descarga e de sucção em kgf/cm2
� – Peso específico em gf/cm3 ou densidade
Uma bomba em boas condições terá seu ponto de trabalho sobre sua
curva de AMT x vazão. Portanto, a AMT é um excelente método para ava-
liar se uma bomba está desgastada.
Cavitação, NPSH disponívele NPSH requeridoQuando a vaporização do líquido no interior da bomba atinge uma certa
intensidade, ocorre um forte ruído, como se ela estivesse bombeando
pedras. A vibração da bomba fica elevada e os ponteiros dos manômetros
de sucção e de descarga oscilam. A pressão de descarga e a vazão ficam
prejudicadas. Os impelidores podem sofrer danos. Nos casos mais seve-
ros, a bomba pode perder a escorva e deixar de bombear.
Esse tipo de problema quase sempre é diagnosticado como cavitação
clássica da bomba, o que nem sempre é verdade. Como veremos, esses
mesmos sintomas também podem ser decorrentes da recirculação inter-
na ou da entrada de gases no líquido, cujos sintomas são bastante seme-
lhantes. Entretanto, as soluções desses problemas são bem distintas.
Quando a pressão de um líquido numa dada temperatura atinge a sua
pressão de vapor, tem início a vaporização. Na Figura 55, temos um grá-
fico representando a pressão de vapor da água em função da temperatu-
ra. Os pontos situados acima da linha de equilíbrio, parte branca, estão
na fase líquida e os abaixo, parte cinza, estão na fase vapor. Sobre a linha,
temos as duas fases, líquido e vapor, convivendo em equilíbrio. Um líqui-
do pode atingir a pressão de vapor mantendo-se a temperatura constante
e reduzindo-se a pressão (1– 2). Podemos também manter a pressão cons-
tante e aumentar apenas a temperatura (1– 4), ou alterar a pressão e a
temperatura simultaneamente (1– 3 ou 1– 5). A vaporização também
pode ocorrer com a redução da temperatura, como mostrado em (1– 6).
Numa bomba centrífuga até a entrada das pás do impelidor, o líquido ainda
não recebeu energia, logo, ainda não aqueceu. Se vaporizar nessa região, será
numa temperatura próxima da de sucção da bomba; portanto, deve ser pelo
processo 1– 2 da Figura 55, em que só a queda de pressão contribui.
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas118118
Temperatura (oC)
FIGURA 55
Pabs = Pman + Patm local
A pressão de vapor de um líquido é sempre expressa em valores de pres-
são absoluta: por exemplo, kgf/cm2A, barA, psia etc. Para sabermos se um
líquido está na eminência de vaporizar, temos de comparar a pressão de
vapor com a pressão absoluta do líquido e não com sua pressão manomé-
trica. A pressão absoluta é obtida somando-se a pressão indicada pelo ma-
nômetro (pressão relativa ou manométrica) à pressão atmosférica local.
Na Figura 38, vimos que existe uma perda de carga (queda de pressão)
entre o flange da bomba e a entrada das pás do impelidor. Imediatamen-
te antes das pás, temos a região de menor pressão. Então, caso ocorra
vaporização por problema de pressão no interior da bomba, este é um
dos locais mais prováveis.
Para cada vazão, a bomba irá requerer uma energia mínima por unida-
de de peso do líquido bombeado no flange de sucção (pressão e velocida-
de) para evitar que a pressão interna do líquido caia abaixo da pressão de
vapor, provocando a vaporização no seu interior. Essa energia no flange
de sucção recebe o nome de NPSH requerido pela bomba. Os fabricantes,
por meio de cálculos e de testes de bancada, fornecem a curva do NPSH
requerido versus vazão, cujo formato é mostrado na Figura 56.
O NPSH requerido é sempre determinado para água fria, expresso em
metros de coluna d’água, e crescente com a vazão. Cabe notar que sua curva
não se estende até a vazão nula, parando antes. Abaixo dessa vazão, passa
Pressão de vapor d’água
Pense eAnotePense eAnote
Líquido
Linha deequilíbrio
FI
Vapor
Pressão devapor – kgf/cm2A
CURVA DE PRESSÃO DE VAPOR D’ÁGUA
![Page 116: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/116.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 119119
FIGURA 56
NPSH vem de Net Positive Suction Head, quesignifica o valor da altura manométrica de sucção positivalíquida. O termo “net = líquida” corresponde à diferença entre aenergia disponível e a da pressão de vapor. O termo “positiva”indica que essa diferença tem de ser positiva, senão o líquidovaporizará. O termo “líquida” é o mesmo que usamos paracargas quando falamos em peso bruto e peso líquido.
O NPSH é equivalente a uma AMT head ou carga.
a predominar um outro fenômeno, chamado de recirculação interna, que
será visto mais adiante. Portanto, não podemos extrapolar o valor do NPSH
para vazões inferiores à fornecida pela curva do fabricante (Q1). Na reali-
dade, nessa região, os valores de NPSH requeridos aumentam significati-
vamente. Esses valores não são plotados pelos fabricantes por serem in-
fluenciados pelo sistema.
O sistema no qual a bomba se encontra instalada irá disponibilizar para
cada vazão uma energia no flange de sucção da bomba. Essa energia sob a
forma de energia absoluta (com pressão absoluta e velocidade), disponi-
bilizada no flange de sucção da bomba, acima da pressão de vapor, é de-
nominada NPSH disponível. É sempre expresso em metros ou em pés de
coluna de líquido bombeado.
O NPSH disponível é função apenas do sistema no qual a bomba se
encontra instalada.
NPSH disp
Q1 Vazão
NPSH disp
Q1 Vazão
Pense e AnotePense e Anote
Curva do fabricante Curva real
CURVA DE NPSH REQUERIDO PELA BOMBA
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas120120
PsPatmPvap�
VsQAhsDs
– Pressão manométrica no flange de sucção da bomba em kgf/cm2
– Pressão atmosférica local em kgf/cm2
– Pressão de vapor do líquido em kgf/cm2A
– Peso específico do líquido em gf/cm3 (numericamente igual
à densidade)
– Velocidade de escoamento do líquido em m/s
– Vazão da bomba em m3/h
– Área da seção interna da tubulação em cm2
– Correção da altura do manômetro em m
– Diâmetro interno da linha de sucção em cm
NPSH disp =10 x (Ps + Patm – Pvap)
�+
VS2
2g+ hs
com
Devido à dificuldade de medir a pressão no flange
de sucção, em geral, ela é medida um pouco
antes. A velocidade de escoamento deve ser
calculada no mesmo ponto de medida de pressão.
Considera-se que a perda de carga entre este ponto
e o flange é desprezível.
Por definição, o NPSH é calculado no flange de sucção da bomba com
referência a um plano horizontal. No caso das bombas horizontais, o pla-
no é o que passa pela linha de centro do impelidor. Nas bombas in-line e
nas verticais, o plano é na linha de centro do flange de sucção.
O NPSH disponível pode ser calculado pela fórmula:Pense e AnotePense e Anote
Vs = 2,78 x QA
= 3,54 x QDs
EQUAÇÃO 6EQUAÇÃO 6
EQUAÇÃO 4EQUAÇÃO 4
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 121121
FIGURA 57
10 x (Ps + Patm – Pvap)
�
VS2
2g
A equação 6 de cálculo do NPSH disponível é composta por três parce-
las de energia:
Energia de pressão na sucção acima da pressão de vapor
Energia de velocidade na sucção
hs – É simplesmente uma correção da pressão de sucção, como se ela esti-
vesse sendo medida na linha de centro que passa pelo impelidor (para
bomba horizontal).
Para uma mesma instalação, pela equação do NPSH disponível, equa-
ção 6, vemos que, ao variar a vazão, apenas dois itens serão alterados, a
pressão de sucção e a velocidade de sucção. Os demais permanecem cons-
tantes. Quando aumentamos a vazão, aumentamos a velocidade de esco-
amento Vs na linha de sucção. O aumento da velocidade eleva a perda de
carga entre o vaso de sucção e a bomba, reduzindo a pressão de sucção
Ps. A perda de energia com a redução de Ps é maior do que o ganho com
Vs. Portanto, o NPSH disponível cai com o aumento da vazão. Se colocar-
mos num gráfico os valores do NPSH disponível versus a vazão da bomba,
teremos uma curva semelhante à mostrada na Figura 58.
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
CÁLCULO DO NPSH DISPONÍVEL
Vs
Linhade centro
hs
Ps
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas122122
FIGURA 58
Para uma bomba funcionar sem vaporizar o produto internamente, de-
vemos ter sempre o NPSH disponível maior do que o NPSH requerido, para
a vazão desejada. Quando ocorre a vaporização, temos como conseqüên-
cia a cavitação.
Podemos saber a vazão máxima para trabalhar sem cavitar se plotar-
mos as curvas do NPSH requerido x vazão (Figura 56) e a de NPSH dispo-
nível x vazão (Figura 58) num mesmo gráfico (ver Figura 62).
Para melhor compreender o que vem a ser o NPSH, vamos examinar
como se comporta a pressão no interior de uma bomba centrífuga. Para
tal utilizaremos a Figura 38.
Vamos tornar a representar estas pressões no interior da bomba usan-
do pressões absolutas (pressão manométrica + pressão atmosférica local)
para que possamos comparar com a pressão de vapor, também mostrada
no gráfico, que sempre é expressa desta forma. Todas as pressões desta
figura estarão sob a forma de coluna de líquido.
Se a pressão interna da bomba for sempre superior à pressão de vapor do
líquido bombeado na temperatura de bombeamento, não teremos vapori-
zação (Figura 58A – lado esquerdo). Ao contrário, se, em algum ponto do
interior da bomba, tivermos uma pressão inferior à pressão de vapor, tere-
mos a vaporização, que resultará na cavitação (Figura 58A – lado direito).
Pense eAnotePense eAnote
CURVA DE NPSH DISPONIBILIZADO PELO SISTEMA
NPSH disp =Ps + Patm – Pvap
�+
VS2
2g+ hs
NPSH disp
Q1 Vazão
Perdas
Ps
hs
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 123123
FIGURA 58A
Bomba sem cavitação
Regiões
Tubulação de sucçãoFlange de sucçãoOlhal do impelidorEntrada das pásSaída do impelidorVolutaCone de saída
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
Pabs
Pvap
Pdescabs
Pressãoabsoluta
BOMBA OPERANDO SEM E COM VAPORIZAÇÃO
Pressãoabsolutaem colunade líquido
1.2.3.4.5.6.7.
Bomba com cavitação
Regiões
PabsPvap
Pdescabs
Pressãoabsolutaem colunade líquido
a b
7
5
4
6
1 2 3
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas124124
Como já havíamos chamado a atenção, a região de menor pressão é a
imediatamente antes das pás do impelidor, região 4. No ponto “a” (Figura
58A – lado direito) a pressão interna passa a ser menor do que a pressão
de vapor, o que levará à vaporização do líquido. Logo após as pás, o líqui-
do recebe energia do impelidor e a pressão interna aumenta, voltando a
superar a pressão de vapor, ponto “b”. A partir deste ponto, o vapor retor-
nará à fase líquida.
No bombeamento com vaporização, quase sempre a vaporização é par-
cial, ou seja, só uma parte do líquido é vaporizada. Vários pontos da re-
gião 4 não terão a pressão inferior à pressão de vapor. Se a vaporização
fosse total, a bomba ficaria completamente cheia de vapor, perderia a
escorva e deixaria de bombear totalmente.
Vejamos agora, de acordo com a Figura 59, montada a partir das Figu-
ras 38 e 58A, como representaríamos na figura o NPSH disponível e o NPSH
requerido.
Nesta figura, reproduzimos as energias de pressão absoluta (pressão
manométrica + atmosfética local) e de velocidade, já explicadas na Figura
38, e a energia total (energia de pressão + energia de velocidade) no flange
de sucção (região 2), para uma determinada vazão. As energias estão repre-
sentadas por colunas de líquido.
NPSH requerido, para uma determinada vazão, por definição, é a ener-
gia mínima total (pressão + velocidade) por unidade de peso que temos
de ter no flange de sucção da bomba para que não ocorra vaporização no
seu interior. Dispondo desta energia mínima, nenhum ponto no interior
da bomba estará com pressão abaixo da pressão de vapor. Como o ponto
de menor pressão é o 4 (antes das pás), o NPSH requerido será a diferença
entre a energia total na sucção (pressão + velocidade) e o valor da pressão
nesse ponto. Podemos dizer também que o NPSH requerido para uma va-
zão é a soma da perda de carga entre o flange de sucção e o ponto 4 (�P da
Figura 59) com a energia de velocidade no flange de sucção (v2/2g).
Para uma mesma vazão, se aumentarmos ou reduzirmos a pressão de
sucção da bomba, a curva da pressão total subirá ou descerá paralelamente
à indicada na figura, não alterando o valor do NPSH requerido, uma vez
que a perda de carga �P e a velocidade só dependem da vazão. O NPSH
requerido é uma característica apenas da bomba.
NPSH disponível por definição, para uma determinada vazão, é a ener-
gia total (de pressão + de velocidade) por unidade de peso que o sistema
disponibiliza no flange de sucção da bomba acima da pressão de vapor
(ver Figura 59). É uma característica do sistema no qual a bomba trabalha
e da pressão de vapor do produto na temperatura de trabalho.
Na Figura 59, estão representados dois casos. Do lado esquerdo, o NPSH
disponível é maior do que o NPSH requerido. Nesse caso, nenhum ponto
do interior da bomba fica com a pressão abaixo da de vapor; logo, não te-
Pense eAnotePense eAnote
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 125125
FIGURA 59
Energia de pressão =10 x Pabs
�
Energia de velocidade =V2
2g
Energia em mPabs – pman + Patm em kgf/cm2
� – Peso específico em gf/cm3 ou densidadeV – Velocidade média em m/sg – Aceleração da gravidade = 9,8 m/s2
no nível do mar
mos vaporização. Do lado direito, o NPSH disponível é menor do que o
requerido, permitindo então que a pressão na região 4 fique abaixo da pres-
são de vapor, o que levará à vaporização de parte do produto bombeado.
Bomba sem cavitaçãoNPSH disp > NPSH req
Pressão absolutae velocidade emcoluna de líquido
�P = perda de carga entre pt2 e pt4
Pense e AnotePense e Anote
CAVITAÇÃO, NPSH DISPONÍVEL E NPSH REQUERIDO PARA UMA DADA VAZÃO
Pressão absolutae velocidade emcoluna de líquido
7
5
4
6
1 2 3
Regiões
Pabs
Pvap
Pdescabs
Vsuc Vdesc
Velocidade
Pressãoabsoluta
v2
2g
�����P
Energia total= Epres + Evel
NPSHdisp
NPSHreq
Bomba com cavitaçãoNPSH disp < NPSH req
Regiões
v2
2g
PabsPvap
Vsuc
Pdescabs
Vdesc
Velocidade
Pressãoabsoluta
v2
2g
�����P
Energia total= Epres + Evel
NPSHdisp
NPSHreq
v2
2g
O líquido só irá vaporizar se a linha de pressãoabsoluta cair abaixo da pressão de vapor
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas126126
PROBLEMA 4
Pv = 0,3barA x1,02kgf/cm2
bar= 0,306kgf/cm2 A
Dados:
Ps = – 0,5kgf/cm2
h = 30cm = 0,30m
� água = 0,98gf/cm3
Q = 60m3/h
T = 70ºC
Tub = 4"sch 40
NPSH requerido = 2,5m
Patm = 1,033kgf/cm2 (nível do mar)
NPSH disponível = ?
A condição para que ocorra a vaporização é que o NPSH disponível seja
menor do que o NPSH requerido. É o que dá origem à cavitação clássica.
Uma pergunta que alguns se fazem: Por que a velocidade de escoamento
do líquido entra no cálculo do NPSH disponível se um líquido para vapo-
rizar só depende de sua pressão estática?
A resposta a esta pergunta está na Figura 59. O termo de velocidade no
flange de sucção, v2/2g, na realidade, não influi; ele é matematicamente
cancelado, uma vez que entra no NPSH requerido e no disponível. Para
evitar a vaporização, o que nos interessa é a diferença entre os NPSHs.
Uma bomba trabalhando ao nível do mar com a vazão de 60m3/h bombeia
água a 70ºC (� água = 0,98gf/cm3). A pressão indicada no manômetro de
sucção é negativa de 0,5kgf/cm2. O manômetro está 30cm acima da linha
de centro do impelidor. A tubulação em que está situado o manômetro é
de 4"sch 40. O fabricante informa que, para a vazão de 60m3/h, o NPSH
requerido é 2,5m. Analisar se teremos vaporização do líquido no interior
da bomba.
Para sabermos se haverá vaporização, devemos comparar o NPSH dis-
ponível com o NPSH requerido.
Para determinação da pressão de vapor do líquido é desejável dispor
de uma tabela. Podemos obter um valor aproximado pela Figura 25, na
qual temos para água (linha 26) com 70ºC (Pvap = 0,3bar).
(a pressão de vapor correta para água a 70ºC é 0,312barA).
Na Tabela 15, temos também que: 1bar = 1,02kgf/cm2
Da Tabela 18, com as dimensões de tubos, temos para 4"sch 40 (área = 82cm2).
Pense e AnotePense e Anote
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 127127
Vs =2,78 x Q
A=
2,78 x 60
82= 2,03m/s
NPSHdisp = 10 x (Ps + Patm – Pvap)�
+ Vs2
2g+ h =
= 10 x (– 0,5 + 1,033 – 0,306)0,98
+ 2,032
2 x 9,81+ 0,30
NPSHdisp =10 x 0,227
1+
4,1219,62
+ 0,30 = 2,27 + 0,21 + 0,30 = 2,78 ~ 2,8 m
Cálculo da velocidade de escoamento
Cálculo do NPSH disponível
O NPSH disponível = 2,8m está maior do que o NPSH requerido = 2,5m,
indicando teoricamente que não haverá vaporização. Mas, como a mar-
gem de NPSH (NPSHdisp – NPSHreq) está muito pequena, apenas 0,30m,
é possível que tenhamos problemas. Para bombeamento de água, seria
interessante dispor de uma margem maior.
A Figura 60 mostra as curvas de AMT x vazão de uma bomba operando
normalmente no encontro de sua curva com a curva do sistema (ponto 1), que
corresponde à vazão Q1 e AMT1. Se começasse a cavitar, dependendo da inten-
sidade, passaria a trabalhar no ponto 2, por exemplo, com a vazão Q2 e AMT2.
A bomba perdeu em vazão e em AMT devido às bolhas de vapor formadas no
impelidor. A queda de AMT é abrupta, quando a cavitação é significativa.
As normas utilizam essa queda de AMT para determinar o NPSH reque-
rido, o qual pode ser determinado por meio do NPSH disponível.
O API 610, que na parte hidráulica segue o Hydraulic Institute, define
o valor do NPSH requerido para uma determinada vazão como o que leva
a uma redução de 3% na AMT, bombeando água fria. Esse levantamento
pode ser realizado em uma bancada de teste.
Colocamos entre parênteses os dados correspondentes à Figura 61 para
facilitar o entendimento das explicações.
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
EQUAÇÃO 4
EQUAÇÃO 6EQUAÇÃO 6
EQUAÇÃO 4
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas128128
CURVA DE AMT X VAZÃO DE UMA BOMBA CAVITANDO
FIGURA 60
Inicialmente, a bancada de teste é ajustada para a vazão na qual que-
remos calcular o NPSH (suponhamos 200m3/h) e com uma pressão de suc-
ção que resulte num NPSH disponível alto (pt 1 = 9m), bem superior ao
NPSH requerido esperado (em torno de 6m), ou seja, a bomba estará ope-
rando sem cavitar.
Determina-se a AMT fornecida pela bomba para esta vazão (50m).
Inicia-se então a redução do NPSH disponível (8m, 7m, 6m, 5,5m
etc.). A cada redução, a vazão vai sendo ajustada para permanecer cons-
tante (200m3/h) e torna-se a medir a AMT (em torno de 50m). Os valo-
res de AMT versus NPSH disponível podem ir sendo plotados em um
gráfico. Com a redução gradativa do NPSH disponível, teremos um va-
lor (NPSH disp=5,5m) em que a cavitação da bomba faz com que ela
tenha uma perda acentuada da AMT (46m). Calculamos então a média
das AMTs dos pontos medidos antes de a bomba iniciar a queda da AMT
(no caso, os valores com NPSH disp > 6m – AMTmédia = 50m). Traça-
mos no gráfico uma linha com a queda de 3% desse valor médio da
AMT [(3/100) x 50 =1,5m].
Determinamos o NPSH disponível (5,6m) como o correspondente ao
ponto de encontro dessa linha com a curva traçada. O valor do NPSH dis-
ponível assim obtido é o NPSH requerido pela bomba testada na vazão de
200m3/h. Repetindo o teste para outras vazões, podemos traçar a curva
de NPSH requerido versus vazão da bomba.
Pense eAnotePense eAnote
CURVA DE AMT X VAZÃO DE UMA BOMBA CAVITANDO
Curva Rend x Vazãocavitando na vazão Q2
Curva Rend x Vazãosem cavitação
1
2
Curva do sistema
Curva AMT x Vazãosem cavitação
Curva Rend x Vazãocavitando na vazão Q2
Queda deAMT p/vazão Q2
AMT �
Q2 Q1Vazão
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 129129
Examinando a equação 6, podemos alterar, numa bancada de teste, o
valor do NPSH disponível por meio de mudanças em Ps, Pvap ou �. A
velocidade de sucção Vs está amarrada, uma vez que estamos testando o
NPSH para uma vazão fixa. A pressão atmosférica e o valor da aceleração
da gravidade são características do local onde se encontra a bancada. O hs
é simplesmente a correção da cota do manômetro; portanto, sua altura
não modificará o NPSH a ser calculado. Usualmente, a redução do NPSH
disponível é realizada pela redução da pressão na sucção. As bancadas de
teste utilizam três métodos:
Restringindo a válvula de sucção.
Reduzindo o nível do reservatório de sucção.
Aumentando o vácuo no vaso de sucção (válido, somente, quando o
teste é realizado em circuito fechado).
Um outro modo de baixar o NPSH disponível seria aumentar a tempe-
ratura do líquido na sucção, o que elevaria a pressão de vapor Pvap e,
conseqüentemente, reduziria o NPSH disponível. Variando a temperatura,
modificaríamos, além da Pvap, o peso específico � do líquido. Esse méto-
do não é muito usado, prevalecendo o da redução de pressão na sucção.
NPSH disponível (m)
DETERMINAÇÃO DO NPSH REQUERIDO
FIGURA 61
NPSH disp = 10 x (Ps + Patm – Pvap)�
+VS
2
2g+ hs
a
b
c
Determinação do NPSH requerido p/ 200 m3/h
AMT (m)
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
Média AMT
0,3 X 50 = 1,5
Pt 8
Pt 4 Pt 3 Pt 2 Pt 1
NPSH req
DETERMINAÇÃO DO NPSH REQUERIDO
a
b
c
EQUAÇÃO 6EQUAÇÃO 6
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas130130
VAZÃO MÁXIMA EM FUNÇÃO DO NPSH
FIGURA 62
É interessante chamar a atenção para o fato de que, na determinação
do NPSH requerido, a bomba já está perdendo em desempenho, ou seja,
3% de AMT. Logo, a bomba já está cavitando. Na realidade, o líquido co-
meça a vaporizar bem antes, com um NPSH disponível acima do requeri-
do, mas não notamos perda de desempenho. É o que chamamos de cavi-
tação incipiente, a qual já pode estar causando danos ao impelidor. Isso
acontece bastante no bombeamento de água fria.
A conclusão é que, com o NPSHdisp = NPSHreq, a bomba já estará ca-
vitando, embora com pequena intensidade. Por esse motivo, é sempre de-
sejável manter uma margem de NPSH, que alguns definem como diferen-
ça (NPSHdisp – NPSHreq) e outros, como a relação (NPSHdisp/NPSHreq).
Quanto maior o crescimento do volume do líquido ao vaporizar, maior
deverá ser essa margem. A água fria é um dos piores produtos no que concer-
ne a esse aspecto, como veremos adiante. Como na vaporização os produtos
de petróleo crescem bem menos de volume do que a água, alguns estudos
sugerem reduções para seus valores de NPSH requeridos. A norma API não
aceita essas reduções, permanecendo os mesmos valores válidos para água.
Colocando as curvas de NPSH disponível e do requerido num mesmo
gráfico, Figura 62, vemos que o NPSH disponível no flange da bomba cai
com o aumento de vazão, enquanto o NPSH requerido aumenta com a
vazão. Logo, quanto maior a vazão, menor a margem de NPSH. O ponto
de cruzamento das duas curvas fornece a vazão máxima teórica com que
a bomba pode trabalhar sem cavitar.
Ocorrendo a vaporização do líquido no interior da bomba, teremos a
formação de bolhas de vapor. Elas se chocarão e crescerão de tamanho. Se a
quantidade vaporizada de líquido for muito pequena, é provável que não
notemos nenhum ruído, nem perda de desempenho da bomba. Por outro
Pense eAnotePense eAnote
VAZÃO MÁXIMA EM FUNÇÃO DO NPSH
NPSH requeridoCaracterística da bomba
NPSH disponívelCaracterística do sistema
Vazão
NPSH (m)
Q Qmax
Margemde NPSH
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 131131
IMPLOSÃO DAS BOLHAS DE VAPOR COM ARRANCAMENTO DO MATERIAL
FIGURA 63
lado, se a quantidade vaporizada for muito elevada, as bolhas formadas
ocuparão o espaço que deveria ser do líquido, prejudicando sua passagem
pelo impelidor, reduzindo o desempenho da bomba e fazendo com que a
vazão e a pressão de descarga sejam prejudicadas ou até inviabilizadas.
As bolhas de vapor formadas são impulsionadas pelo impelidor e tam-
bém arrastadas pelo líquido, atingindo regiões com maior pressão (ver
Figura 59). Ao atingir essas regiões, as bolhas entrarão em colapso, re-
tornando à fase líquida. A pressão interna da bolha de vapor é a própria
pressão de vapor. Quando a pressão externa for superior, ela retornará à
fase líquida.
O ruído e a vibração que ouvimos não são decorrentes da vaporiza-
ção do líquido, mas sim do retorno do vapor à fase líquida. Esse retorno
é denominado de implosão das bolhas (implosão é o oposto de explo-
são). Essa mudança súbita de fase gera ondas de choques que se trans-
formam em vibração.
Quando as bolhas de vapor retornam à fase líquida, o volume ocupa-
do pelo líquido é muito inferior ao do vapor. Instantaneamente, fica um
vazio que será preenchido pelo líquido, criando um jato de líquido, con-
forme mostrado na Figura 63. Se estas bolhas estiverem no meio da cor-
rente líquida, não acarretarão danos, mas se estiverem próximas das pa-
redes metálicas da bomba, em face da não-existência de líquido junto às
paredes para preencher a bolha, o jato será formado no sentido da pare-
de, atingindo a superfície metálica com alta velocidade e pressão.
Implosão das bolhas
Pext
Bolha inicial Início do colapso
Formação do microjato Arrancamento de material
Microjato
Pense e AnotePense e Anote
PvPv
Pv Pv
IMPLOSÃO DAS BOLHAS DE VAPOR COM ARRANCAMENTO DO MATERIAL
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas132132
TABELA 23
Temperatura (oC)
40
70
100
200
Água (a)cm3/g
1,0078
1,0225
1,0434
1,1568
Vapor (b) cm3/g
19.550,3
5.045,4
1.672,52
127,1
Aumento de volume b/a
19.398
4.934
1.603
110
Fadiga é o fenômeno da redução da resistência de um materialdevido a esforços repetitivos, como no caso de um arame queacaba partindo quando ficamos dobrando-o para um ladoe para o outro seguidamente na mesma seção.
Com a bomba operando na condição de cavitação, são formadas mi-
lhares e milhares de pequenas bolhas continuamente, que acabam implo-
dindo. É como se tivéssemos um martelamento contínuo na superfície
metálica, ocasionando fadiga do material com o posterior arrancamento
de partículas do metal.
A região de implosão das bolhas costuma ser logo após o início das
pás. Nessa região, o líquido já está recebendo energia do impelidor e,
portanto, aumentando a pressão. Quando essa pressão ultrapassa a pres-
são de vapor, temos o colapso das bolhas. Na região da implosão, é que
ocorre o arrancamento do material.
Quando um líquido vaporiza, temos um aumento considerável de vo-
lume, e quando ele condensa, temos o inverso, uma redução considerá-
vel do volume. A seguir, mostramos uma tabela com o volume específico
da água saturada e do vapor em equilíbrio para diversas temperaturas.
Pense e AnotePense e Anote
VOLUMES ESPECÍFICOS DA ÁGUA E DO VAPOR
Volume específico é volume por unidade de massa.Na Tabela 23, mostramos quantos cm3 são necessários paraformar a massa de uma grama do líquido ou do vapor.
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 133133
FIGURA 64
Pela Tabela 23, vemos que cada grama de água vaporizada na tempera-
tura de 200ºC terá seu volume aumentado em 110 vezes. Já na temperatu-
ra de 40ºC, o aumento será bem maior, chegando a 19.398 vezes. Por isso,
quanto mais frio o líquido, maior a severidade do problema de cavitação.
Os produtos de petróleo apresentam um aumento de volume bem inferior
ao da água ao vaporizarem. Por isso, a cavitação é menos intensa compara-
tivamente, o que não quer dizer que não resultem em danos consideráveis.
A vaporização é uma transformação que necessita de calor para sua
realização. No caso da vaporização no interior da bomba, esse calor é re-
tirado do próprio líquido, fazendo com que ocorra um resfriamento nas
proximidades do ponto em que houve a vaporização. A perda de tempera-
tura reduz a pressão de vapor Pv, o que aumenta o NPSH disponível (ver
Figura 55 e equação 6).
Se não houvesse esse resfriamento, a intensidade da cavitação seria
maior. O resfriamento causado pela passagem de um líquido para vapor
fica evidente quando abrimos para a atmosfera um vent de uma linha
contendo GLP. Nesse caso, a temperatura cai tanto que condensa a umi-
dade do ar atmosférico, formando gelo.
A cavitação gera vibração, forte ruído, oscilação dos manômetros de
sucção e de descarga, perda de desempenho (vazão e pressão), além do
desgaste da bomba, principalmente do impelidor, pelo arrancamento de
partículas metálicas.
Agora que entendemos o que ocorre no interior da bomba, podemos
dizer que cavitação é o fenômeno de formação de bolhas de vapor por
insuficiência de energia na sucção da bomba (NPSHdisp< NPSHreq), cres-
cimento dessas bolhas e seu retorno à fase líquida (implosão), trazendo
todos os inconvenientes já citados. Chamamos essa cavitação de clássica
para não confundir com outras cavitações que podem ocorrer na bomba,
como a decorrente da recirculação interna, que será vista a seguir.
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
IMPELIDORES COM DESGASTE DEVIDO À CAVITAÇÃO
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas134134
ResumoResumo
Temos dois NPSHs (Net Positive Suction Head) que são expressos em metros ou empés. Um é o NPSH requerido: a energia mínima que a bomba necessita ter em seuflange de sucção para cada vazão. O outro é o NPSH disponível: a energia que osistema disponibiliza no flange de sucção da bomba para cada vazão.
Para que não haja cavitação, temos que ter NPSHdisp > NPSHreq.
Cavitação é o fenômeno que ocorre quando temos a vaporização do líquido bombeado,o crescimento das bolhas e a sua implosão.
O ruído e a vibração não são provenientes da vaporização, mas da implosão das bolhas.
A cavitação causa um ruído acentuado, desgaste no impelidor, vibração, oscilação daspressões, perda de vazão e de pressão.
O desgaste no impelidor é na parte visível da sucção, logo no início das pás.
Esses mesmos fenômenos acontecem quando temos recirculação interna e entrada degases na bomba.
A principal solução para a cavitação é aumentar a pressão de sucção, ou seja, aumentaro NPSH disponível.
O NPSH disponível pode ser calculado por:
NPSHdisp em mPs – Pressão de sucção kgf/cm2
� – Peso específico em gf/cm3 ou densidadePatm – Pressão atmosférica em kgf/cm2
Pvap – Pressão de vapor do líquido na temperatura de bombeamento em kgf/cm2AVs – Velocidade de escoamento na sucção em m/shs – Altura do manômetro em relação à linha de centro da bomba em mQ – Vazão em m3/hA – Área interna da tubulação em cm2
D – Diâmetro interno da tubulação de sucção
NPSHdisp =10 x (Ps + Patm – Pvap)
�+
VS2
2g+ hs
O nome de cavitação vem de cavidade, que significa vazio. No caso das
bombas, a cavitação se deve ao vazio formado na implosão das bolhas de vapor.
Vs =2,78 x Q
A=
3,54 x Q
D2
Pense eAnotePense eAnote
EQUAÇÃO 6EQUAÇÃO 6
EQUAÇÃO 4EQUAÇÃO 4
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 135135
FIGURA 65
Recirculação internaNo item anterior, vimos que a cavitação, devido à formação e à implosão
das bolhas, faz com que a bomba trabalhe com um ruído semelhante ao
de bombear pedras, forte vibração, oscilação dos ponteiros dos manôme-
tros e perda de vazão e de pressão. Na realidade existem três fenômenos
que podem levar a esses sintomas: a cavitação clássica, a recirculação in-
terna e a entrada de gases na sucção da bomba. Vamos entender como
cada um deles ocorre.
Já vimos o que é a cavitação clássica. Vamos entender agora o que vem
a ser recirculação interna.
Há algumas décadas, um fabricante de bombas preparou uma experiên-
cia nos Estados Unidos. Colocou uma bomba centrífuga numa bancada de
teste e convidou diversos interessados e especialistas em bombas, inclu-
sive concorrentes, para assistirem ao experimento.
Para facilitar a observação, as tubulações de sucção e de descarga foram
feitas de um material transparente chamado “plexiglass”. Na linha de suc-
ção, afastado alguns metros do flange, foi colocado um pequeno tubo que
permitia injetar o corante azul de metileno (ver esquema na Figura 65).
A bomba foi colocada em operação com a válvula de descarga total-
mente aberta. Era então injetado um pouco de corante, e podiam ser vis-
tos os veios coloridos de azul passar pela tubulação de sucção, entrar na
bomba e sair pela descarga, conforme era esperado.
A vazão foi sendo reduzida em etapas, por meio do fechamento gradativo
da válvula de descarga da bomba. Em cada uma destas etapas, era realizada
uma pequena injeção de corante. Quando foi atingida uma determinada va-
zão, as pessoas que estavam assistindo ficaram perplexas. As linhas azuis do
corante iam até o interior da bomba e voltavam vários metros na sucção,
tornavam a entrar na bomba e a voltar diversas vezes. Os presentes ao expe-
rimento estavam, naquele momento, tendo a oportunidade de ver o que
passou a ser conhecido como recirculação interna na sucção da bomba.
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
TESTE DE RECIRCULAÇÃO INTERNA REALIZADO NUMA BANCADA DE TESTE
Tubotransparente
Tubo para ejeçãode corante
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NPSHreq →→→→→ ftQ →→→→→ gpmN →→→→→ rpm
NPSHreq →→→→→ mN →→→→→ rpm Q →→→→→ m3/h ou m3/s
Velocidade específica de sucção é um númeroadimensional que caracteriza o projeto daentrada do impelidor. É semelhante àvelocidade específica da bomba quecaracteriza o impelidor como um todo.Por conveniência, são usadas unidades quenão se cancelam, sendo, portanto, necessárioespecificar quais estão sendo utilizadas.
NSS =N
NPSHreq
Q
Esse fenômeno é bem conhecido hoje em dia, mas ainda não é perfei-
tamente equacionado e só começou a aparecer com muita freqüência a
partir da década de 1970. Os projetistas das unidades, para economizar
em tubulações e fundações, começaram a projetar os vasos e as torres em
cotas mais baixas. Com isso, passaram a especificar bombas com NPSH
disponíveis menores. Para atender a essa solicitação, os fabricantes pas-
saram a projetar bombas com NPSH requerido menor.
Um dos modos de fazer essa redução é aumentando a área do olhal do
impelidor, reduzindo a velocidade e, conseqüentemente, a perda de car-
ga na sua entrada (�P da Figura 59).
Os novos projetos das bombas passaram a utilizar impelidores com as
velocidades específicas de sucção mais altas, o que eleva à vazão em que
tem início a recirculação.
As bombas passaram a ter uma faixa operacional muito mais estrei-
ta, chegando a vazão mínima a ser, em alguns casos, de apenas 75% a
80% do BEP.
NSS – Velocidade específica de sucção
Em unidades americanas
Em unidades métricas
Pense eAnotePense eAnote
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 137137
FIGURA 66
Valem as mesmas observações usadas na velocidade específica da bom-
ba, ou seja, os valores de Q e NPSHreq são os do BEP – Ponto de Máxi-
ma Eficiência com o impelidor de diâmetro máximo. Bombas de dupla
sucção devem ter sua vazão dividida por dois.
Existe um trabalho que mostra que as bombas projetadas com veloci-
dades específicas menores do que 11 mil (unidades americanas) falham
bem menos do que as projetadas acima desse número.
Toda bomba centrífuga é projetada para trabalhar com uma vazão e AMT
determinadas. É o BEP da bomba. Quando a bomba trabalha nessa vazão,
seu rendimento é máximo. Nessa condição, o líquido entra alinhado com
as pás do impelidor, tangenciando-as e causando o mínimo de turbulência.
À medida que vamos reduzindo a vazão, o ângulo de incidência come-
ça a ficar desfavorável (ver Figura 66). Se continuarmos reduzindo a vazão,
atingiremos um ponto em que haverá descolamento do líquido da pare-
de da pá do impelidor, criando um vazio, uma região de baixa pressão que,
como vimos, proporciona a vaporização do líquido e também favorece a
formação de vórtices (redemoinhos).
As bolhas formadas pela vaporização deslocar-se-ão para regiões de
maior pressão e retornarão à fase líquida (implosão), causando danos si-
milares aos da cavitação clássica.
Pá do impelidor
Ângulo deincidência no BEP
Ângulo deincidência combaixa vazão D1 D2
Rotação
Vórtices
Pense e AnotePense e Anote
UnderfilledOverfilled
RECIRCULAÇÃO INTERNA NA SUCÇÃO
Fluxo de recirculaçãona sucção
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FIGURA 67
Os vórtices formados se propagarão para a sucção, ocasionando um
fluxo contrário ao normal no interior da bomba. A recirculação, inicialmen-
te, fica restrita à sucção da bomba, daí receber o nome de recirculação da
sucção (ver Figura 66, lado direito).
Se a vazão continuar a cair, o fenômeno aumentará de intensidade, fa-
zendo com que os vórtices atinjam a descarga da bomba, e, nesse caso,
passaremos a ter a recirculação interna na descarga, também.
A bomba centrífuga tem uma vazão abaixo da qual esse fenômeno de
recirculação interna ocorrerá. Nas bombas de baixa energia (baixa potên-
cia e baixa AMT), a recirculação interna não causa grande preocupação, mas
nas bombas de alta energia os danos podem ser severos.
Existem diversas vazões mínimas numa bomba centrífuga. Nas folhas
de dados mais antigas, com mais de 20 anos, geralmente, a vazão míni-
ma citada era a vazão mínima térmica. Trabalhando com a vazão baixa, o
rendimento da bomba é reduzido, ou seja, maior percentual da energia
cedida pelo acionador irá virar calor, o que aumenta a temperatura do
líquido, podendo fazer com que vaporize.
Pense e AnotePense e Anote
VARIAÇÃO DA PRESSÃO DE SUCÇÃO E DA DESCARGA COM RECIRCULAÇÃO
Recirculação na sucção e iníciode recirculação na descarga
Pressão
Pressão dedescarga
Pressão de sucção
Vazão
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 139139
FIGURA 68
Nas bombas que trabalham próximo da linha de equilíbrio de fases,
um pequeno acréscimo de temperatura pode levar à vaporização (ver Fi-
gura 55). As bombas de água de alimentação de caldeira estão nesse caso.
Por isso, costumam possuir uma válvula de fluxo mínimo (Figura 128),
ou ter uma linha dotada de orifício de restrição que interliga a descarga
com o desaerador, garantindo assim uma vazão mínima para a bomba.
Essa vazão mínima que evita a vaporização pelo aquecimento do líquido
no interior da bomba recebe o nome de vazão mínima térmica.
Recentemente, com o aumento da preocupação com a recirculação
interna, as folhas de dados das bombas passaram a exigir do fabricante o
fornecimento da vazão mínima de recirculação interna ou vazão mínima
de operação estável, que costuma ser superior à vazão mínima térmica.
A norma API 610 define a vazão mínima estável em função da vibra-
ção. É a menor vazão que a bomba pode operar sem ultrapassar o limite
de vibração estipulado pela norma, que para bombas horizontais é de
3,9mm/s RMS (Figura 68).
Isto não quer dizer que toda bomba que trabalhe com vibração aci-
ma desse nível esteja com problemas de recirculação interna, uma vez
que desalinhamento e desbalanceamento, entre outros, também podem
contribuir para a vibração da bomba. Nesse caso, a norma API está se
referindo às vibrações de origem hidráulica, como é o caso da recircula-
ção interna. Teoricamente, a menor vibração de origem hidráulica ocor-
re com a bomba trabalhando próxima da sua vazão de projeto (BEP –
Ponto de Máxima Eficiência). Quanto mais afastada a vazão do BEP,
seja para cima ou para baixo, mais desfavorável o ângulo de entrada do
líquido no impelidor, provocando choques que tendem a aumentar a
vibração (Figura 68).
1
2
BEP
AMT
Vibração
70% BEP BEP 120% BEP Vazão
� 3,9mm/s RMS� 3,0mm/s RMS
3
4
1. Região permitida de operação limitada pelavibração
2. Região preferida de operação 70% a 120% do BEP3. Vibração máxima permitida nos limites de fluxo �
3,9mm/s RMS4. Limite de vibração para bomba horizontal
Pot <400 hp � 3,0mm/s RMS
Pens
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note
Pens
e e A
note
VAZÃO MÍNIMA DO API 610 EM FUNÇÃO DA VIBRAÇÃO
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas140140
FIGURA 69
Examinando um impelidor com sinais de perda de material, podere-
mos identificar se o problema foi ocasionado por cavitação clássica ou por
recirculação interna.
Quando temos cavitação, examinado o olhal do impelidor, o desgaste
tem início na parte visível das pás (região convexa).
Quando temos recirculação interna na sucção, o desgaste tem início
na parte não visível da pá, região côncava (próximo da região onde ocorre
a vaporização do líquido; ver Figura 69), sendo necessário um pequeno
espelho para ser vista. Quando a recirculação interna é na descarga, o
desgaste aparece na junção da saída das pás com as laterais do impelidor.
Nesse caso, ele é visível. Essa região fica cheia de poros devido à perda de
material. Quando os danos são na parte central de saída da pá, o desgaste
costuma ser decorrente da proximidade das pás do impelidor com a lin-
güeta da voluta ou com o difusor.
Alguns autores afirmam que o ruído provocado pela cavitação é mais
estável e repetitivo, enquanto o provocado pela recirculação interna é ale-
atório e mais alto.
Região de danos porrecirculação na sucçãoRegião de danos
por recirculaçãointerna na descarga
Região de danos porcavitação clássica
Pense eAnotePense eAnote
REGIÃO DE DANOS NO IMPELIDOR
Região de danos porcavitação clássica
Região de danos porproximidade com alingüeta da voluta
Região de danos por recirculaçãointerna na descarga
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 141141
FIGURA 69A
Dependendo da severidade da cavitação ou da recirculação interna, os
danos não ficam limitados apenas ao impelidor e podem atingir a carcaça
ou o difusor.
A região da carcaça próxima à lingüeta é de alta velocidade; logo, de
baixa pressão, podendo, portanto, vir a cavitar.
Na Figura 69A, temos um gráfico que permite uma previsão aproxima-
da da faixa de operação de vazão de uma bomba em função da velocidade
específica Ns e da velocidade específica da sucção NSS.
Para impelidores tipo Francis com Ns = 75, a vazão mínima seria de
35% da vazão do BEP com uma faixa de transição entre 35% e 45%, na
qual podem ocorrer instabilidades. Acima de 45%, seria uma região es-
tável (impelidores com olhais pequenos). Para olhais grandes, o percen-
tual de estabilidade seria aumentado, podendo chegar a 65% da vazão
do BEP. Com um impelidor axial, Ns = 200, a instabilidade pode come-
çar em mais de 80% da vazão do BEP – Ponto de Máxima Eficiência.
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
DETERMINAÇÃO DA VAZÃO MÍNIMA DE RECIRCULAÇÃO
Vazão mínima como um percentual da vazão do BEP
Faixa de trabalhoestável
Aumentando NSS
Faixa detransição
Ns = N
AMT 0,75
Q
N – rpmQ – m3/sAMT – m
Faixa de trabalhohidraulicamente instável
Bombas derefrigeração primária
Impelidores comolhais grandes ealta velocidadeespecífica de sucção
Geração nuclear: bombas decondensado booster, água dealimentação e aquecimento-drenagem
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas142142
ResumoResumo
Recirculação interna é um fenômeno que ocorre quando abomba está trabalhando com baixa vazão. Temos dois tipos:a recirculação interna na sucção e na descarga. A recirculaçãona descarga ocorre numa vazão mais baixa do que a da sucção.
Os sintomas são semelhantes ao da cavitação: ruído, vibração,oscilação das pressões, desgaste do impelidor.
O desgaste no impelidor ocorre na área da sucção no ladoinvisível da pá e necessita de um pequeno espelho para servisto quando está na fase inicial. Na área da descarga,o desgaste é na lateral das pás, na junção com os discos,na parte visível delas.
O percentual em relação à vazão do BEP – Ponto de MáximaEficiência, com o qual a bomba inicia a recirculação, estábastante ligado à velocidade específica (Ns) e à velocidadeespecífica de sucção (NSS) da bomba. Quanto maiores essesvalores, mais estreita a faixa de operação da bomba.
Uma das principais causas da recirculação interna é odescolamento do fluxo do líquido, que ocorre quando o ângulode sua entrada na pá do impelidor fica desfavorável.
A solução para a recirculação interna é o aumento de vazão.
Entrada de gasesA entrada de ar ou gases misturados com o líquido no interior da bomba, a
partir de um certo percentual, gera os mesmos fenômenos ocasionados pela
cavitação e pela recirculação interna, ou seja, ruído, perda de desempenho,
vibração, oscilação dos manômetros. A diferença é que as bolhas não são for-
madas por vaporização no interior da bomba, mas já entram com o líquido.
Um dos problemas da entrada de gás junto com o líquido é causado
pela separação que ocorre pela centrifugação. O ar tende a ficar junto ao
olhal do impelidor, prejudicando o fluxo.
Existem controvérsias sobre os danos causados pela entrada de ar.
Quanto à perda de desempenho, todos concordam. Quanto aos danos no
impelidor, alguns autores afirmam que a entrada de gases não causa da-
nos significativos às bombas, simplesmente reduz o desempenho pelo
Pense eAnotePense eAnote
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 143143
FIGURA 70
espaço ocupado pelos gases. Outros autores afirmam que os danos são
semelhantes aos causados pela cavitação.
Os gases podem já vir dissolvidos no líquido ou penetrar na tubulação
de sucção pelas juntas dos flanges quando a pressão de sucção é negativa.
Outros pontos de entrada de ar são na selagem por gaxetas e na tomada
da linha de sucção. Esta última, se não tiver a submergência adequada,
pode ocasionar a formação de vórtices (redemoinhos) (Figura 70).
Os casos mostrados na Figura 70 são decorrentes de erro de projeto.
Na parte de cima da figura, deveria existir uma chicana no reservatório
para evitar que o fluxo de líquido fosse lançado diretamente para a sucção
da bomba. Uma outra solução seria utilizar uma curva e mergulhar o tubo
de chegada no reservatório. Para o caso de baixo, uma solução seria au-
mentar a submergência do tubo de sucção ou colocar grades horizontais
flutuantes na superfície, em torno do tubo, para evitar a formação dos
vórtices (redemoinhos).
Até o teor de 0,5% em volume de gases no líquido, não é usual obser-
var qualquer efeito sobre o funcionamento da bomba. Quando valores de
5% ou 6% são atingidos, o funcionamento fica seriamente prejudicado,
podendo até fazer a bomba perder a escorva.
Em percentuais bem pequenos, os gases ou o ar podem até ser benéfi-
cos quando a bomba trabalhar cavitando. O ar forma um colchão de amor-
tecimento, atenuando os efeitos da implosão das bolhas e reduzindo o
ruído e a vibração.
Linha de sucção
Submergência
Vórtice Nível do líquido
Pense e AnotePense e Anote
ENTRADA DE AR E FORMAÇÃO DE VÓRTICES POR BAIXA SUBMERGÊNCIA
Ar + líquido
![Page 141: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/141.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas144144
FIGURA 71
Curva do sistema e ponto de trabalhoda bombaJá sabemos que a bomba trabalhará sobre um ponto de sua curva de AMT
x vazão. Mas em qual deles?
Para saber isso, é necessário conhecer o sistema no qual a bomba irá
trabalhar de modo que possamos calcular a curva desse sistema. A curva
do sistema representa as energias que necessitam ser vencidas para ir do
vaso de sucção ao de descarga para cada vazão.
Essas energias são: a diferença de pressão entre os dois vasos (�P), a
diferença de níveis (H) e a perda de carga (h1, h2 etc.) nas linhas de suc-
ção e de descarga em função da vazão. Se as pressões dos vasos e seus
níveis forem constantes, somente a perda de carga irá variar. Todas es-
sas perdas são expressas em metros de coluna. Quanto maior a vazão,
maior a perda de carga do sistema e, portanto, a curva do sistema será
ascendente com a vazão.
Pense e AnotePense e AnoteCURVA DO SISTEMA
![Page 142: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/142.jpg)
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Pelas curvas da Figura 72, a bomba trabalharia com 99m3/h e com a
AMT de 76m.
A bomba centrífuga sempre trabalhará no ponto de interseção da cur-
va da bomba com a curva do sistema.
Todavia, a maioria dos processos industriais necessita variar a vazão.
Os seguintes modos de controle são empregados com essa finalidade em
bombas centrífugas:
Recirculando a descarga para a sucção.
Alterando a curva do sistema.
Alterando a curva da bomba:
• Pela mudança do diâmetro do impelidor.
• Pela mudança da rotação.
• Pela colocação de um orifício no flange de descarga da bomba.
• Pelo ajuste das pás do impelidor.
• Pelo controle de pré-rotação.
Ligando e desligando bombas que operem em paralelo ou em série.
Controlando por cavitação.
FIGURA 72
A curva do sistema nos informa para cada vazão o quanto de AMT (head
ou carga) o sistema exigirá. Na vazão nula, só seria necessário vencer a
cota H e o �P, já que a perda de carga seria nula. A Figura 71 mostra a
curva de um sistema com as perdas de carga de 7, 20 e 40 metros corres-
pondentes às vazões de 60, 80 e 100m3/h, respectivamente.
Foi visto que a bomba terá de trabalhar sobre sua curva de AMT x va-
zão. O sistema também exige que a bomba trabalhe sobre sua curva. Se
colocarmos essas duas curvas num mesmo gráfico, o ponto de encontro
delas é o único que satisfará à bomba e ao sistema simultaneamente.
Portanto, esse será o ponto de trabalho.
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
PONTO DE TRABALHO
AMT (m)
m3/h
Curva do sistema
Ponto detrabalho
Curva da bomba
![Page 143: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/143.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas146146
FIGURA 73
Vejamos como os modos mais usuais funcionam.
Recirculando a descarga para a sucçãoConsiste em retornar parte da vazão bombeada para a sucção através de
uma válvula.
É um método pouco usado em bombas centrífugas por desperdiçar a
energia gasta bombeando o líquido que estaria sendo recirculado. É mais
utilizado em situações em que queremos garantir uma vazão mínima da
bomba, seja para evitar o aquecimento com vaporização do líquido bom-
beado, seja devido a problemas de recirculação interna ou, ainda, para
evitar esforço axial elevado.
As bombas de deslocamento positivo utilizam bastante esse método.
Se não houver um resfriamento do líquido recirculado, devemos colo-
car a linha de retorno o mais afastada possível da sucção da bomba, evi-
tando assim que o líquido já aquecido entre na bomba e receba mais ca-
lor, o que poderá levar à sua vaporização.
No caso de bombas axiais, esse método de controle é interessante,
porque nesse tipo de bomba a potência cai com o aumento da vazão.
Alterando a curva do sistemaEsse é o método mais usado em unidades de processo.
Consiste em utilizar uma válvula na linha de descarga, como, por exem-
plo, uma válvula de controle que, ao ser mais aberta ou fechada, aumenta
ou diminui a perda de carga na linha, alterando assim a curva do sistema.
Isso modificará o ponto de trabalho, como pode ser visto na Figura 74.
Não devemos nunca restringir o fluxo na linha de sucção das bombas
devido ao problema de cavitação.
Pense eAnotePense eAnote
RECIRCULAÇÃO DA DESCARGA PARA A SUCÇÃO
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 147147
FIGURA 74
Válvula 100% aberta – Q = 99m3/h AMT = 76m
Válvula 70% aberta – Q = 72m3/h AMT = 85m
Válvula 50% aberta – Q = 52m3/h AMT = 88m
Modificando a abertura da válvula, podemos obter qualquer vazão na
faixa de trabalho da bomba.
Alterando a curva da bombaTemos cinco modos de alterar a curva de uma bomba centrífuga: alteran-
do o diâmetro do impelidor; variando a rotação; colocando um orifício
no flange de descarga da bomba; ajustando o ângulo das pás do impeli-
dor; controlando a pré-rotação.
A alteração do diâmetro exige a abertura da bomba para sua execução,
portanto, não é um método que possa ser usado a toda hora.
Além disso, esse tipo de controle possui uma limitação, ou seja, o diâ-
metro mínimo do impelidor recomendado pelo fabricante, que costuma
ser em torno de 20% a 25% do diâmetro máximo. Quando uma válvula
de controle trabalha permanentemente com abertura inferior a 70% (mais
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
Vazão m3/h
VARIAÇÃO DO PONTO DE TRABALHO POR VÁLVULA DE CONTROLE
Ponto de trabalho x abertura de válvulaAMT (m)
Curva da bomba 50% 70% 100%aberta
A
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas148148
FIGURA 75
de 30% de fechamento), é uma ótima oportunidade para economizar
energia por meio da redução do diâmetro do impelidor. Não é interes-
sante que o corte leve a válvula de controle a trabalhar totalmente
aberta, porque, nesse caso, ficaria inviável um aumento de vazão numa
determinada necessidade do processo. O ideal é negociar com a equi-
pe de operação um valor seguro para cada caso específico antes de cal-
cular o corte do impelidor.
Para utilizar o controle por rotação, o acionador tem de possibilitar esse
recurso. As turbinas a vapor, os motores de combustão interna e os moto-
res elétricos com variadores de freqüência são os principais acionadores
que podem variar a rotação. Existem variadores hidráulicos a serem colo-
cados entre o motor elétrico e a bomba, que também cumprem essa fun-
ção. Esse modo de operar resulta em economia de energia quando com-
parado com a atuação da válvula na linha de descarga, uma vez que esta
reduz a vazão pelo aumento da perda de carga, ou seja, gastando parte da
energia cedida pela bomba.
Na Figura 75, temos a curva do sistema e três curvas da bomba corres-
pondentes a rotações ou diâmetros diferentes. O ponto de operação será
no encontro da curva do sistema com a curva da bomba. Os pontos de
operação seriam:
Pense eAnotePense eAnote
m3/h
N – RotaçãoD – Diâmetro impelidor
N1 > N2 > N3D1 > D2 > D3
VARIAÇÃO DA CURVA DA BOMBA COM O DIÂMETRODO IMPELIDOR OU COM A ROTAÇÃO
AMT (m)
N1 ou D1
N2 ou D2
N3 ou D3
Curva do sistema
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 149149
N1 ou D1 – Q = 95m3/h e AMT = 79m
N2 ou D2 – Q = 84m3/h e AMT = 63m
N3 ou D3 – Q = 72m3/h e AMT = 50m
FIGURA 76
Com a bomba em outras rotações ou com outros diâmetros, novos
pontos de operação poderiam ser obtidos. Posteriormente, o assunto será
abordado com maior profundidade.
O uso da placa de orifício junto ao seu flange de descarga (Figura 76),
permite fazer com que uma curva plana passe a ter uma inclinação, faci-
litando o controle por meio de válvula. A placa de orifício é usada em bom-
bas de baixa potência. Como a perda de carga no orifício aumenta com a
vazão, à medida que a vazão aumenta, a curva da bomba vai ficando mais
afastada da curva original. O orifício também pode ser usado para ajustar
a AMT (pressão) de uma bomba que a tenha em excesso e esteja traba-
lhando próximo do final da curva. Se cortarmos o impelidor nesse caso, a
vazão poderá não ser atendida.
O método de ajuste das pás do impelidor é aplicado em bombas de
fluxo misto ou axial de grandes dimensões, e o ganho de energia compen-
sa o custo desse sistema. Nesse caso, as pás do impelidor são pivotadas
no cubo do impelidor de modo que podem ser ajustadas, modificando a
curva da bomba.
Pense e AnotePense e Anote
MODIFICAÇÃO DO PONTO DE TRABALHO POR MEIO DEORIFÍCIO RESTRIÇÃO NO FLANGE DE DESCARGA
Q1 Q2 Q
AMT
AMT2
AMT1
Sem orifício
Com orifício
Curva do sistema
Perda decarga devidoao orifício
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas150150
FIGURA 77
140m3/h – 1 bomba funcionando
265m3/h – 2 bombas funcionando
370m3/h – 3 bombas funcionando
460m3/h – 4 bombas funcionando
O controle por pré-rotação é realizado por pás guias móveis que ficam
situadas na frente do impelidor. As pás do impelidor se mantêm fixas. É
um sistema semelhante aos usados em compressores, sendo utilizado ape-
nas em bombas de fluxo misto ou axial de elevadas vazões.
Esses sistemas de controle, ajuste de pás do impelidor e controle de
pré-rotação, não são normalmente empregados em bombas de refinarias.
Ligando e desligando bombas queoperem em paralelo ou em sérieEsse método é usado quando a variação de vazão é muito elevada, como
ocorre em unidades de processo que variam bastante a carga, como no
abastecimento de água de uma cidade (durante a noite o consumo cai
bastante), ou em alguns sistemas de água de refrigeração. Nesse caso,
em vez de usar bombas de grande capacidade, são utilizadas bombas
menores que vão sendo colocadas ou retiradas de operação de acordo
com a demanda.
No exemplo da Figura 77, poderíamos ter as seguintes vazões:
Pense e AnotePense e Anote
VARIAÇÃO DE VAZÃO LIGANDO E DESLIGANDO BOMBAS
AMT (m)
1 Bomba 2 Bombas 3 Bombas 4 Bombas
Sistema
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 151151
FIGURA 78
Controlando por cavitaçãoEsse método é empregado em pequenas bombas de condensado. Ele usa
o fato de a cavitação reduzir a vazão da bomba para controlar o nível da
bota do condensador.
Como a pressão no condensador é normalmente uma pressão muito
baixa (alto vácuo), o NPSH é crítico nesse tipo de aplicação. O NPSH dispo-
nível é praticamente o valor da cota “h” do nível da bota em relação à
bomba (Figura 78).
Para entender como funciona o sistema, vamos partir de uma situação
em equilíbrio, ou seja, a quantidade de condensado que chega à bota é
igual à que a bomba retira, o que garante o nível constante. Nessa situa-
ção, a bomba estaria operando, por exemplo, no ponto A com cerca de
92% da vazão máxima e com uma ligeira cavitação.
Suponhamos que o consumo de vapor da turbina caia, chegando menos
condensado na bota. Como inicialmente a bomba continua com a mesma
vazão, o nível h começará a cair e o NPSH disponível vai ser reduzido, fa-
zendo com que aumente a cavitação e, como conseqüência, caia a vazão da
bomba até o nível voltar a equilibrar-se no ponto B, 75% da vazão.
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
Pontos de operaçãocom cavitação
AMTPontos de operaçãosem cavitação
Curva do sistema
NPSHreq
NPSHdisp
NPSH completacavitação
CONTROLE DE CAPACIDADE POR CAVITAÇÃO
Condensador
Botah
Válvulaaberta
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas152152
ResumoResumo
A curva do sistema indica o quanto de energia o sistema exigirápara cada vazão.
Essa energia é composta pela diferença de níveis entre o vasode sucção e o de descarga, a diferença de pressão entre essesdois vasos e a perda de carga para a vazão em questão.
A bomba sempre irá trabalhar no ponto de encontro de suacurva de AMT x vazão com a curva de AMT x vazão do sistema.
O método mais usado na indústria para controle de vazão é autilização de uma válvula de controle na linha de descarga.O mais econômico, do ponto de vista de consumo de energia,é por meio da variação de rotação.
Caso ocorra o contrário, ou seja, um aumento do consumo de vapor
na turbina, teremos mais condensado chegando à bota e elevando seu
nível. Com isso, aumenta o NPSH disponível, aumentando a vazão da
bomba até que seja atingida uma outra vazão de equilíbrio correspondente
ao ponto C.
Para usar esse sistema, o material da bomba tem que ser apropriado
para suportar a cavitação, e a energia cedida em cada estágio da bomba
deve ser baixa, ou seja, inferior a 50m, para não potencializar os danos. A
grande vantagem desse sistema é a sua simplicidade, não exigindo todo
o aparato de uma malha de controle de instrumentação.
Conjugação de dois dos métodosanterioresPor exemplo: cortando o impelidor e usando uma válvula de controle na
descarga.
Embora tenhamos visto os métodos usualmente praticados para modifi-
car o ponto de trabalho, devemos ter em mente que toda bomba centrífuga
possui limitações de vazão, tanto de vazão máxima, quanto de vazão mínima.
Curvas características debombas centrífugasAs curvas características de uma bomba recebem esse nome por serem as
curvas que caracterizam seu desempenho.
Pense eAnotePense eAnote
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 153153
As curvas características são:
Altura manométrica total (AMT) x vazão
Potência x vazão
Rendimento (�) x vazão
NPSH requerido x vazão
A curva de potência muda com o produto bombeado em função do peso
específico. As outras curvas características independem do fluido, desde
que a viscosidade do mesmo seja baixa.
As curvas características são fornecidas pelos fabricantes das bombas.
Quando a bomba é importante para o funcionamento da unidade, para
ter certeza do seu desempenho, é comum pagar ao fabricante para le-
vantar as curvas de cada bomba na bancada de teste. A exceção fica por
conta da curva de NPSH requerido, que só é solicitada quando a diferen-
ça é pequena em relação ao NPSH disponível (normalmente quando in-
ferior a 1metro).
Curva de AMT x vazãoA altura manométrica total é também conhecida pelos nomes de carga da
bomba, head (em inglês), ou MCL (metros de coluna de líquido).
A AMT representa a energia cedida pela bomba por unidade de peso do
líquido bombeado.
FIGURA 79
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
AMT x vazão
AMT ou H – metros
Vazão m3/h
Modelo 3 x 2 x 8 dia 200mm 3.550rpm
CURVA TÍPICA DE AMT X VAZÃO DE UMA BOMBA CENTRÍFUGA
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas154154
FIGURA 80
Rendimento � =Potência fornecida ao líqudo
Potência recebida do acionador
Curva de rendimento x vazãoRendimento ou eficiência de uma bomba é a relação entre a potência que
ela fornece ao líquido e a potência recebida do acionador.
Por exemplo, a bomba está recebendo no seu eixo uma potência de
100hp. Se ela estiver cedendo ao líquido 60hp, seu rendimento será de
0,6 ou 60%.
Nesse caso, os 40% restantes do rendimento, correspondentes a 40hp,
estão sendo consumidos pelos atritos (dos mancais e do líquido), choques
e mudanças de direção do líquido no interior da bomba. Toda essa perda
de energia é transformada em calor. Parte desse calor aquece o líquido
bombeado e outra parte é transmitida para a atmosfera.
O rendimento da bomba é calculado com base na potência recebida
pelo seu eixo, não importando a potência de placa do acionador.
Na Figura 80, temos uma curva característica do rendimento de uma
bomba centrífuga que mostra sua variação com a vazão.
O rendimento cresce com a vazão até um determinado ponto, passa por
um valor máximo e começa a cair. Na curva mostrada, na figura acima,
esse valor máximo de rendimento da bomba ocorre na vazão de 80m3/h.
Pense eAnotePense eAnote
CURVA DE RENDIMENTO DE UMA BOMBA CENTRÍFUGA
Rendimento x vazão
Rendimento %
Vazão m3/h
BEP
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 155155
FIGURA 81
Tal ponto é o ponto de máxima eficiência, usualmente chamado de BEP
– Ponto de Máxima Eficiência (best efficiency point) da bomba. A va-
zão do BEP é a vazão para a qual a bomba foi projetada. O rendimento
é máximo porque o líquido entra no impelidor com o ângulo mais fa-
vorável em relação às pás, praticamente sem choques (ver Figura 66).
Por esse motivo, as bombas apresentam valores menores de vibrações
quando trabalham próximas desse ponto (ver Figura 68).
A curva de rendimento é válida para qualquer líquido, desde que a vis-
cosidade não seja alta. Sendo alta, deverá ser corrigida por meio de um
fator apropriado (ver Figura 110).
Curva de potência x vazãoNa Figura 81, temos uma curva característica de potência x vazão de uma
bomba centrífuga.
Nos catálogos gerais dos fabricantes, a curva fornecida é para água fria e
necessita ser corrigida se o líquido tiver peso específico diferente. Nos catá-
logos próprios da bomba, a curva mostrada geralmente já está corrigida.
Pela Figura 81, para a vazão de 90m3/h, temos que a potência consu-
mida pela bomba é de 38hp.
Potência x vazão
Potência em hp
Vazão m3/h
Curva para água � 1gf/cm3 Modelo 3x2x8 3.550rpm
Pense e AnotePense e Anote
CURVA DE POTÊNCIA DE UMA BOMBA CENTRÍFUGA
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas156156
EQUEQUEQUEQUEQUAÇÃO 7AÇÃO 7AÇÃO 7AÇÃO 7AÇÃO 7
Pot�HQ�
– Potência em hp
– Peso específico em gf/cm3 ou densidade
– AMT em metros
– Vazão em m3/h
– Rendimento
EQUEQUEQUEQUEQUAÇÃO 7AÇÃO 7AÇÃO 7AÇÃO 7AÇÃO 7
PROBLEMA 5PROBLEMA 5PROBLEMA 5PROBLEMA 5PROBLEMA 5
AMT = H = 80m
� = 70% = 0,70
Pot =�.H.Q274�
=1 x 80 x 90274 x 0,70
= 37,54hp
A potência consumida por uma bomba pode ser obtida pela fórmula:
Como vemos, a potência é diretamente proporcional ao peso específi-
co �. Se ele cair pela metade, a potência cairá também pela metade. Como
essa curva é feita para água (g = 1gf/cm3), para saber a potência consumi-
da por outro líquido, basta multiplicar o valor achado para a curva para
água pelo valor do peso específico ou densidade do novo líquido.
Se o líquido for viscoso, H, Q e � sofrerão correções e, conseqüente-
mente, a potência mudará (Figura 110).
Calcular a potência consumida por uma bomba que possui as curvas carac-
terísticas de AMT e de rendimento, segundo as Figuras 79 e 80, bombean-
do água fria (�=1,0gf/cm3) na vazão de 90m3/h.
Da Figura 79, temos para 90m3/h:
Da Figura 80, temos para 90m3/h:
De acordo com a equação 7, para água temos:
Pense e AnotePense e AnotePot =
�.H.Q274 �
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 157157
Como era esperado, devido ao peso específico (ou densidade) do GLP
ser a metade do peso específico da água, a potência para GLP foi exata-
mente a metade da potência para água.
Modificando o líquido bombeado e mantendo a mesma vazão, altera-
mos a potência e a pressão de descarga da bomba. Temos de tomar cuida-
do quando a bomba de um produto vai bombear outro, como no caso de
lavagem de uma unidade, onde é comum o bombeio de água pelas bom-
bas. Se a bomba tiver sido selecionada para um líquido leve e for traba-
lhar com água, que possui � = 1gf/cm3, a potência consumida para a
mesma vazão aumentará. O acréscimo de pressão fornecido pela bomba
também aumentará. Portanto, temos de avaliar se os equipamentos exis-
tentes na descarga suportam essa nova pressão e se o motor da bomba
está dimensionado para essa nova condição.
No gráfico da Figura 81, note que a potência é crescente com a vazão,
o que é próprio da bomba centrífuga radial. Mais adiante, veremos que
isso não ocorre com as bombas axiais.
A corrente de partida de um motor elétrico pode atingir até seis ve-
zes a corrente nominal. Por esse motivo, devemos partir a bomba cen-
trífuga, exigindo a menor potência possível do motor, ou seja, com a
menor vazão, que corresponde à descarga fechada. Assim, teremos uma
aceleração mais rápida, evitando que o motor fique submetido muito
tempo a uma corrente alta, o que, além de encurtar a vida do enrola-
mento elétrico, pode levar à atuação do sistema de proteção, desar-
mando o motor. Existem alguns casos especiais de bombas com parti-
da automática, que no projeto já são especificados motores dimensio-
nados para partir a bomba centrífuga com a descarga aberta. Nessa si-
tuação, não há necessidade de preocupação com a partida no que se
refere ao aspecto de corrente.
Caso tenhamos a curva de potência, mostrada na Figura 81, a potência
poderia ser lida diretamente a partir da vazão.
Se nossa bomba estivesse trabalhando com GLP (� = 0,5gf/cm3) nessa
mesma vazão, a única variável da fórmula que mudaria em relação à água
seria o peso específico ( já vimos que a AMT ou H não dependem do flui-
do). Portanto, a potência seria:
Para GLP
Pot =�.H.Q274�
=0,5 x 80 x 90274 x 0,70
= 18,77hp
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas158158
FIGURA 82
PROBLEMA 6
Curva de NPSH requeridoO NPSH requerido pela bomba é fornecido pelo fabricante. A curva mos-
tra a energia mínima requerida no flange de sucção da bomba para as di-
versas vazões, energia esta expressa sob a forma de metros ou de pés de
coluna de líquido. Essa energia no flange de sucção deve ser tal que garan-
ta que não ocorrerá a vaporização do líquido bombeado no ponto de menor
pressão no interior da bomba (ver Figura 58A). O fabricante informa o NPSH
requerido para a bomba trabalhando com água fria. Não há problema na
comparação deste NPSH com o disponível, que é calculado para o líquido
bombeado, uma vez que a pressão de vapor é subtraída (ver equação 6).
O NPSH disponível deve ser sempre maior do que o NPSH requerido.
Caso contrário, teremos vaporização de produto no interior da bomba
(cavitação).
O NPSH requerido é sempre crescente com a vazão.
Uma bomba cuja curva de NPSH requerido é representada pela Figura
82, instalada ao nível do mar, está bombeando álcool etílico na vazão
de 80m3/h e na temperatura de 55ºC (� = 0,76gf/cm3). A pressão de suc-
ção é de – 0,50kg/cm2M (pressão negativa) medida com um manova-
cuômetro colocado a 20cm acima da linha de centro. A linha de sucção,
onde foi medida a pressão, é de 4”sch 40. Avaliar essa bomba quanto
à cavitação.
Pense eAnotePense eAnote
NPSH x vazão
NPSH req (m)
Vazão m3/h
CURVA CARACTERÍSTICA DE NPSH REQUERIDO X VAZÃO
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 159159
FIGURA 83
Área interna do tubo
D= 4"sch 40
Ai = 82,1cm2
Figura 25
Álcool etílico a 55ºC (curva 2)
Pvap = 0,35barA
Inicialmente, vamos calcular a velocidade no local do manômetro e obter
a pressão de vapor do líquido na temperatura de bombeamento. Com es-
ses dados e a pressão de sucção, podemos calcular o NPSH disponível.
Da tabela de tubos (Tabela 18), temos:
Velocidade no local do manômetro:
Pressão de vapor:
Dados
Fluido: álcool etílicoQ = 80m3/hT = 55oCPs = –0,5kgf/cm2Mhs = 0,20mPatm = 1,033kgf/cm2
� = 076gf/cm3
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
Medidorde vazão
FI
Pd
Vd
Ps
hs
Vs
L.C.
4”sch 40
CÁLCULO DE NPSH DISPONÍVEL
Vs = 2,78 x QAs
= 2,78 x 8082,1
= 2,7m/s
EQUAÇÃO 4EQUAÇÃO 4
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas160160
1 bar = 1,02kgf/cm2
Pvap = 0,35barA x1,02kgf/cm2
bar= 0,357kgf/cm2 A ~ 0,36kgf/cm2 A
NPSHdisp =10 x (Ps + Patm – Pvapor)
�+
Vs2
2g+ hs =
= 10 x (– 0,5 + 1,033 – 0,36)0,76
+ 2,72
2 x 9,8
= 2,31 + 0,37 + 0,20 = 2,88 � 2,9m
+ 0,20 =
ResumoResumo
As curvas características de uma bomba centrífuga são: AMT;potência; rendimento e NPSH versus a vazão.
AMT, head, carga ou coluna de líquido é a energia cedida pelabomba por unidade de peso para cada vazão.
O rendimento de uma bomba é dado por:
Da Tabela 15, temos que 1 bar = 1,02kgf/cm2.
Para a vazão de 80m3/h, a Figura 82 fornece um NPSH requerido de
3m. Como o NPSH disponível é de 2,9m, temos o NPSHdisp<NPSHreq;
logo, teoricamente a bomba irá cavitar. Seria conveniente que houvesse
alguma folga no NPSH para evitar a cavitação. Se uma bomba nessa situ-
ação estiver operando com ruído, vibração ou apresentando desgaste no
impelidor, adotar um ou mais dos procedimentos listados no item Análi-
se de Problemas em Bombas Centrífugas.
=pot fornecida ao líquido
pot recebida do acionador
Usando a equação 6, podemos calcular o NPSH disponível:
Pense eAnotePense eAnote
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 161161
O ponto de máximo rendimento corresponde ao de projeto dabomba e é denominado de BEP – Ponto de Máxima Eficiência(best efficient point ).
Numa bomba centrífuga, a AMT decresce com a vazão, enquanto apotência e o NPSH requerido crescem. O rendimento inicialmente crescecom a vazão até o BEP, decrescendo depois.
EQUEQUEQUEQUEQUAÇÃO 7AÇÃO 7AÇÃO 7AÇÃO 7AÇÃO 7EQUEQUEQUEQUEQUAÇÃO 7AÇÃO 7AÇÃO 7AÇÃO 7AÇÃO 7
Pot =�.H.Q274�
Pot�HQ�
– Potência em hp– Peso específico em gf/cm3 ou densidade– AMT em metros– Vazão em m3/h– Rendimento
FIGURA 84
Curvas características para bombasde fluxos misto e axialPara efeito de comparação, estão representadas na Figura 84 as curvas
características das bombas: centrífuga radial, de fluxo misto e de fluxo axial.
Examinando as curvas características para os diversos tipos de impeli-
dor, podemos concluir:
A potência consumida por uma bomba pode ser obtida pela fórmula:
Pense e AnotePense e Anote
AMT
BEP
AMTPot
Q
�����
CURVAS CARACTERÍSTICAS POR TIPO DE BOMBA
Fluxo radialNs = 13
Fluxo axialNs = 200 Fluxo axial
Fluxo mistoNs = 100
Fluxo radialtipo FrancisNs = 33
AMT
BEP
AMTPot
Q
�����
AMT
BEP
AMT
Pot
Q
�����
AMT
BEP
AMT
PotQ
�����
AMT
BEP
AMTPot
Q
�����
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas162162
=D2
D1
Q2
Q1
Curvas de AMT x vazãoConforme aumenta a velocidade específica Ns, a curva de AMT fica mais
inclinada. A curva de AMT correspondente ao impelidor de fluxo axial,
mostrada à direita, na figura 84, apresenta o que chamamos de instabili-
dade, ou seja, possui uma região onde, para uma mesma AMT, podemos
ter duas ou mais vazões distintas. Não é aconselhável operar nessa região.
Por isso, quando uma bomba apresenta essa anomalia, temos de garantir
que irá operar com uma vazão acima da correspondente dessa instabili-
dade. Temos, nesse caso, um novo tipo de vazão mínima, que é devido à
instabilidade da curva de AMT.
Curvas de potência x vazãoA potência das bombas centrífugas puras ou de fluxo radial cresce com o
aumento de vazão. Nas de fluxo axial, a potência cai com o aumento de
vazão. Por esse motivo, as bombas de fluxo radial devem partir com a
válvula de descarga fechada, e as de fluxo axial, com a descarga aberta,
condição de potência mínima.
Nas bombas de fluxo misto, a parte final da curva de potência tende a
ficar plana e, em algumas, pode até chegar a cair. Como a menor potência
corresponde à vazão nula, as bombas de fluxo misto devem partir prefe-
rencialmente com a válvula de descarga fechada. Nesse aspecto, elas são
menos críticas que as radiais e as axiais, porque a diferença entre as po-
tências com a vazão máxima e com vazão nula é menor.
Influência do diâmetro do impelidorno desempenho da bomba centrífugaNuma bomba centrífuga, quanto maior a força centrífuga fornecida ao líquido,
maior a vazão, a AMT e a potência consumida. O oposto também é verdadeiro.
Se reduzirmos a força centrífuga, estas três variáveis também serão reduzidas.
Temos dois modos de alterar a força centrífuga numa bomba: varian-
do o diâmetro do impelidor ou variando a rotação. Podemos também usar
os dois métodos simultaneamente. Para alterar o diâmetro do impelidor,
temos de abrir a bomba; portanto, é um método que não pode ser aplica-
do continuamente como a modificação da rotação.
Vejamos como as variáveis se comportam com a modificação do diâ-
metro do impelidor e da rotação em uma bomba centrífuga.
A vazão varia diretamente com o diâmetro do impelidor.
Pense e AnotePense e Anote
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 163163
D2
D1( )
2
=AMT2
AMT1
D2
D1( )
3
=Pot2
Pot1
FIGURA 85
EQUEQUEQUEQUEQUAÇÃO 8AÇÃO 8AÇÃO 8AÇÃO 8AÇÃO 8EQUEQUEQUEQUEQUAÇÃO 8AÇÃO 8AÇÃO 8AÇÃO 8AÇÃO 8
D2
D1( )
2
=AMT2
AMT1
=D2
D1
Q2
Q1
D2
D1( )
3
=Pot2Pot1
A AMT varia com o quadrado do diâmetro do impelidor.
A potência varia com o cubo do diâmetro do impelidor.
O NPSH requerido varia com o diâmetro do impelidor. Para uma mes-
ma vazão, quanto maior o diâmetro, menor o NPSH. Não existe uma
relação matemática definida. Só podemos levar em conta esta va-
riação quando o fabricante fornece essas curvas, como mostra a Fi-
gura 85.
Resumindo, a variação com o diâmetro do impelidor pode ser obtida
aproximadamente por:
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
VARIAÇÃO DO NPSH REQUERIDO EM FUNÇÃODO DIÂMETRO DO IMPELIDOR
259mm dia200mm dia
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas164164
PROBLEMA 7PROBLEMA 7PROBLEMA 7PROBLEMA 7PROBLEMA 7
Dados
D1 – 200mm
Q1 – 100m3/h
AMT1 – 80m
Pot1 – 46hp
Para
D2 – 180mm
Q2 – T2
AMT2 – ?
Pot2 – ?
AMT2 = 80 x 0,92 = 64,8m
Pot2 = 46 x 0,93 = 33,5hp
Uma bomba centrífuga trabalha com um impelidor de 200mm de diâmetro,
com a vazão de 100m3/h e AMT de 76m, consumindo uma potência de 46hp.
Quais seriam as novas condições de trabalho se reduzíssemos o diâmetro
do impelidor para 180mm?
Aplicando a equação 8, temos:
Vazão
AMT
Potência
Na realidade, o novo ponto de trabalho da bomba não seria exatamen-
te no ponto calculado. Seria na intercessão da nova curva de AMT para o
impelidor de 180mm com a curva do sistema, ponto 2 da Figura 86.
Pense eAnotePense eAnote
= 90m3/h100 x 180200
Q2 == 180200
Q2
100=
D2
D1
Q2
Q1➜ ➜
D2
D1( )
2
=AMT2
AMT1
180200( )
2
=AMT2
80➜
180200( )
3
=Pot246
D2
D1( )
3
=Pot2Pot1
➜
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 165165
NOVO PONTO DE TRABALHO COM MUDANÇA DE DIÂMETRO
FIGURA 86
ResumoResumo
A variação com o diâmetro D do impelidor é dada por:
Influência da rotação N da bomba nodesempenho da bomba centrífugaVejamos agora o comportamento da bomba centrífuga com a modifica-
ção da rotação N:
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
AMT
NOVO PONTO DE TRABALHO COM MUDANÇA DE DIÂMETRO
Sistema
Diâmetro 200mm
Diâmetro 180mm
Vazão
D2
D1( )
2
=AMT2
AMT1
=D2
D1
Q2
Q1
D2
D1( )
3
=Pot2Pot1
EQUAÇÃO 8EQUAÇÃO 8
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas166166
EQUEQUEQUEQUEQUAÇÃO 9AÇÃO 9AÇÃO 9AÇÃO 9AÇÃO 9EQUEQUEQUEQUEQUAÇÃO 9AÇÃO 9AÇÃO 9AÇÃO 9AÇÃO 9
=N2
N1
Q2
Q1
A vazão varia diretamente com a rotação.
A AMT varia com o quadrado da rotação.
A potência varia com o cubo da rotação.
O NPSH requerido varia com o quadrado da rotação.
Conhecendo a curva atual, para saber a curva para uma nova rotação,
basta escolher alguns pontos da curva conhecida e aplicar as equações
acima, seja a curva de AMT, de potência, ou de NPSH requerido.
A aplicação da variação de rotação como meio de controle em bom-
bas acionadas por motor elétrico está crescendo bastante com o barate-
amento dos dispositivos que permitem o controle da velocidade nesses
acionadores.
Os pontos obtidos com a variação da rotação são denominados pon-
tos homólogos. Na Figura 87, mostramos a mudança desses pontos de
A1, B1 e C1 para A2, B2 e C2 ao passarem da rotação rpm1 para uma rotação
Pense eAnotePense eAnote
N2
N1( )
2
=AMT2
AMT1
N2
N1( )
3
=Pot2Pot1
N2
N1( )
2
=NPSHreq2
NPSHreq1
N2
N1( )
3
=Pot2Pot1
N2
N1( )
2
=NPSHreq2
NPSHreq1
=N2
N1
Q2
Q1
N2
N1( )
2
=AMT2
AMT1
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 167167
PONTOS HOMÓLOGOS OBTIDOS COM A MUDANÇA DE ROTAÇÃO
FIGURA 87
CURVA DE AMT X VAZÃO
FIGURA 88
PROBLEMA 8PROBLEMA 8PROBLEMA 8PROBLEMA 8PROBLEMA 8
mais alta, rpm2. Os rendimentos dos pontos homólogos são iguais, ou
seja, o rendimento de A1 é igual ao de A2, o de B1 é igual ao de B2, e assim
sucessivamente.
Sabendo que a curva de AMT de uma bomba centrífuga gira a 3.550rpm e
está representada na Figura 88, traçar a curva de AMT para a rotação de
3.000rpm.
Pontos homólogos
A1 – A2
B1 – B2
C1 – C2
Pense e AnotePense e Anote
Índice 1 – rpm1Índice 2 – rpm2rpm2 > rpm1
AMT ou H – metros
Vazão m3/h
Modelo 3 x 2 x 8 dia 200mm 3.550rpm
PONTOS HOMÓLOGOS OBTIDOS COM A MUDANÇA DE ROTAÇÃO
CURVA DE AMT X VAZÃO
AMTPot
A2
A1
�����
�����1 x Q �����2 x Q
B1
B2 Pot2 x Q
Pot1 x QC2
AMT2 x Q
AMT1 x QC1
Q (m3/h)
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas168168
N1= 3.550rpm N2 = 3.000rpm
Ponto
1
2
3
4
Vazão – m3/h
0
60
80
110
AMT – m
90
86
83
72
TABELA 24
= 93,0110 x 3.0003.550
Q2 == 3.0003.550
Q2
100=
N2
N1
Q2
Q1
� �
N1 = 3.550rpm N2 = 3.000rpm
TABELA 25
Ponto
1
2
3
4
Q 1
0
60
80
110
AMT1
90
87
83
74
Q2
0,0
50,7
67,6
93,0
AMT2
64,3
62,1
59,3
52,4
Temos:
Vamos obter da curva da Figura 88 as AMTs para 4 pontos de vazões
diferentes:
Aplicando a equação 9 nos pontos da Tabela 24, teremos:
Ponto 4 para 3.000rpm:
e
Repetindo estes cálculos para os pontos 1, 2 e 3, teremos:
Plotando os pontos em um gráfico, obtemos a curva para a rotação em
questão.
Pense e AnotePense e Anote
PONTOS DA CURVA DE AMT X VAZÃO
PONTOS DE TRABALHO PARA DIFERENTES ROTAÇÕES
N2
N1( )
2
=AMT2
AMT1
3.0003.550( )
2
=AMT2
72AMT2 = 72 x 0,8452 = 51,4� �
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 169169
FIGURA 89
ResumoResumo
A variação com a rotação N é dada por:
Pt A N1 = 3.550rpm Q1 = 98m3/h AMT1 = 77m
Pt B N2 = 3.000rpm Q2 = 80m3/h AMT2 = 55m
Os novos pontos de operação serão sempre no encontro das novas cur-
vas de AMT da bomba com a curva de AMT do sistema. Se a curva do siste-
ma fosse igual à mostrada na Figura 89, os pontos de operação seriam:
O controle da vazão pela variação da rotação é o melhor método do
ponto de vista da economia de energia.
Do mesmo modo que calculamos a curva para 3.000rpm, podemos
calcular para diversas rotações e plotá-las num mesmo gráfico.
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
AMT (m)
m3/h
Pt1
Pt1’ Pt2’ Pt3’
Pt3
Sistema
Pt4
Pt4’
N2 = 3.000rpm
CURVAS AMT X VAZÃO PARA DIVERSAS ROTAÇÕES
N2
N1( )
2
=NPSHreq2
NPSHreq1
N2
N1( )
3
=Pot2Pot1
N2
N1( )
2
=AMT2
AMT1
=N2
N1
Q2
Q1
Pt2
EQUAÇÃO 8EQUAÇÃO 8
N1 = 3.550rpm
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas170170
FIGURA 90
Forças radiais e axiais no impelidorSempre que uma pressão atua numa área, o resultado é uma força.
Como as áreas do impelidor de uma bomba ficam submetidas a dife-
rentes pressões, serão criados esforços, tanto no sentido radial quanto axial.
Os mancais é que são os responsáveis por absorver estes esforços.
Esforços radiaisAs bombas que possuem voluta simples, quando trabalham na sua vazão
de projeto (BEP), possuem ao longo de toda a voluta aproximadamente a
mesma pressão (ver Figura 90). Com isso, as forças radiais que atuam na
largura do impelidor se cancelam e a resultante radial é praticamente nula.
À medida que reduzimos ou aumentamos a vazão, a pressão ao longo do
impelidor já não será constante e, quanto mais nos afastamos do ponto
de projeto, maior a resultante da força radial. Quanto maior essa força,
mais o eixo irá fletir, facilitando a ocorrência de roçamentos internos e de
vibrações.
Quando é utilizada a dupla voluta, temos uma resultante para cada
voluta. Como elas são aproximadamente iguais, as resultantes também
serão parecidas. Devido à oposição das volutas (ver Figura 91), a tendên-
cia é cancelar essas resultantes, mesmo que a bomba venha a operar fora
do ponto de projeto. Por isso, a força resultante final é pequena em qual-
quer faixa de vazão. Na Figura 91, é mostrado um gráfico comparativo dos
esforços radiais em função do tipo da carcaça.
Vazão de projeto Vazão diferenteda de projeto
Vazão de projetoVazão
Força radial
Pense eAnotePense eAnote
ESFORÇO RADIAL COM VOLUTA SIMPLES
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 171171
FIGURA 91
FIGURA 92
As bombas de menor porte, até 4 polegadas de flange de descarga, são
quase sempre de simples voluta. Somente a partir de 6 polegadas na des-
carga, é que os fabricantes passam a oferecer bombas projetadas com dupla
voluta. Embora existam bombas de simples voluta com bons projetos de
mancais, havendo opção entre os dois tipos, as bombas de dupla voluta
devem ser tecnicamente preferidas devido ao seu menor esforço radial.
O uso de difusor em vez da voluta também anula os esforços radiais,
uma vez que a pressão em volta do impelidor passa a ser sempre igual.
Esforços axiaisA Figura 92, correspondente a um impelidor em balanço, mostra as áreas
e as pressões que nelas atuam, resultando em forças axiais.
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
ESFORÇO RADIAL COM DUPLA VOLUTA
FORÇA AXIAL NO IMPELIDOR SEM ANEL DE DESGASTE
P1 = P2 = P3 = P4
Somente no BEP
Fr
Fr
Carga radial
Vazão
Duplavoluta
Simplesvoluta
ConcêntricaBEP
Fa
Pvol Pvol
Psuc
Pvol Pvol
Cancela
Cancela
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas172172
FIGURA 93
Na parte externa ao olhal do impelidor, reina a pressão da voluta tanto na
parte traseira quanto na dianteira. As forças geradas nessa área tendem a
cancelar-se devido ao fato de a pressão ser a mesma de ambos os lados. Na
área do olhal, de um lado temos a pressão de sucção e, do outro, a pressão
da voluta. Em bombas com impelidor em balanço, a área traseira é menor
devido ao eixo. As diferenças de área, com as pressões atuando sobre elas,
geram uma resultante axial que terá de ser suportada pelo mancal de escora.
O contato do líquido contra os discos do impelidor girando tende a
expulsá-lo para a periferia, o que leva à redução da pressão à medida que
se aproxima do eixo.
A pressão ao longo da voluta só é homogênea na vazão de projeto da
bomba. Fora dessa vazão, a pressão é diferente em cada ponto.
Para reduzir o esforço axial podem ser usados:
ANEL DE DESGASTE TRASEIRO COM FURO DE BALANCEAMENTOANEL DE DESGASTE TRASEIRO COM FURO DE BALANCEAMENTOANEL DE DESGASTE TRASEIRO COM FURO DE BALANCEAMENTOANEL DE DESGASTE TRASEIRO COM FURO DE BALANCEAMENTOANEL DE DESGASTE TRASEIRO COM FURO DE BALANCEAMENTO
NO IMPELIDORNO IMPELIDORNO IMPELIDORNO IMPELIDORNO IMPELIDOR
A Figura 93 mostra as áreas de um impelidor de simples sucção e as
pressões que atuam sobre elas. Na parte frontal do impelidor, temos a área
interna ao anel de desgaste (A1), na qual atua a pressão de sucção (Ps), e a
área externa ao anel de desgaste (A2), em que atua a pressão da voluta (Pvol).Na parte posterior do impelidor, a área compreendida entre o eixo e o anel
de desgaste traseiro (A3) fica submetida a uma pressão próxima da de sucção
(Ps) e, na área externa ao anel de desgaste (A4), atua a pressão da voluta (Pvol).As pressões que atuam nessas áreas gerarão quatro forças, duas num
sentido (F1 e F2) e duas no sentido inverso (F3 e F4). A resultante delas
será a força axial que o mancal de escora terá de suportar.
A1 =� d1
2
4F1 = Ps x A1
A2 =�(D2 – d1
2)
4
A3 =�(d3
2 – d22)
4
A4 =�(D2 – d3
2)
4
F2 = Pvol x A2
F3 = Ps x A3
F4 = Pvol x A4
Pense eAnotePense eAnote
Dd1
A2
A2
A1Ps
Pvol
Pvol
F2
F1
F2
FaPvol
Pvol
F4
F3
F3
F4
A3Ps
A4
A3Ps
A4
d3d2D
ESFORÇO AXIAL EM UM IMPELIDOR DE SIMPLES SUCÇÃO EM BALANÇO
Fa = F1 + F2 – F3 – F4
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 173173
FIGURA 94
O cálculo da força axial é complexo por não sabermos exatamente qual
a pressão reinante em cada ponto dos discos do impelidor (pressão da
voluta), conforme comentado anteriormente. Mesmo a pressão na parte
interna do anel de desgaste traseiro não é igual à de sucção, é ligeiramen-
te superior.
Dependendo da vazão, a AMT se modifica e, conseqüentemente, a pres-
são da voluta é alterada, podendo modificar o sentido dos esforços axiais.
Daí a necessidade de usar mancais de escora em ambas as direções.
Bombas que trabalham com alta pressão de sucção costumam ter es-
forços axiais elevados. Os fabricantes costumam limitar a pressão máxi-
ma de sucção.
Alguns projetos de bombas permitem o uso de três rolamentos, fican-
do dois em série, no sentido da resultante da carga axial, conforme pode
ser visto na parte inferior da Figura 41. Bombas de alta pressão na sucção
são candidatas a esse arranjo.
O anel de desgaste na parte traseira do impelidor, conforme mostrado
na Figura 93, é uma das formas de reduzir o esforço axial. Variando seu
diâmetro, podemos alterar a resultante da força axial.
PÁS TRASEIRAS NO IMPELIDOR
As pás traseiras ou pás de bombeamento bombeiam o líquido da parte
de trás do impelidor, reduzindo a pressão nesta região e, conseqüente-
mente, o esforço axial.
O API 610 não permite que a redução de pressão pela ação das pás tra-
seiras seja considerada no dimensionamento dos mancais.
Pense e AnotePense e Anote
IMPELIDOR COM PÁS TRASEIRAS
Redução de pressãodevido às pás traseiras
Pvol
Pás traseirasdo impelidor
Pvol
Psuc
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas174174
FIGURA 95
FIGURA 96
IMPELIDORES MONTADOS EM OPOSIÇÃO
Quando temos bombas multiestágios, cada impelidor gera um empuxo
axial no mesmo sentido. Se os impelidores forem instalados em série, os
esforços serão somados, resultando uma força considerável, a qual pode-
rá sobrecarregar o mancal. Para atenuar essa força axial, uma das soluções
é inverter o sentido de metade dos impelidores.
Essa solução implica interligar o fluxo que sai do meio da bomba com
a outra extremidade, tornando mais complexa a fundição da carcaça.
TAMBOR DE BALANCEAMENTO
Pense e AnotePense e Anote
F F FFFF
Para sucção
F F F F F1
Pressão da descargaTambor debalanceamento
Bucha dotambor
Câmara debalanceamento(pressão primáriada sucção)
IMPELIDORES EM OPOSIÇÃO CANCELANDO O ESFORÇO AXIAL
EQUILÍBRIO AXIAL COM TAMBOR DE BALANCEAMENTO
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 175175
FIGURA 97
Com esse método, os impelidores são mantidos em série, sendo colo-
cado um tambor de balanceamento após o último impelidor com uma
bucha externa com folga bem justa. Temos sempre um vazamento da des-
carga para a câmara de balanceamento por essa folga. Como a câmara de
balanceamento é ligada por uma linha à sucção da bomba, a pressão rei-
nante nela fica próxima da de sucção. Assim, o tambor de balanceamento
terá, de um lado, a pressão de descarga e, do outro, a pressão de sucção,
gerando uma força axial, Ft, que é oposta às geradas pelos impelidores,
reduzindo, dessa forma, o esforço a axial.
DISCO DE BALANCEAMENTO
Essa solução é semelhante à do tambor, só que, neste caso, é utilizado
um disco com esse propósito.
O líquido, sob a pressão de descarga, após o último impelidor, passa
através de uma pequena folga axial, indo para uma câmara de balancea-
mento. Dessa câmara, sai uma linha para a sucção da bomba com um
orifício de restrição. Por meio desse arranjo, a câmara de balanceamento
mantém com uma pressão intermediária entre a pressão de sucção e a de
descarga. O disco de balanceamento fica submetido, de um lado, à pres-
são de descarga e, do outro, à pressão da câmara de balanceamento. Essa
diferença de pressões nos lados do disco gera uma força axial que se opõe
à soma das forças geradas pelos impelidores, reduzindo significativamen-
te o esforço axial.
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
Orifício de restrição
Recirculaçãopara sucção
BALANCEAMENTO AXIAL POR MEIO DE DISCO
Câmara debalanceamento(pressãointermediária)
Folgaaxial
Pressão dedescarga
F discoF imp
Disco de balanceamento
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas176176
FIGURA 98
Vejamos como trabalha o disco. Devido à diferença de pressão e de
áreas, o disco sempre irá gerar uma força no sentido da sucção para a
descarga. Suponhamos que o sistema esteja funcionando em equilíbrio.
Num dado momento, ocorreu um aumento do esforço axial dos impeli-
dores, deslocando o conjunto rotativo no sentido de reduzir a folga axial
do disco. A passagem do líquido para a câmara de balanceamento será
reduzida, caindo a pressão intermediária dessa câmara. Isso elevará a for-
ça de compensação do disco, restaurando a posição do conjunto rotativo.
Ocorrendo o deslocamento do conjunto no sentido de aumentar a folga
axial, a pressão da câmara aumentará, reduzindo a força de compensação
do disco e retornando o conjunto ao equilíbrio.
Para cada força gerada pelos impelidores, teremos uma folga axial no
disco de escora, que a compensará. É fácil notar que, para esta solução fun-
cionar, os mancais devem permitir a movimentação axial do eixo, o que
não ocorre quando são utilizados mancais de rolamentos. Portanto, essa
solução só é aplicada em bombas com mancais de deslizamento na escora.
DISCO E TAMBOR DE BALANCEAMENTO CONJUGADOS
Essa solução só é aplicada em bombas com vários impelidores em série e
também exige, a exemplo do disco de balanceamento, a utilização de
mancais de deslizamento.
Temos, após o último impelidor, um tambor de balanceamento, se-
guido de um disco de balanceamento. Essa solução é uma soma das duas
anteriores.
Pense eAnotePense eAnote
Orifício de restrição
Para sucção
Bucha
Câmaraintermediária
F disco / tamborF imp F imp
Disco e tambor debalanceamento
Câmara debalanceamento
DISCO E TAMBOR DE BALANCEAMENTO
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 177177
ResumoResumo
Quanto mais nos afastamos da vazão de projeto, maior o esforçoradial numa bomba de simples voluta.
Na de dupla voluta, os esforços são menores e não variam tantocom o afastamento da vazão de projeto.
Nas bombas com difusor, o esforço radial é sempre compensado.
Axialmente, os esforços podem ser reduzidos por:
Anel de desgaste traseiro com furos de balanceamento.
Pás traseiras.
Impelidores montados em oposição.
Tambor de balanceamento.
Disco de balanceamento.
Misto (tambor e disco de balanceamento).
Quando o impelidor da bomba é de dupla sucção e está instalado entre
os mancais, bombas BB, o empuxo axial tenderá a compensar-se, ficando a
resultante praticamente nula. Se esse impelidor for instalado em balanço,
teremos o empuxo axial devido à não-compensação da área do eixo.
Bombas operando em paraleloA operação de duas ou mais bombas em paralelo objetiva, normalmente,
o aumento de vazão.
É comum ouvir afirmações de que a vazão de duas bombas operando
em paralelo é o dobro da que teríamos com apenas uma bomba em ope-
ração. Como veremos a seguir, isso não ocorre.
Na Figura 99, temos um esquema de duas bombas operando em para-
lelo (bombas A e B). É usual nesse tipo de operação a existência de uma
válvula de retenção na descarga de cada bomba, evitando que ela venha a
girar ao contrário. Sempre que existir a possibilidade de ocorrer um fluxo
reverso pela bomba, há necessidade do uso de uma válvula de retenção.
As pressões nos pontos X e Y são iguais para as duas bombas. Podemos
afirmar que as AMTs das duas bombas serão sempre iguais, desde que as
perdas de carga nos ramais das bombas sejam também iguais. Para qual-
quer AMT, cada bomba irá contribuir com a sua vazão correspondente.
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
![Page 175: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/175.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas178178
FIGURA 99
FIGURA 100
Para obter a curva das bombas operando em paralelo, basta somar as
vazões delas para cada AMT. Vejamos na Figura 100 a obtenção da curva
para esse tipo de operação. Escolhemos três AMTs e marcamos as vazões
“a”, “b” e “c”. Dobramos esses valores e passamos uma linha pelos no-
vos pontos para obter a curva correspondente às duas bombas operando
em paralelo. Se fossem três bombas em paralelo, marcaríamos três vezes
o valor de “a”, de “b” e de “c”. Para quatro bombas, marcaríamos qua-
tro vezes e assim sucessivamente para qualquer número de bombas.
Pense eAnotePense eAnote
ESQUEMA DE BOMBAS EM PARALELO
CURVA DE OPERAÇÃO EM PARALELO
AMT – m
Vazão m3/h
Curva do sistema
b
1 Bomba 2 Bombas
a a a
b b
c c c
3 Bombas
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 179179
O ponto de trabalho, como sempre, será na intercessão da curva da
bomba com a do sistema. Na Figura 100, a curva do sistema interceptará a
curva para uma bomba na vazão de 28m3/h. Portanto, quando tivermos
apenas uma bomba operando, a vazão será esta. Se duas bombas estive-
rem operando, o ponto de operação será de 52m3/h, cada bomba contribu-
indo com 26m3/h. Com três bombas em paralelo, a vazão seria de 66m3/h,
ou seja, cada uma contribuindo com 22m3/h.
A vazão com duas bombas em operação só seria o dobro se a curva
do sistema fosse uma reta paralela ao eixo da vazão, o que na prática
não ocorre devido à perda de carga crescente que as tubulações apre-
sentam com o aumento de vazão. Quanto mais vertical a curva do sis-
tema, ou seja, com maior perda de carga na linha, menor o aumento
de vazão ao acrescentar bombas em paralelo, conforme pode ser visto
na Figura 101.
Com a curva do sistema 2, a vazão com uma bomba seria de 25m3/h,
com duas, seria de 37m3/h, e com três bombas, seria de 43m3/h. A opera-
ção da terceira bomba só acrescentaria 6m3/h de vazão ao conjunto.
Se as curvas das bombas forem diferentes, como no caso de bombas
de modelos distintos, ou se uma delas estiver desgastada, o que resulta-
ria em um baixo desempenho, a bomba em melhor estado vai absorver
uma vazão maior, conforme pode ser visto na Figura 102.
Para obtenção dessa curva, marcamos em ambas curvas as AMTs para
150, 120, 90 e 60m e determinamos as respectivas vazões a1, a2, a3 e a4para a bomba A e as vazões b1, b2, b3 e b4 (b1=0). Acima de 150m de AMT,
apenas a bomba A terá vazão. A bomba B, mesmo no seu shutoff, não tem
FIGURA 101
Pense e AnotePense e Anote
VARIAÇÃO DA VAZÃO COM DIFERENTES CURVAS DO SISTEMA
Curva do sistema 2
Curva do sistema 1
Vazão m3/h
AMT – m
3 Bombas2 Bombas1 Bomba
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas180180
FIGURA 102
como vencer a pressão de descarga da bomba A nessa região da curva. Abai-
xo de 150m de AMT, as duas bombas começam a trabalhar juntas. A Figura
102C mostra a soma das vazões das bombas A e B em paralelo.
Pense e AnotePense e Anote DUAS BOMBAS COM CURVAS DIFERENTES OPERANDO EM PARALELO
PtC
PtD
Bomba A + B + sistemaD
C
B
ABomba A
Bomba B
Bomba A + B
D
C
B
A
Pt2
Pt1
Pt3A + B
A
B
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 181181
Para saber a contribuição da vazão de cada bomba
quando estiverem operando em paralelo, basta conhecer
a AMT dessa condição de operação. No caso da Figura
102 é de ~105m.
Com esse valor de AMT, basta verificar na curva de cada
bomba qual a vazão correspondente.
Nesse caso, a bomba B ficariaoperando em shutoff!!!
Supondo que a curva do sistema seja a mostrada na Figura 102D, a
bomba A, operando isoladamente, trabalharia no ponto Pt1 com a vazão
de 36m3/h. A bomba B, também operando isoladamente, no ponto Pt2com 33m3/h. As duas, operando em paralelo, no ponto Pt3 com 54m3/h.
Nessa condição, a bomba A estaria contribuindo com 30m3/h (ponto C)e
a bomba B com 24m3/h (ponto D). A pressão de descarga (AMT) da opera-
ção em paralelo é superior à pressão de cada bomba individualmente. Pela
Figura 102, se a vazão das duas bombas operando em paralelo caísse para
menos de 23m3/h, apenas a bomba A teria vazão.
Devemos evitar o uso em paralelo de bombas que possuam os seguin-
tes tipos de curvas:
BOMBBOMBBOMBBOMBBOMBAS COM CURAS COM CURAS COM CURAS COM CURAS COM CURVVVVVAS DIFERENTESAS DIFERENTESAS DIFERENTESAS DIFERENTESAS DIFERENTES
Pela Figura 102D podemos ver que a divisão de vazão é desigual e, de-
pendendo da vazão total, uma das bombas pode ficar trabalhando com
vazão nula ou com uma vazão muito baixa.
BOMBAS COM CURVAS ASCENDENTES E DESCENDENTES
(CURVAS INSTÁVEIS)
Acompanhar pelas Figuras 103A e 99. Essas curvas passam por um valor
máximo de AMT. Suponhamos que a bomba A esteja operando perto da
AMT máxima (inferior a 30 m3/h). A sua pressão de descarga estará atu-
ando externamente na válvula de retenção da bomba B (ver). Se parti-
mos a bomba B, ao atingir sua rotação final, ela estará inicialmente com
a pressão de shutoff, que é inferior à pressão da bomba A. Portanto, a
Nesse caso, a bomba B ficariaoperando em shutoff!!!
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
![Page 179: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/179.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas182182
FIGURA 103
válvula de retenção da bomba B não abrirá, funcionando o sistema ape-
nas com a bomba A.
CURVAS PLANAS
Acompanhar pela Figura 103B. Se uma das bombas estiver desgastada
(bomba B mostrada), vai operar com vazão baixa ou até não bombear
nada, trabalhando no shutoff. No caso mostrado, abaixo de 40m3/h de
vazão, somente a bomba A irá contribuir no bombeamento. A bomba
B ficaria trabalhando no shutoff.
A curva ideal de bombas para trabalho em paralelo é a que tem um
caimento razoável e seja ascendente.
Caso seja necessário operar bombas de curvas planas em paralelo, um
dos recursos que pode ser usado é o de utilizar um impelidor um pouco
maior do que o necessário e colocar um orifício de restrição na descarga
da bomba. O orifício irá gerar uma perda de carga crescente com a vazão.
Com isso, a curva da bomba ficará inclinada (ver Figura 104). Do ponto de
vista de gasto de energia esta solução não é boa. Por isto só é aplicada em
bombas de pequena potência.
A
B
CURVA ASCENDENTE/DESCENDENTE
CURVAS PLANAS
Pense eAnotePense eAnote
AMT – m
Vazão m3/h
AMT – m
Vazão m3/h
A
B
CURVA DE AMT ASCENDENTE/DESCENDENTE E CURVAS PLANAS
A
B
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 183183
FIGURA 104
ResumoResumo
Para obtenção da curva de duas ou mais bombas em paralelo,basta somar as vazões correspondentes às mesmas alturasmanométricas.
Duas bombas que operem em paralelo não fornecem o dobro davazão do que teria apenas uma bomba operando. Isso ocorredevido à inclinação da curva do sistema.
Deve-se evitar operar em paralelo bombas com:
Curvas muito diferentes de AMT x vazão.
Curvas instáveis (ascendente/descendente).
Curvas planas.
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
Placade orifício
Curva sem orifício
hs1hs2
hs3Curvacom orifício
AMT (m)
Vazão m3/h
CURVA DA BOMBA COM ORIFÍCIO DE RESTRIÇÃO
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas184184
FIGURA 105
FIGURA 106
Bombas operando em sérieGeralmente, quando usamos bombas em série, estamos querendo aumen-
tar a pressão fornecida ao sistema. Mas, em algumas situações, esse tipo
de operação é usado para aumentar a vazão.
Pelo esquema da Figura 105, vemos que a vazão que passa pela bomba
AAAAA é a mesma que passa pela bomba B. A primeira bomba, A, fornece uma
AMT para uma determinada vazão. A segunda bomba, B, acrescentará nes-
sa mesma vazão sua AMT. Para elaborar a curva das bombas operando em
série, basta somar as AMTs de cada bomba para a vazão em questão.
É raro ter mais de duas bombas operando em série, mas, se ocorrer, basta
somar suas AMTs.
Pense eAnotePense eAnote
AMT (m)
2 Bombas
1 Bomba
a
a
b
b
c
c
ESQUEMA DE BOMBAS EM SÉRIE
BOMBAS IGUAIS OPERANDO EM SÉRIE
![Page 182: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/182.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 185185
FIGURA 107
A curva das bombas iguais operando em série, Figura 106, foi obtida
dobrando os valores de AMT “a”, “b” e “c” correspondentes às vazões
de 10, 25 e 40m3/h. A curva das bombas diferentes, Figura 107, foi obtida
somando a AMT da bomba A (a1) com a AMT da bomba B (b1) para a vazão
de 10m3/h. Usando o mesmo processo para outras vazões, no caso foram
zero, 25 e 40m3/h, obtivemos outros pontos. Basta unir esses pontos e
teremos a curva correspondente da operação em série.
Pense e AnotePense e Anote
BOMBAS COM CURVAS DIFERENTES EM SÉRIE
m3/h
b1
a1
b2
a2 b3
a3
Bomba A + B em série
Bomba BAMT (m)
m3/h
b1 b2
b3
Bomba AAMT (m)
a1 a2
a3m3/h
AMT (m)
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas186186
Para operação de bombas em série, devem ser tomados os seguintes
cuidados:
Verificar se o flange de sucção e o selo da segunda bomba suportam a
pressão de descarga da primeira bomba.
As vazões das bombas devem ser compatíveis, ou seja, não podemos
colocar uma bomba capaz de bombear muito mais do que a outra. A
vazão ficará limitada pela bomba de menor capacidade e, nesse caso,
a de maior vazão poderá ter problema de recirculação interna.
FIGURA 108
A operação em série é bastante usada quando o NPSH disponível é muito
baixo. Nesse caso, escolhe-se a primeira bomba com baixa rotação, o que
resulta em um NPSH requerido menor. Como a primeira bomba eleva a
pressão do líquido, o NPSH disponível para a segunda fica bastante con-
fortável. Essa segunda bomba é a que costuma ser a grande responsável
pela parcela de AMT do sistema (pressão). Quando usado este sistema, a
segunda bomba recebe o nome de booster.
As curvas planas são interessantes para operação em série, diferente-
mente do que ocorre para as bombas que operam em paralelo. Os ganhos
obtidos em relação a uma bomba dependerão da inclinação da curva da
bomba e também da inclinação da curva do sistema.
Na Figura 108, são mostrados dois exemplos. Na esquerda, as curvas
das bombas são bem inclinadas e a curva do sistema é relativamente pla-
na. Na direita, temos o inverso, curvas das bombas são planas e do siste-
ma, inclinadas. No primeiro caso, o ganho de vazão foi de 10m3/h e, no
segundo, de 17m3/h.
Pense e AnotePense e Anote
AMT (m)
2 Bombas
1 Bomba
AMT (m)
Sistema
Vazãom³/h
Vazãom³/h
AUMENTO DE VAZÃO COM OPERAÇÃO EM SÉRIE
![Page 184: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/184.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 187187
ResumoResumo
Para obtenção da curva de duas bombas operando em série,basta somarmos as AMTs correspondentes a cada vazãodas bombas.
É comum a colocação de bombas em série quando temos baixoNPSH disponível. A primeira bomba normalmente é escolhidacom baixa rotação, o que reduz o NPSH requerido. Como asegunda bomba terá na sucção a pressão de descarga daprimeira, não deverá ter problema de NPSH.
FIGURA 109
Correção para líquidos viscososAs curvas características das bombas centrífugas são elaboradas para água,
que possui uma viscosidade muito baixa. Quando utilizamos um líquido
com viscosidade maior, os atritos do líquido no interior da bomba aumen-
tam, restringindo o desempenho, sendo necessário corrigir as curvas ela-
boradas para água.
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
H(m)
Q (m³/h)
1cSt
120cSt
1.200cSt
INFLUÊNCIA DA VISCOSIDADE NAS CURVAS DAS BOMBAS
Bomba de centrífuga
Bomba de deslocamento positivo
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas188188
Qoo corresponde à vazão do ponto de
rendimento máximo (BEP – Ponto de Máxima
Eficiência) da bomba. Logo, as curvas para
obtenção do CH significam:
➜ 0,6Qoo seria para 60% da vazão do BEP – Ponto de
Máxima Eficiência.
➜ 0,8Qoo seria para 80% da vazão do BEP – Ponto de
Máxima Eficiência.
➜ 1,0Qoo seria para 100% da vazão do BEP – Ponto de
Máxima Eficiência.
➜ 1,2Qoo seria para 120% da vazão do BEP – Ponto de
Máxima Eficiência.
Pela Figura 109, vemos que, ao aumentar a viscosidade, as bombas
centrífugas vão sendo mais afetadas no seu desempenho. Já as bombas
de deslocamento positivo são pouco influenciadas, chegando até a me-
lhorar um pouco o desempenho com o aumento da viscosidade.
O Hydraulic Institute (HI) fez testes com um grande número de bom-
bas diferentes e elaborou uma carta (Figura 110) para determinar os fato-
res de correção para vazão, AMT e rendimento das bombas que trabalham
com líquidos viscosos. Essa carta é seguida por todos para corrigir o efeito
da viscosidade no desempenho das bombas centrífugas radiais. Ela não é
válida para bombas de fluxo misto e axial.
Embora a carta tenha sido elaborada para corrigir a curva da bomba
como um todo, podemos usá-la para um ponto de trabalho apenas.
Para determinar os fatores de correção, entrar com a vazão em m3/h
pelo eixo inferior do gráfico. Se o impelidor for de dupla sucção, dividir a
vazão por 2. Subir verticalmente até o valor da AMT por estágio (havendo
mais de um estágio, dividir a AMT total pelo número deles). Deslocar ho-
rizontalmente até encontrar o valor da viscosidade. Subir verticalmente e
ler os valores de correção: Ch, CQ e CH.
São quatro curvas para CH.
Quando não dispomos da curva original para saber a vazão no BEP, ado-
tamos a curva média, que é a de 1,0Qoo.
Pense eAnotePense eAnote
![Page 186: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/186.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 189189
Qvisc = Qag x CQ �visc = �ag x C�AMTvisc = AMTag x CH
Qvisc x AMTvisc x �
274 x �viscPotvisc =
QAMT�PotviscagCQC�
CH
�
– Vazão (m3/h)
– Altura manométrica total (m)
– Rendimento
– Potência (hp)
– Viscoso
– Água
– Fator de correção para vazão
– Fator de correção para rendimento
– Fator de correção para AMT. São quatro fatores: 0,60; 0,80;
1,00; e 1,2 do BEP.
– Peso específico em gf/cm3 (o valor numérico é igual ao da
densidade)
PROBLEMA 9PROBLEMA 9PROBLEMA 9PROBLEMA 9PROBLEMA 9
Qag – 130 m3/h
Qoo – 170 m3/h
AMTag – 58m
dens óleo – 0,86
�ag – 0,66
visc – 72cSt
Para obter os valores corrigidos, aplicamos as fórmulas:
Calcular a vazão, a AMT, o rendimento e a potência de uma bomba que bom-
beará um óleo com densidade 0,86 e com viscosidade de 72cSt, sabendo
que, para água, esta bomba forneceria 130m3/h, AMT = 58m e um rendimento
de 0,66 (66%). A vazão de maior rendimento da bomba é de 170m3/h.
A vazão de 130m3/h corresponde a
Adotaremos 0,8Qoo.
Dados
Água
Óleo
= 130170
QagQoo
= 0,76 ou 76% do BEP
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
![Page 187: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/187.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas190190
C� = 0,80 CQ = 0,99 CH = 0,96 (p/ 0,8Qoo)
�visc = �ag x C� = 0,66 x 0,80 = 0,53
Qvisc = Qag x CQ = 130 x 0,99 = 128,7m3/h
AMTvisc = AMTag x CH = 58 x 0,96 = 55,7m
= 128,7 x 55,7 x 0,86274 x 0,53
Qvisc x AMTvisc x �274 x �visc
= 42,45hpPotvisc =
ResumoResumo
Quando a bomba trabalha com líquidos viscosos, a AMT, aeficiência e a vazão sofrem uma redução. O Hydraulic Institutepublicou uma tabela na qual, em função da vazão, da AMT e daviscosidade, podemos obter os fatores de correção para asvariáveis citadas.
As curvas dos fatores de redução da AMT são mostradas para4 vazões distintas, correspondentes a 60; 80; 100; e 120% davazão de projeto (BEP – Ponto de Máxima Eficiência) da bomba.
Os novos valores para os produtos viscosos são obtidosmultiplicando-se os valores para desempenho da bomba paraágua pelos fatores de correção obtidos.
�visc = �ag x C�AMTvisc = AMTag x CHQvisc = Qag x CQ
Entrando com esses dados na carta de viscosidade (Figura 110 – linha
pontilhada), obteremos:
Cálculo do rendimento viscoso:
Cálculo da vazão viscosa:
Cálculo da AMT viscosa:
Cálculo da potência viscosa:
Qvisc x AMTvisc x �274 x �visc
Potvisc =
Pense eAnotePense eAnote
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 191191
FIGURA 110
LubrificaçãoA lubrificação adequada é fundamental para proporcionar campanhas lon-
gas para as bombas.
O objetivo da lubrificação de uma bomba, como a de qualquer outro equi-
pamento, é o de reduzir o atrito e o desgaste. Para tal, é necessário man-
ter um filme de lubrificante separando as superfícies metálicas que pos-
sam entrar em contato.
Pense e AnotePense e Anote
Ch
Cq
Cn
6,25 11,816,5 21,2
33,4
45,260,5
76114 152190228 304 350456
610
915
121716702280 3190
1,5 2 2,53 4,5
6 8 202530 50
80 100120 160220
300420
200150100
8 06 04 03 02 52 0
1 0864
1 5
AMT (m)
CARTA DE CORREÇÃO DE VISCOSIDADE
0,6Qoo0,8Qoo1,0Qoo1,2Qoo
760
10 15 40
60
Engler°
mm²/s = cSt
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas192192
FIGURA 111
Ampliando uma superfície metálica usinada, ou mesmo retificada,
veremos que ela é formada por picos e vales. São as rugosidades.
Havendo um deslizamento entre duas dessas superfícies, os picos se
chocarão e quebrarão, formando novos picos que, com a continuação do
movimento, também serão quebrados, e assim sucessivamente. Esse ar-
rancar de pequenas partículas levará ao desgaste do material.
Colocando entre essas superfícies uma película lubrificante, um óleo
que mantenha os picos afastados, eles não mais se tocarão e não haverá
mais desgastes.
Além de reduzir ou eliminar o desgaste, se houver a formação desse
filme lubrificante, teremos uma redução do atrito, uma vez que necessi-
taremos de menor força para cisalhar o lubrificante do que para quebrar
os picos do material metálico.
A finalidade da lubrificação é a de manter um filme de uma espessura
adequada através de um produto com características lubrificantes, evitando
o contato metálico entre as duas superfícies. Sempre que a espessura des-
se filme for inferior à altura dos picos, teremos contato de metal contra
metal e, conseqüentemente, desgaste.
A propriedade mais importante do lubrificante para garantir esse filme
de óleo é a viscosidade.
São dois os tipos de mancais utilizados em bombas: mancal de rola-
mento e mancal de deslizamento. Algumas bombas usam os dois tipos
simultaneamente. Vejamos como funcionam.
Pense e AnotePense e Anote
Contato metálico
F
F
Filme lubrificante
F
F
FILME LUBRIFICANTE SEPARANDO DUAS SUPERFÍCIES
![Page 190: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/190.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 193193
FIGURA 112
MANCAL DE DESLIZAMENTO
MANCAIS DE ROLAMENTO
Quando o eixo está parado, apóia-se na parte inferior do mancal, ocasio-
nando um contato metálico. Ao iniciar a rotação, a tendência do eixo é
subir no mancal. Mas, ao começar a girar, o eixo bombeia o óleo lubrifi-
cante que se encontra entre ele e o mancal, criando uma pressão de óleo.
Essa pressão irá gerar uma força, que elevará o eixo ligeiramente do man-
cal. Devido ao formato da curva de pressão criada, a tendência do eixo é
deslocar-se para o lado oposto de seu movimento inicial. Se o filme de
óleo formado for mais espesso que as irregularidades da superfície do eixo,
só teremos desgaste na partida da máquina. Se o filme de óleo romper-
se, teremos contato metal com metal. Para evitar danos no eixo, a maio-
ria desses mancais utiliza uma cobertura de metal bastante macio, cha-
mada metal patente. Devido ao formato que o óleo assume no interior
do mancal, é usual falar em cunha de óleo.
A esfera de um rolamento possui uma área de apoio muito reduzida,
praticamente um ponto. Qualquer força atuando numa área reduzida gera
uma pressão muito elevada. Com esses esforços, ocorre uma deformação
tanto na esfera quanto na pista, mas dentro do limite elástico, ou seja,
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
Distribuição da pressão
Pressão de óleo
POSIÇÃO DO EIXO NO MANCAL DE DESLIZAMENTO
MANCAL DE DESLIZAMENTO
MANCAIS DE ROLAMENTO
Eixo
Óleo
Eixo
Eixo
Óleo
Eixo
Óleo
Eixo
Eixo parado Eixo girandoEixo partindo
Óleo Óleo
F F
![Page 191: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/191.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas194194
Total atenção com mancais e selagemprolonga o tempo de campanha doequipamento!!!
uma vez cessada a força, a deformação deixa de existir. Essa deformação
aumenta a área de contato, reduzindo a pressão. O óleo lubrificante é
bombeado pelas esferas, formando um filme de óleo, que separa as esfe-
ras das pistas do rolamento.
O óleo possui uma propriedade bastante interessante, que é a de au-
mentar a viscosidade com o aumento da pressão. Nos rolamentos, o lubri-
ficante fica submetido a pressões tão altas que se torna praticamente sóli-
do, o que evita o rompimento do filme de óleo formado. Pelos motivos
explicados, esse tipo é denominado de lubrificação elasto-hidrodinâmica.
Em um rolamento submetido a uma carga, como o peso próprio do con-
junto rotativo, somente as esferas inferiores absorverão os esforços. As es-
feras na parte superior do rolamento estarão sem carga. Como as esferas
giram, ora estarão com carga, ora sem carga, o que pode levar à falha por
fadiga, que é um dos principais modos de falha dos rolamentos.
As bombas centrífugas horizontais utilizam, com freqüência, mancais
de rolamentos. Caso as condições de rotação, juntamente com a carga,
levem a uma vida curta dos rolamentos, empregam-se mancais de desli-
zamento. O API 610 fixa a vida mínima em 3 anos.
Nas bombas verticais, são utilizados principalmente mancais guias
(buchas) para manter o eixo centrado na coluna. Para sustentação do con-
junto rotativo, algumas bombas utilizam mancal próprio, enquanto ou-
tras são sustentadas pelo mancal do acionador.
Os fabricantes de rolamentos afirmam que apenas 9% dos rolamentos
atingem sua vida normal, ou seja, 91% falham antes do prazo esperado.
Portanto, os mancais (com sua lubrificação) e a selagem são os itens que
merecem mais atenção nas bombas. Sendo bem tratados e acompanha-
dos, podem proporcionar muitos ganhos.
A falha catastrófica dos mancais é muito grave nas bombas, já que
ocasiona a falha do selo mecânico, com o conseqüente vazamento do lí-
quido bombeado. Leva também a roçamentos que podem gerar faíscas, o
que, dependendo do produto bombeado, pode gerar um incêndio. Nor-
malmente, uma bomba, quando chega a fundir os mancais, terá uma ma-
nutenção de alto custo e de tempo prolongado.
Pense eAnotePense eAnote
![Page 192: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/192.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 195195
Os principais produtos utilizados na lubrificação das bombas são:
Graxa.
Óleo lubrificante.
• Por nível.
• Forçada (ou pressurizada).
• Por névoa de óleo.
• Próprio produto bombeado, fazendo as vezes do lubrificante.
Lubrificação por graxaNão é muito usada em mancais de bombas centrífugas nas refinarias, fi-
cando restrita a algumas bombas pequenas, bombas de deslocamento po-
sitivo e em alguns tipos de acoplamentos (de engrenagem e de grade). Nos
motores elétricos, predomina a utilização da graxa na lubrificação dos ro-
lamentos. Nas indústrias, em que o ambiente tem pós em suspensão, é
usual o emprego da graxa.
Com graxa, as rotações máximas admissíveis nos rolamentos são me-
nores do que com óleo. Por exemplo, o rolamento de contato angular
7316B pode trabalhar até 3.200rpm com graxa, ou até 4.300rpm com óleo.
As caixas de mancais lubrificadas por graxa devem ser preenchidas, no
máximo, até 2/3 do seu volume. Os fabricantes das bombas, na sua mai-
oria, recomendam usar graxa à base de sabão de lítio e de consistência 2.
Óleo lubrificanteÉ o principal produto utilizado na lubrificação de bombas centrífugas ho-
rizontais. Existem três tipos principais de lubrificação com óleo.
Lubrificação por nívelÉ usada com óleo lubrificante. O nível de óleo na caixa de mancais é man-
tido por meio de um copo nivelador. O nível ficará sempre na linha mais
alta do chanfro do copo nivelador (Figura 113A).
Para mancais de rolamento, o nível deve ficar situado no centro da es-
fera inferior, nível este que é medido com a bomba parada. Para garantir
a lubrificação, é usual dotar o eixo de anel salpicador de óleo (ver Figura
113B). O anel salpicador fica parcialmente mergulhado no nível de óleo
e, ao girar, lança o óleo contra a parede da caixa de mancais. Este óleo
escorre e cai numa canaleta coletora, que o direciona para os rolamentos.
No lado do rolamento radial, o furo E leva o óleo para a parte traseira do
rolamento, passa pelo interior do mesmo, retornando ao depósito da caixa
de mancais. Do lado do mancal de escora, o óleo passa pelo furo F e vai
para a parte traseira dos rolamentos, passando parte dele por dentro dos
rolamentos. Para evitar que o nível fique alto nesta região, existe um furo
G, que se comunica com o reservatório, garantindo que o nível máximo
não será ultrapassado atrás do rolamento.
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
![Page 193: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/193.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas196196
FIGURA 113A
FIGURA 113B
Algumas caixas de mancal de rolamentos usam anel pescador. Esse anel
trabalha apoiado no eixo da bomba e é arrastado pelo seu giro. Como fica
parcialmente mergulhado no óleo, ao girar, arrasta o óleo pela sua superfície
interna, depositando-o no eixo e seguindo daí para o mancal, que pode ser
de rolamento ou de deslizamento. O óleo empregado na lubrificação de bom-
bas é geralmente um tipo turbina com viscosidade ISO 68.
Lubrificação forçada ou pressurizadaEsse tipo de lubrificação é utilizado somente para mancais de deslizamen-
to. Esse sistema é empregado quando a geração de calor no mancal é alta,
seja devido à carga, seja à rotação. O sistema de lubrificação forçado ne-
cessita, no mínimo, de: uma bomba para circular o óleo, um filtro de óleo
Pense eAnotePense eAnote Copo
niveladorOleadeira
Nívelde óleo Dreno
Coponivelador
Oleadeira
Nívelde óleoDrenoSubmergência
Secção B-B
Vista superior da caixa de mancais
Canaleta coletorade óleo
B E
F
LUBRIFICAÇÃO POR NÍVEL NORMAL E COM ANEL PESCADOR
LUBRIFICAÇÃO COM ANEL SALPICADOR
G
FG
B
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 197197
(geralmente duplo), um resfriador e uma válvula de segurança. Alguns sis-
temas adotam apenas uma bomba de óleo lubrificante, acionada pelo eixo
da bomba principal. Nesse caso, necessitam de um anel pescador nos man-
cais para garantir a lubrificação durante a partida e a parada da bomba.
Os sistemas mais sofisticados podem ter uma lubrificação segundo o API
614, em que temos duas bombas de lubrificação, dois resfriadores de óleo,
dois filtros, duas válvulas de alívio, sistema de controle de pressão do óleo
lubrificante, alarmes e cortes por pressão de óleo e por temperatura dos
mancais, entre outros dispositivos.
Lubrificação por névoaEsse tipo de lubrificação trabalha com uma mistura de ar e óleo na propor-
ção de 200 mil partes de ar para 1 parte de óleo (5ppm). Essa mistura é
preparada em um gerador, no qual é empregado um sistema de vórtice para
pulverizar o óleo e misturá-lo com o ar. Do gerador, saem as linhas de dis-
tribuição da névoa, geralmente de 2 polegadas de diâmetro. Elas possuem
um pequeno caimento de modo que qualquer óleo condensado que venha
a aparecer retornará ao tanque do sistema gerador. A pressão de distribui-
ção é bem baixa, geralmente de 50mbar, o que equivale a 0,05kgf/cm2 ou
20pol H2O. A névoa gerada possui partículas de óleo inferiores a 3 mícrons,
sendo adequada para ser transportada, mas não é boa para lubrificação.
Próximo de cada equipamento, sai pelo topo da linha de distribuição
uma linha de 3/4” de diâmetro, que desce até cerca de 1 metro de altura
da bomba, onde é instalado um distribuidor. Este possui uma válvula de
drenagem de óleo condensado e seis conexões roscadas, em que são ins-
talados os reclassificadores. Para cada ponto a ser lubrificado, correspon-
de um reclassificador.
O reclassificador possui duas funções básicas: a primeira é dosar a quan-
tidade de névoa que será fornecida, e a segunda é a de coalescer (reclassificar
ou aumentar o tamanho) as partículas de óleo para diâmetros superiores a 3
mícrons de modo que fiquem adequadas para lubrificação. A partir do reclas-
sificador, sai uma linha de inox de 1/4” que vai até o ponto a ser lubrificado.
Nesse tipo de lubrificação, a caixa de mancal trabalha sem nível de óleo.
O óleo condensado e a névoa residual saem pelo dreno da caixa de man-
cal da bomba, onde existe um coletor transparente, que permite avaliar
visualmente o estado do óleo. Na parte inferior desse coletor transparen-
te, temos uma válvula que possibilita drenar o óleo.
Na parte superior, temos uma tubulação de inox de 3/8” que vai até
uma caixa com cerca de 4 litros, denominado coletor ecológico. Na tam-
pa desta caixa temos uma linha de vent, pela qual sai a névoa não con-
densada para a atmosfera ou para um sistema de recuperação de névoa
residual. O óleo condensado fica na caixa ecológica, da qual posteriormente
retirado. As principais vantagens desse sistema são:
Aumento da vida dos rolamentos.
Pense e AnotePense e Anote
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas198198
Redução da temperatura da caixa de mancais (em média 15%).
Os rolamentos trabalham com um óleo sempre limpo.
Por ficar levemente pressurizada, não entram umidade nem pós na caixa
de mancais.
Como o coeficiente de atrito é menor, a potência consumida pela bomba cai.
Na maioria dos casos, a água de resfriamento pode ser eliminada da
caixa de mancais.
Eliminação do uso de copo nivelador, do cachimbo, anéis salpicadores
e pescadores (este último só no caso de rolamentos).
FIGURA 114
FIGURA 115
Pense e AnotePense e Anote
Motorelétrico
Sistema de LubriMist ® Típico
Perna dedreno
Bomba
Distribuidor
Coletorecológico
Console geradorde névoa modelo IVT
Sistema de Distribuição
Tubo 3/4”
Baixada
Tubulaçãoprincipal 2”
Reclassificador
Distribuidor
Distribuidor
Válvulade dreno
Reclassificador
Névoa para bombas antigas
Distribuidor Tubing 1/4”
Coletortransparente
Tubing 3/8”Ladrão
Dreno de cléo
Coletorecológico
Névoa para bombas API novas
Vent
Reclassificador
SISTEMA DE GERAÇÃO E DE DISTRIBUIÇÃO DE NÉVOA
NÉVOA PURA PARA BOMBAS API ANTIGAS E NOVAS
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 199199
FIGURA 116
Nas bombas tipo API anteriores à 8a edição, a névoa entra pelo centro
da caixa de mancais e sai pelo centro. Nas novas, quando especificado que
serão lubrificadas por névoa, o fabricante já fornece entradas independentes
para cada mancal, obrigando toda névoa injetada a passar pelos rolamen-
tos (Figura 115).
O reclassificador mais usado é o tipo névoa (ver Figura 116). Somente
este modelo é montado no distribuidor. Os outros são montados próxi-
mo ao ponto a ser lubrificado. O reclassificador do tipo névoa possui a
numeração 501, 502, 503, 504 e 505. Quanto maior o número, maior a
vazão de névoa. O tipo spray forma uma névoa mais densa e é usado
quando temos rolamentos de rolos. O tipo condensado forma gotículas
maiores de óleo e é utilizado para engrenagens.
O reclassificador direcional é empregado principalmente em bombas
BB, sendo roscado na caixa de mancal e com seu furo apontado para o
centro da esfera do rolamento (ver Figura 117). Ele possui uma marca ex-
terna para orientar a posição do furo durante a montagem.
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
Condensado Direcional
Spray Névoa
Furo
TIPOS DE RECLASSIFICADORES
![Page 197: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/197.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas200200
FIGURA 117
FIGURA 118
O sistema de névoa até agora descrito é denominado névoa pura. Exis-
te também o de névoa de purga.
Os mancais de deslizamento necessitam de óleo para a formação da
cunha que irá garantir a sustentação do eixo. Por isso, nesse tipo de man-
cal, é adotado o sistema de névoa de purga, sendo mantido o nível de
lubrificante original. Essa névoa serve para pressurizar a caixa de mancal
(evitar a entrada de umidade e pós) e para completar o nível de óleo.
Pense eAnotePense eAnote Reclassificador
direcional
Coletorecológico
Reclassificadordirecional
Válvulade dreno
Distribuidor
Reclassificador
Controlede nível
Para caixacoletora
Visor deacrílico
Óleo
UTILIZAÇÃO DO RECLASSIFICADOR DIRECIONAL
NÉVOA DE PURGA
![Page 198: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/198.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 201201
A bomba canned, que significa “enlatada” em inglês,possui o impelidor montado no eixo do motor elétrico.As bobinas do motor ficam separadas do rotor por umcilindro de chapa, daí seu nome.
BOMBAS CANNED E DE ACOPLAMENTO MAGNÉTICO
FIGURA 119
Lubrificação pelo próprio fluidoMuito usada em bombas verticais, nas quais o próprio fluido bombeado
lubrifica os mancais guias. Nas bombas com acoplamento magnético e nas
bombas canned, ambas sem selagem, também é usual o líquido bombe-
ado ser utilizado na lubrificação dos mancais. Nessas bombas, o mancal
costuma ser de carbeto de tungstênio ou carbeto de silício. Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
Estator do motor
Mancal Radial
Impelidor
Mancalde escora
Vendaçãodos cabos
Luvade eixo
Ímãs
Bomba de acoplamento magnético
Mancais
Caixa de mancaisconvencional
BOMBAS CANNED E DE ACOPLAMENTO MAGNÉTICO
Bomba Canned
![Page 199: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/199.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas202202
As principais falhas dos mancais das bombas são devido:
À MONTAGEM INADEQUADA
Pancadas, sujeiras etc.
À ENTRADA DE FLUIDOS ESTRANHOS NA CAIXA DE MANCAL
Água, produto bombeado, vapores e gases.
À ENTRADA DE SÓLIDOS NA CAIXA DE MANCAL
Catalisadores, pós etc.
AO NÍVEL DE ÓLEO OU À QUANTIDADE DE GRAXA INADEQUADOS
NAS CAIXAS DE MANCAIS
AOS ESFORÇOS ELEVADOS
Vibração, desalinhamento entre bomba e acionador, desbalanceamen-
to, esforços da tubulação etc.
ÀS TOLERÂNCIAS INCORRETAS
Diâmetro do eixo, diâmetro da caixa, raios de concordância etc.
AO DESALINHAMENTO ENTRE OS DOIS ALOJAMENTOS DOS
ROLAMENTOS
À QUALIDADE DOS ROLAMENTOS
Falsificação, produtos de 2a linha, estocagem inadequada etc.
À QUALIDADE E LIMPEZA DO LUBRIFICANTE
Viscosidade não adequada, abastecimento com funil ou regador sujo etc.
AO AQUECIMENTO EXCESSIVO DO LUBRIFICANTE
Oxidação e redução da vida do óleo.
À OPERAÇÃO DA BOMBA FORA DO PONTO DE PROJETO
Cavitação, recirculação, aumento de esforços radiais e axiais.
A umidade no óleo lubrificante é um dos vilões que o levam a falhar
prematuramente por deficiência de lubrificação. Estudos dos fabricantes
de rolamentos indicam que a vida de um rolamento cai para menos da
metade quando o óleo lubrificante possui 300ppm de água. O fabricante
do óleo já o fornece com 100ppm de água. Nesses níveis, a água está dis-
solvida no óleo e não é percebida. Para identificá-la, é necessária a realiza-
ção de testes específicos de laboratório. Nem por centrifugação ela conse-
gue ser separada porque está dissolvida. Somente com aplicação de vá-
Pense eAnotePense eAnote
![Page 200: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/200.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 203203
300ppm de teor de água significa que temos 300 partes de água em
cada 1.000.000 de partes da mistura água/óleo. Isto corresponde a
o que significa algumas gotas numa caixa de mancais.
300 ppm =300
1.000.000=
3
10.000=
0,03
100= 0,03%
cuo ou com processos de transferência de massa é conseguida a separa-
ção. Após 350ppm, nas temperaturas usuais da caixa de mancal, é que a
água consegue ser detectada visualmente no óleo, porque fica emulsio-
nada. A principal fonte de água no óleo é a umidade do ar.
Na Figura 120, temos um gráfico com a vida relativa do rolamento em
função da umidade existente no óleo. Com 100ppm de água, a vida do
rolamento é considerada normal, recebendo o valor de 100%. Se a umida-
de do óleo baixasse em quatro vezes, ficando em 25ppm, o rolamento
teria uma vida relativa de 230%, o que significa que o rolamento aumen-
taria sua vida em 2,3 vezes. Se a falha ocorresse a cada ano, passaria a ser
a cada 2,3 anos.
Por outro lado, se a umidade aumentar três vezes, indo para 300ppm,
a vida será reduzida para 45% da normal. O rolamento que teria vida útil
de 1 ano passaria para 0,45 ano, ou pouco mais de 5 meses. Provavel-
mente, a maioria dos óleos das caixas de mancais das bombas deve estar
com mais de 300ppm de água, o que reduz significativamente sua vida.
A Figura 120 mostra que, ao passar de 100 para 200ppm, a redução é
de quase 50% na vida útil. Depois dos 1.000ppm, a queda passa a ser bem
lenta. Nos percentuais mais baixos de água, um pequeno aumento na con-
centração de água causa redução considerável.
A temperatura de trabalho do óleo é um fator importante para sua vida
e, como conseqüência, a do mancal. Quanto maior a temperatura, maior
a oxidação, degradando rapidamente o óleo. Os óleos usados em lubrifi-
cação possuem aditivos antioxidantes que são consumidos mais rapida-
mente à medida que o trabalho é executado em temperaturas altas. Na
Figura 121, a SKF mostra que um óleo trabalhando na temperatura de 30ºC
dura 30 anos. O mesmo óleo a 100ºC dura apenas 3 meses.
Pense e AnotePense e Anote
![Page 201: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/201.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas204204
FIGURA 120
FIGURA 121
Pense e AnotePense e Anote Vida relativa dos rolamentosbaseada em 100% para 100ppm de água
ppm da água no óleo
% da vida relativa
Vida do óleo
Vida em anos
Temperatura (°C)
VIDA RELATIVA DOS ROLAMENTOS VERSUS TEOR DE ÁGUA NO ÓLEO
VIDA DO ÓLEO EM FUNÇÃO DA TEMPERATURA DE TRABALHO
![Page 202: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/202.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 205205
ResumoResumo
Os mancais das bombas são lubrificados por: graxa, óleolubrificante ou pelo próprio produto bombeado.
A principal graxa utilizada nos rolamentos é à base de sabão delítio e de consistência 2. As caixas de mancais para graxa devemser preenchidas apenas com 2/3 do seu volume.
Os óleos lubrificantes usados nas bombas são normalmente dotipo turbina com viscosidade ISO 68 como, por exemplo, oMarbrax 68.
A lubrificação por óleo pode ser por:
LUBRIFICAÇÃO POR NÍVELPode ser com ajuda de anel salpicador (fixo ao eixo), ou anelpescador (arrastado pelo giro do eixo).
LUBRIFICAÇÃO FORÇADAA vazão e a pressão de óleo são fornecidas por uma bomba delubrificação.
LUBRIFICAÇÃO POR NÉVOAA lubrificação é realizada por uma mistura de ar com óleo naproporção de 5ppm de óleo.
O nível de óleo normalmente é no meio da esfera inferiordo rolamento.
A temperatura do óleo lubrificante e o teor de água no óleo sãodois fatores que, quando altos, reduzem sensivelmente a vida doslubrificantes e, conseqüentemente, dos mancais.
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
AcoplamentoA função básica do acoplamento é a de transmitir o torque do acionador
para a bomba.
Os acoplamentos flexíveis possuem como funções complementares:
absorver desalinhamentos e amortecer vibrações que poderiam ser
transmitidas de uma máquina para outra. Os acoplamentos rígidos não
possuem essas funções.
![Page 203: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/203.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas206206
K
A GRADES B LÂMINASFLEXÍVEIS
C GARRAS
D PINOS COMELASTÔMEROS E CORRENTES F LÂMINAS COM
ESPAÇADOR
G GRADES COM EIXOFLUTUANTE
H ENGRENAGENS I TIPO PNEU
J RÍGIDO LÂMINAS COM ESPAÇADOR
DE LÂMINAS FLEXÍVEIS
Diâmetro máximoFuro máximo
DBSEdistância
entre pontasde eixo
TIPOS DE ACOPLAMENTOS
Pense e AnotePense e Anote
FIGURA 122
K
A B C
D E F
G H I
J
![Page 204: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/204.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 207207
Existe uma grande diversidade de acoplamentos. Os principais tipos
empregados são:
Rígido.
De lâminas ou discos flexíveis.
De engrenagens.
De garras com elastômero.
Tipo pneu.
De pinos amortecedores.
De correntes.
O acoplamento rígido é simplesmente uma conexão. É bastante usado
em bombas verticais quando seu eixo é sustentado pelo mancal do
acionador. Bombas horizontais não utilizam esse tipo de acoplamento.
Para facilitar a desmontagem das bombas, é comum o uso de um
espaçador no acoplamento. No caso de bombas em balanço, como as OH1e OH2, é o espaçador que permite que elas sejam retiradas da base sem
necessidade de movimentar o acionador e a sua carcaça. Em bombas com
impelidor entre os mancais, tipo BB, é o espaçador que permite a troca
do rolamento e do selo do lado acoplado sem grandes desmontagens.
Quando a distância é muito grande entre as pontas de eixo, o emprego
do espaçador pode levar a um peso excessivo no acoplamento. Nesses
casos, podemos adotar o acoplamento com eixo flutuante. Consiste no uso
de dois acoplamentos, um em cada extremidade, interligados por um eixo.
Geralmente, os dois acoplamentos utilizados são híbridos, metade flexível
e metade rígido.
Atualmente, a preferência é pelos acoplamentos que não exigem
lubrificação. Os lubrificados possuem as seguintes desvantagens:
Necessidade de parar a bomba para sua lubrificação, o que ocorre a cada
6 meses.
Necessidade de abrir o acoplamento para retirar a graxa antiga. Se
lubrificarmos sem abrir o acoplamento, a graxa tomará caminhos
preferenciais, realizando apenas uma renovação parcial.
Custo da mão-de-obra e da graxa empregada na lubrificação.
Na seleção de um acoplamento, devemos sempre utilizar o catálogo
do fabricante. Os acoplamentos são dimensionados principalmente pelo
torque. Temos sempre de verificar se a rotação máxima recomendada pelo
fabricante atende à de trabalho do equipamento e se o furo máximo
permitido comporta tanto o eixo da bomba quanto o do acionador. Este
último costuma ter o diâmetro maior.
Nos catálogos, são fornecidos coeficientes de segurança ou de serviço,
FS, que são valores a serem multiplicados pela potência para a seleção.
No caso de bombas centrífugas, os fabricantes quase sempre especificam
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e e A
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Pens
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![Page 205: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/205.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas208208
FS = 1,0. Entretanto, é aconselhável usar segurança adicional,
principalmente nos acoplamentos de lâminas flexíveis, adotando, por
exemplo, FS = 1,1.
Para efeito de dimensionamento, sempre utilizamos a potência de placa
do acionador, embora saibamos que a bomba normalmente exige menos
potência. Essa sobra fica como um fator de segurança adicional.
Selecionar um acoplamento para uma bomba que gira a 3.550rpm e cujo
motor possui a potência de 60hp. O diâmetro na região do acoplamento do
eixo da bomba é de 60mm e do motor é de 70mm. A distância entre as pon-
tas dos eixos é de 127mm (5"). Usar a tabela fornecida a seguir para aco-
plamento tipo M.
PROBLEMA 10PROBLEMA 10PROBLEMA 10PROBLEMA 10PROBLEMA 10
Dados:
Potência – 60hp
Rotação – 3.550rpm
Diâmetro eixo bomba – 60mm
Diâmetro eixo motor – 70mm
Adotando o fator de segurança de 1,1, temos:
Potência para seleção = Pot. acionador x FS = 60 x 1,1 = 66hp
Pense eAnotePense eAnote
Tamanho rpmmáximo
Máx. hp/1.000rpm
Peso kgs/furo
Furomáximo
4 M
5 M
6 M
7 M
8 M
9 M
10M
11M
6.000
6.000
6.000
6.000
5.000
4.500
3.750
3.600
1,3
2,2
3,0
5,9
11,8
17,7
23,7
34,0
33
38
46
56
67
71
83
91
2,7
3,6
4,5
6,8
14,0
16,0
23,0
27,0
TABELA 26
DADOS DO ACOPLAMENTO
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 209209
Cálculo do torque:
Torque =PotRot
Potrpm/1.000
663,55
= 18,6 hp/1.000rpm=66
3.550/1000= =
A divisão da rpm por 1.000 é devido ao fato de a tabela de seleção estarbaseada em hp/1000rpm. Esta unidade é bastante comum nos catálogosde seleção dos acoplamentos.
Entrando na tabela com o valor imediatamente acima de 18,6, achamos23,7hp/1.000rpm, o que corresponde ao acoplamento 10M. Sua rotaçãomáxima admitida é de 3.750rpm (a da bomba é 3.550rpm) e o furo máximoadmissível é de 83mm (bomba 60mm e motor 70mm). Portanto, oacoplamento escolhido atende e deverá ser de 10M com espaçador de127mm.
Se o furo máximo fosse inferior ao desejado, teríamos de selecionar umtamanho acima que comportasse o diâmetro do eixo.
Se a rotação máxima permitida do acoplamento selecionado for inferior àdesejada, poderemos consultar o fabricante do acoplamento sobre o novolimite de rotação, caso ele seja balanceado dinamicamente. Se ainda assimnão atender, escolher um outro modelo de acoplamento que comporte arotação desejada.
Em alguns desenhos de equipamentos vindos do exterior, aparecem as letrasDBSE com relação ao acoplamento. Essas letras são de Distance BetweenShafts End, que significa “o afastamento entre as pontas dos eixos doacionador e do acionado”.
Resumo
Há uma preferência por acoplamentos sem lubrificação em face danecessidade de parar as bombas para abrir o acoplamento a fim de realizaruma lubrificação adequada.Quando dimensionar um acoplamento para bombas, usar sempre um fatorde serviço, FS, igual ou superior a 1,1.Os acoplamentos são dimensionados pela capacidade de transmitir torque(potência/rotação). Uma vez selecionado, há necessidade de verificar se elecomporta os diâmetros dos eixos da bomba e do acionador. Temos tambémde verificar se a rotação máxima especificada pelo fabricante do acoplamentoatende à rotação da bomba.
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note
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![Page 207: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/207.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas210210
Seleção de bombasAs bombas são escolhidas, principalmente, em função das suas caracte-
rísticas. Exemplificando, se o NPSH disponível pelo sistema for muito
baixo, podemos especificar uma bomba de dupla sucção ou uma com
indutor de NPSH, que possuem NPSH requerido mais baixo. Se, ainda
assim, essas bombas não atenderem, podemos optar por uma bomba
vertical com o comprimento adequado, de modo que teremos uma co-
luna de líquido sobre o impelidor, aumentando o NPSH disponível. Al-
gumas partes da especificação provêm de normas, como no caso do API
610 que, entre outras coisas, recomenda carcaça partida radialmente para
os seguintes casos:
Temperatura do produto maior ou igual a 200ºC.
Líquidos inflamáveis ou perigosos com densidade menor do que 0,7
na temperatura de bombeamento.
Líquidos inflamáveis ou perigosos com pressão de descarga acima de
100bar.
É usual, antes de fazer a especificação final, consultar alguns fabricantes
para garantir a existência e a disponibilidade de bombas que atendam ao
desejado.
Uma vez escolhido o fabricante e o tipo da bomba a ser usada, entramos
com a vazão e a AMT na carta de seleção para identificar o tamanho da
bomba e a rotação de trabalho que irá atender ao especificado. Escolhido
o tamanho da bomba, entramos na sua família de curvas e definimos o
diâmetro do impelidor, o NPSH requerido e o rendimento, o que permite
o cálculo da potência consumida. O NPSH requerido na vazão especificada
terá de ser menor do que o NPSH disponível. Sempre que possível, a bomba
deve ser escolhida para trabalhar perto do seu BEP – Ponto de Máxima
Eficiência, evitando assim que venha a ter problemas de recirculação
interna e esforços radiais maiores.
Vamos a um exemplo de seleção de uma bomba.
PROBLEMA 11
Determinar o modelo da bomba, o diâmetro do impelidor, o NPSH requeri-
do e a potência para uma bomba que irá trabalhar nas seguintes condições:
Vazão – 50m3/h
Pressão de sucção – 0,6kg/cm2M
Pressão de descarga – 16,6kg/cm2M
AMT – 200m
NPSHdisp – 10m
Produto bombeado – querosene
Densidade – 0,80
Temperatura – 30ºC
Viscosidade – 1,55cSt
Pressão de vapor a 80ºC – 0,8kg/cm2A
Pense eAnotePense eAnote
![Page 208: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/208.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 211211
Com a vazão de 50m3/h e com a AMT = 200m, entramos na Figura
123 para bombas com 3.550rpm e determinamos a bomba 40-315.
Como a viscosidade do querosene é baixa, não necessitamos de fatores
de correção.
Entramos nas curvas da bomba 40-315, Figura 124, com a vazão e com
a AMT, e marcamos o ponto de trabalho.
Com esse ponto, obtemos o diâmetro do impelidor, o rendimento, o
NPSH requerido e a potência para água.
Diâmetro do impelidor = 322mm.
Rendimento = 49%
NPSHreq = 7m
Potência = 76cv para água cuja densidade = 1
A potência varia diretamente com a densidade (ou peso específico). Para
querosene com densidade de 0,8, a potência será de:
FIGURA 123
Pot = 76 x 0,8 = 60,8cv
Da Tabela 11, temos:
1cv = 0,986hp
Pense e AnotePense e Anote
H (m)
Q (m³/h)
n = 3500
80 - 200
80 - 160
50 - 12540 - 12532 - 125
32 - 160
32 - 200
32 - 250
40 - 315
50 - 200
40 - 160 50160
CARTA DE SELEÇÃO DE TAMANHOS
100200
40 - 250 25050
80 - 250
65 - 200
65125
65160
20040
100160
25065
50 - 315
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas212212
A potência consumida em hp será:
Pot = 60,8cv x 0,986 hpcv
= 59,9hp
Poderíamos também ter estimado a potência de uma forma mais
precisa pela fórmula:
Pot = Q x AMT x �274 �
= 59,6hp= 50 x 200 x 0,8274 x 0,49
FIGURA 124
Pense e AnotePense e Anote
CURVAS DA BOMBA 40-315
EQUAÇÃO 7EQUAÇÃO 7
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 213213
A pequena diferença de potência encontrada pelos dois métodos é
devido à imprecisão do gráfico.
Como o NPSH disponível é de 10m e o requerido é de 7m e, portanto,
o NPSHdisp > NPSHreq, a bomba selecionada atende.
Se o NPSH não atender, podemos tentar uma bomba de tamanho
imediatamente acima ou uma outra com menor rotação, o que logicamente
levaria a uma bomba maior.
ResumoResumo
Depois de escolhidos o tipo e o fabricante da bomba, entramosna carta de seleção com a vazão e a AMT desejadas edeterminamos o tamanho da bomba e a rotação em queserá necessário operar.
Com o tamanho escolhido, entramos na família de curvas deAMT x vazão dessa bomba para escolher o tamanho do impelidorque irá atender ao especificado. Podemos retirar também orendimento e o NPSH requerido a partir da vazão desejada.
Verificamos então se o NPSH requerido é inferior ao NPSHdisponível do sistema.
A potência para água pode ser obtida diretamente do gráfico,devendo ser corrigida para a densidade (ou peso específico) dolíquido que será bombeado. Podemos também calcular a potênciapela sua fórmula (equação 7).
Análise de problemas de bombascentrífugasToda bomba que deixa de atender ao processo ou apresenta algum sinto-
ma que resulta em risco operacional, como vazamento ou vibração alta,
necessita de análise para determinar as ações a serem tomadas.
Antes de abrir uma bomba que não esteja cumprindo seu papel ade-
quadamente, devemos ter certeza de que o problema é da bomba. Muitas
vezes o problema está nas condições do processo ou no sistema e, nesse
caso, a abertura da bomba não é a solução para o caso.
Algumas situações permitem um diagnóstico imediato da falha, como
o vazamento pelo selo ou o travamento do conjunto rotativo, problemas
Pens
e e A
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Pens
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![Page 211: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/211.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas214214
estes que são visíveis. Na abertura da bomba, as peças devem ser exami-
nadas para identificar o motivo da falha. Outros tipos de situações neces-
sitam de uma investigação para determinar sua causa.
Não devemos apenas substituir as peças danificadas, mas tentar en-
tender que motivo levou à falha e tomar as providências para evitar sua
repetição.
A seguir, analisaremos os problemas mais freqüentes que ocorrem na
operação de bombas centrífugas e que necessitam de investigação. Vamos
dividi-los em cinco categorias principais:
Bombas que não estão atendendo em vazão ou pressão de descarga.
Bombas que apresentam vibração ou ruído.
Bombas que estão exigindo potência acima da esperada.
Bombas que apresentam aquecimento excessivo nos mancais.
Bombas com vazamentos.
Muitas vezes, o problema pode ser enquadrado em mais de uma das
situações acima.
Bombas que não estão atendendoem vazão ou pressão na descargaUma bomba, estando em boas condições, deve trabalhar sobre suas cur-
vas de AMT e de potência versus vazão. Entende-se como em boas con-
dições:
1. NPSH disponível acima do requerido (sem cavitação).
2. Vazão acima da mínima de fluxo estável (sem recirculação interna).
3. Rotação correta.
4. Impelidor no diâmetro correto e sem problemas de desgaste ou obs-
trução interna.
5. Carcaça ou difusores sem desgaste.
6. Folgas de anéis de desgaste e das buchas dentro de valores recomen-
dados.
7. Líquido dentro das condições de projeto (densidade e viscosidade).
Pequenos desvios em relação aos pontos das curvas são aceitáveis, seja
pela imprecisão do método de medição no campo, seja pela diferença de
desempenho de um impelidor para outro que, por serem peças fundidas,
sempre apresentam pequenas variações na forma.
No diagrama de bloco a seguir, Figura 125, procuramos fazer essa aná-
lise partindo das verificações mais fáceis de serem executadas para as mais
trabalhosas. Partimos do pressuposto de que a bomba operava satisfato-
riamente antes, ou seja, não é um problema de projeto ou da seleção da
bomba para a aplicação na qual está sendo utilizada.
Pense eAnotePense eAnote
![Page 212: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/212.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 215215
FIGURA 125
Pens
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note
Pens
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note
Corrigir a vazão
Desgaste interno
Verificar motivodo aumento daperda de carga
na sucçãoBomba em
bom estado
Verificar abrindovent da carcaça
(cuidado se abomba tiver vácuo
na sucção)
Corrigir rotação
Desgaste interno
Solicitar correçãopara operação
Desgaste interno
INÍCIO
Bomba operacavitando?
Vazão > projeto?
Pressão desucção normal?
Bomba estáescorvada?
Rotação correta?
Viscosidade edensidadenormais?
Ponto AMT x Qigual da curva?
Ponto POT x qigual da curva?
N N
N N
N
N N
S
S
S
S
S
S
S
S
N
Problema de baixa vazão ou pressão na descarga
DIAGRAMA PARA DETERMINAÇÃO DE PROBLEMAS DE VAZÃOOU BAIXA PRESSÃO DE DESCARGA EM BOMBAS CENTRÍFUGAS
![Page 213: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/213.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas216216
A BOMBA BOMBA BOMBA BOMBA BOMBA ESTÁ CAA ESTÁ CAA ESTÁ CAA ESTÁ CAA ESTÁ CAVITVITVITVITVITANDO?ANDO?ANDO?ANDO?ANDO?
Começamos com esta pergunta por ser a mais fácil de responder. A cavita-
ção é facilmente identificável pelo ruído característico, parecido com o de
“batida de pedras” na carcaça, pela alta vibração e pela oscilação das pres-
sões de sucção e da descarga.
Cavitação ocorre, normalmente, quando a bomba está trabalhando com
vazões altas, tornando o NPSH disponível inferior ao NPSH requerido.
Como a bomba está apresentando baixo desempenho, ou seja, não está
conseguindo aumentar sua vazão, a recirculação interna, que ocorre quan-
do trabalhamos com vazões baixas, não é uma causa provável. Nos casos
de bombas com pressão de sucção negativa, convém verificar a possibilida-
de de estar entrando ar pelas juntas dos flanges ou pela selagem.
Se a resposta à pergunta sobre cavitação for positiva, uma das prová-
veis causas é o aumento da perda de carga na linha de sucção (redução do
NPSH disponível), que pode ter sua origem em:
Alguma obstrução parcial na linha de sucção, como válvula parcialmen-
te fechada, filtro sujo etc.
Bomba operando com vazão mais alta do que a de projeto. Vazão maior
significa maior NPSH requerido e menor NPSH disponível, portanto,
mais propício à cavitação.
Aumento da viscosidade do líquido (caso de líquidos viscosos), que
pode ocorrer pela redução da temperatura de bombeamento. O aumen-
to da viscosidade aumenta as perdas de carga, reduzindo a pressão de
sucção e o NPSH disponível.
Se for decorrente do desgaste da bomba (aumento do NPSH requeri-
do), sua origem é:
Bomba com folgas internas altas; por exemplo, se os anéis de desgaste
ou a luva espaçadora entre o primeiro e o segundo estágios estiverem
com folga excessiva, uma boa parte da vazão irá retornar internamen-
te da descarga para a sucção. Para efeito de cavitação, é como se esti-
vesse bombeando adicionalmente esse acréscimo de vazão.
Desgaste no impelidor, alterando suas características na região de suc-
ção. Desgastes na região da voluta não afetam o NPSH requerido.
✔
✔
✔
✔
✔
Cavitação só ocorre no primeiro estágio debombas multi-estágios. No segundo estágio,o NPSH disponível já é alto.
Pense eAnotePense eAnote
![Page 214: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/214.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 217217
Os meios de tirar uma bomba da condição de cavitação, por ordem de
facilidade, são:
1. Verificar a possibilidade de aumentar o nível do líquido no vaso de suc-
ção. Alguns sistemas possuem controle de nível nesse vaso, bastando,
nesse caso, alterar o valor de controle (set point).
2. Reduzir a perda de carga na linha de sucção, por exemplo, verificando
se o filtro da sucção está sujo ou se alguma válvula está parcialmente
fechada.
3. Limitar a vazão máxima da bomba em um valor em que não tenha-
mos ruído ou vibração.
4. Resfriar o líquido (reduz a pressão de vapor), desde que as condições
demandadas pelo processo (antes e depois da bomba) o permitam.
5. Verificar com o fabricante da bomba se existe outro modelo de impe-
lidor que atende a necessidade do processo e com NPSH requerido mais
baixo para essa carcaça.
6. Verificar se o modelo da bomba permite a instalação de um indutor de
NPSH.
7. Avaliar se o aumento do diâmetro da linha de sucção, ou a simplificação
do encaminhamento da linha, ou a eliminação de acessórios instalados
nela, com a conseqüente redução da perda de carga, trará o ganho ne-
cessário para evitar a cavitação.
8. Elevar o vaso de sucção ou rebaixar a bomba.
9. Alterar o material do impelidor para aço inoxidável, o qual resiste mais
à cavitação. Dentre os materiais usuais, o que apresenta menor des-
gaste é o ASTM A-743 CA6NM, que possui 12% de Cr. Essa solução ten-
ta atenuar o efeito da cavitação. É usada para conviver com o proble-
ma, aumentando apenas o tempo de falha do impelidor.
Quando a bomba succiona de um vaso fechado, em que temosequilíbrio entre as fases líquidas e de vapor (ver Figura 126), oNPSH disponível para uma determinada vazão irá dependerapenas do nível da coluna do líquido e da perda de carga entreo vaso e a bomba. A pressão de vapor acaba se cancelando,uma vez que a ela é somada para aumentar a pressão nasucção Ps, mas depois ela é subtraída para obter o NPSHdisponível. Portanto, alterar a temperatura do líquido paramudar a pressão de vapor no caso de vasos fechados nãoresolverá o problema. O melhor meio de aumentar o NPSHdisponível é aumentar a altura da coluna de líquido (nível dovaso), ou reduzir as perdas de carga na linha de sucção.
Pense e AnotePense e Anote
![Page 215: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/215.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas218218
Caso a bomba não esteja cavitando, passamos ao seguinte questiona-
mento:
A BOMBA ESTÁ ESCORVADA?
A verificação pode ser feita com a bomba em funcionamento. Podemos
abrir um pouco o vent da carcaça. Se vapores saírem, é sinal de que não
temos apenas líquido no interior da bomba, o que reduzirá seu desempe-
nho. As razões para isso podem ser:
A bomba pode não ter sido completamente cheia de líquido (escorva-
da) antes da partida.
Entrada de ar pelas juntas da linha de sucção ou pelas gaxetas (somen-
te no caso de bomba com pressão negativa na sucção).
A submersão da linha de sucção pode ser pequena, permitindo a for-
mação de vórtice e, conseqüentemente, entrada de ar ou de gases.
O líquido contém quantidade excessiva de gases dissolvidos.
Se tudo estiver correto, vamos ao passo seguinte.
A ROTAÇÃO ESTÁ CORRETA?
Sabemos que a vazão varia diretamente com a rotação e a AMT com o seu
quadrado. Portanto, se a rotação estiver mais baixa, a bomba pode não
atender ao processo. A solução, nesse caso, é ajustar a rotação. Caso não
consigamos devido ao fato de a potência do acionador já ser a máxima,
temos de diagnosticar se o problema é da bomba, que está exigindo mai-
or potência ou do acionador, que apresenta alguma deficiência.
FIGURA 126
✔
✔
✔
✔
Pense e AnotePense e Anote
PRESSÃO DE VAPOR E NPSH
Ps = P vapor + P col líq – perdas de carga
NPSHdisp = Ps + Patm – Pvap�
+ V2
2g+ h
Ps
Alturada colunado líquido
h
Pvap
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 219219
A rotação pode ser medida por meio de tacômetros com fita de refle-
xão ou por meio de aparelhos de vibração que possuam filtros de freqüên-
cias. Podem também ser usados freqüencímetros de lâminas (tacômetros
de Frahm), muito empregadas nas turbinas mais antigas.
Baixa rotação só ocorre em turbinas a vapor, motores de combustão
interna, ou com motores elétricos que possam ter sua rotação modifica-
da. Motores elétricos comuns trabalham sempre na rotação especificada,
ou próximo a ela, devido a um pequeno aumento da carga. Se não tive-
rem potência suficiente para trabalhar na rotação especificada, irão atuar
o sistema de proteção por alta corrente elétrica ou queimarão.
O PRODUTO ESTÁ COM SUAS ESPECIFICAÇÕES CORRETAS?
O aumento de viscosidade atua de dois modos negativos no desempenho
da bomba: aumenta a perda de carga nas linhas de sucção e de descarga,
exigindo da bomba para a mesma vazão AMT maior; e afeta negativamen-
te o desempenho da bomba, reduzindo a AMT, a vazão e o rendimento.
Portanto, não devemos desprezar sua importância no diagnóstico de pro-
blemas nas bombas que trabalham com líquidos viscosos.
A alteração da temperatura de bombeamento é uma das principais res-
ponsáveis pela alteração da viscosidade. Quanto menor a temperatura,
maior a viscosidade. Quanto maior a viscosidade, menor a vazão e a pres-
são de descarga numa bomba centrífuga.
A modificação da temperatura influencia também o peso específico (ou
a densidade) do produto. Na prática, para um mesmo produto, essas va-
riações de densidade costumam ser pequenas, a não ser em casos de gran-
des variações de temperaturas. Ocorrendo modificação do peso específi-
co (�), temos alteração das pressões e da potência.
A AMT (head) fornecida pela bomba centrífuga para uma determinada
vazão é sempre a mesma. Se o peso específico � for reduzido, a pressão
também será reduzida na mesma proporção.
A potência também irá variar diretamente com o peso específico.
A BOMBA ESTÁ OPERANDO EM UM PONTO DA SUA
CURVA DE AMT X VAZÃO?
De posse da AMT e da vazão da bomba, podemos verificar se está traba-
lhando sobre sua curva original.
Se a bomba estiver com folgas internas excessivas nos anéis de desgas-
te, nas buchas entre estágios ou, ainda, com o impelidor e/ou a carcaça
desgastada, ela terá seu desempenho alterado. Dependendo dessa altera-
ção, ela poderá não atender às necessidades do processo. A viscosidade
também altera a curva da bomba.
Necessitamos, portanto, saber a vazão e a AMT da bomba e dispor de
sua curva para essa verificação. Grande parte das bombas usadas em refi-
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
![Page 217: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/217.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas220220
narias tem medidor de vazão. Caso ele não exista, analisar se é possível
calcular a vazão pela variação do nível de um vaso ou tanque na sucção
ou na descarga. Existe a possibilidade de obter a vazão por meio de medi-
dores externos adaptados à linha.
A AMT pode ser calculada simplificadamente com um manômetro na
sucção e outro na descarga.
AMTPdPs�
– Altura manométrica total em m
– Pressão de descarga em kg/cm2
– Pressão próxima ao flange de sucção em kg/cm2
– Peso específico do líquido na temperatura de bombeamento em
gf/cm3, valor que é numericamente igual à densidade
AMT = 10 x (Pd – Ps)�
Nem sempre a bomba dispõe de um manômetro na sucção. Nesse
caso, podemos adaptar um dreno ou vent próximo da bomba. É desejá-
vel ter uma válvula de bloqueio antes do manômetro, que pode servir
para amortecer pulsações da pressão. Em último caso, normalmente no
flange de sucção da bomba, costuma ter um orifício de 1/4”, que pode
servir para adaptar o manômetro. Nessa região, costumam ocorrer pul-
sações, o que dificulta a medição. Manômetros próximos de curvas ou
de qualquer acidente, como válvulas, oscilam muito e falseiam as pres-
sões lidas.
Se os manômetros estiverem muito afastados da linha de centro da
bomba, corrigir os valores da pressão.
Quando não dispomos de indicação de vazão, é usual levantar a
AMT com vazão nula (shutoff). Cuidados devem ser tomados com a
duração do teste devido à possibilidade de vaporização do líquido
bombeado.
Comparamos o ponto de AMT levantado com o da curva da bomba para
a mesma vazão. Se o desvio for pequeno, a bomba está boa. O problema
então deve ser do sistema ou do líquido bombeado. Anteriormente, pelo
roteiro, já verificamos o NPSH, a escorva, a rotação e as condições do pro-
duto (a densidade e a viscosidade), estando todos dentro dos valores con-
siderados normais.
Caso o ponto levantado esteja fora da curva da bomba, o problema é
da bomba. Na maioria das vezes, ela necessita ser aberta para verificar
internamente qual é o problema.
Pense eAnotePense eAnote
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 221221
VERIFICAR SE A POTÊNCIA ESTÁ SOBRE A CURVA
Essa verificação é feita para complementar o diagnóstico.
Quando a bomba é acionada por motor elétrico, podemos avaliar gros-
seiramente a sua potência, medindo a sua corrente e comparando-a com
a da plaqueta, usando uma proporcionalidade. Se a corrente estiver aci-
ma de 80% da nominal do motor, o erro será pequeno. Caso queiramos
saber a potência do motor elétrico com mais precisão, teremos de obter,
além da corrente, a voltagem real, o fator de potência e o rendimento do
motor. Os setores de elétrica possuem aparelhos que permitem esses le-
vantamentos. O rendimento do motor tem de ser tirado de uma tabela
ou de uma curva do fabricante.
A potência fornecida por um motor elétrico é dada por:
Segue uma tabela de motores da WEG com exemplos de alguns valores
de rendimento e FP para motores de 2 pólos e 60Hz (~3.550rpm), com
220V, trifásicos com grau de proteção IP55. Esses valores variam confor-
me o fabricante e o tipo de motor. Embora a tabela seja para 220V, os
valores são válidos para 440V também.
PotVIFP�
745,7
– Potência em hp
– Voltagem em V
– Corrente em A
– Fator de potência
– Rendimento do motor. Ex.: 90% – usar 0,90
– Fator de conversão de Watt para hp
Pot =745,7
3 x V x I x � x FP
Potência (cv)
TABELA 27
Rendimento % Fator de potência (cos�����)
50% carga
89,5
89
89
90
89
75% carga
90,5
91,1
91,3
92,1
91,4
100% carga
90,5
92,2
92,5
93,1
92,7
50% carga
0,78
0,86
0,85
0,85
0,82
75% carga
0,85
0,88
0,88
0,90
0,86
100% carga
0,88
0,90
0,90
0,91
0,88
25
50
75
100
150
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
Para sistemas trifásicos
RENDIMENTO E FATOR DE POTÊNCIA DOS MOTORES ELÉTRICOS
![Page 219: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/219.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas222222
Caso o acionador seja uma turbina a vapor, a avaliação da potência é
mais difícil, a não ser que tenhamos a curva de potência x consumo de va-
por e a medição da vazão do vapor consumido. No caso de turbina acionan-
do bombas, dificilmente dispomos desse dado. O que podemos verificar é
se a potência máxima já foi atingida, tentando aumentar a rotação.
Os acionadores costumam ter uma folga de potência em relação à ne-
cessária para a bomba. Para motores elétricos, o API 610 recomenda:
Se a bomba estiver consumindo mais potência para a vazão indicada,
é porque o rendimento dela caiu, ou seja, está com algum problema in-
terno. Essa afirmação só deve ser feita depois de eliminarmos as hipóte-
ses anteriores.
Bombas que apresentam vibraçãoe/ou ruídoA vibração numa bomba centrífuga, geralmente, é ocasionada por um dos
seguintes fatores:
Desalinhamento entre a bomba e o acionador.
Desbalanceamento dinâmico do conjunto rotativo ou do acoplamento.
Problemas de tensão provocada pelas linhas de sucção e descarga.
Tubulação próxima à bomba não apoiada corretamente nos suportes.
“Pé manco” (apoio desigual) do motor ou da bomba.
Pés do motor ou da bomba não apertados adequadamente.
Chumbadores da base soltos.
Base não grauteada adequadamente.
Roçamento interno.
Cavitação.
Vazão abaixo da de fluxo mínimo estável (recirculação interna).
Distância da periferia do impelidor para a lingüeta da voluta ou para
difusor não adequada.
Mancal de deslizamento com folga alta.
Mancal de rolamento com desgaste.
Folgas internas altas.
Impelidor com um canal obstruído (desbalanceamento hidráulico).
Para verificar qual dessas causas ocasiona a vibração, podemos reali-
zar uma análise de vibração, determinando as freqüências envolvidas.
Pot < 30hp – 125%
25 < Pot < 75hp – 115%
Pot > 75hp – 110%
Pense eAnotePense eAnote
![Page 220: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/220.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 223223
Desalinhamento entre a bomba e o acionadorÉ uma das principais causas da vibração, juntamente com o desbalancea-
mento. Para diagnosticar se o problema é de desalinhamento, levantar as
freqüências da vibração. O desalinhamento pode causar vibração nas fre-
qüências de 1N, 2N, 3N, 4N e 6N. As mais usuais são 1 e 2N, onde N é a
freqüência de rotação. Quando a freqüência predominante é de 2N, a cau-
sa mais provável é desalinhamento.
Testes efetuados em laboratório mostraram não ser verdadeira a afir-
mação de que desalinhamentos angulares se manifestam mais como vi-
bração axial e de que desalinhamentos paralelos se manifestam mais
como vibração radial.
Esses testes também mostraram que desalinhamento vertical afeta a
vibração horizontal e vice-versa. Esse estudo mostrou as seguintes freqüên-
cias como as mais prováveis para diagnosticar desalinhamentos em fun-
ção do tipo de acoplamento:
A classificação de boa resposta à vibração significa que a amplitude de
vibração aumentava com o aumento do desalinhamento angular, ou com
o paralelo. O de melhor resposta foi o de grade, e o de pior resposta foi o
de lâminas.
Desbalanceamento dinâmicoÉ uma das principais causas de vibração em equipamentos mecânicos.
No desbalanceamento, a freqüência radial é de 1N porque a força centrí-
fuga, responsável pela vibração, ocorre na freqüência de rotação. Quan-
do essa vibração é muito alta, provoca também vibração axial, podendo
TABELA 28
Tipo doacoplamento
Resposta da vibraçãoao desalinhamento
Melhor freqüência indicativado desalinhamento
Grade (Falk) Boa 4N
Garras com elastômero(Lovejoy)
Pneu (Ômega da Rexnord)
Engrenagem de borracha(Woods)
Lâminas (Thomas)
Boa
Boa na verticalPobre na horizontal
Pobre
Muito pobre
3N
2N2N
6N
6N
N – rotação da máquina.Não foi realizado teste com acoplamento de engrenagens metálico.
Pense e AnotePense e Anote
FREQÜÊNCIA DE VIBRAÇÃO PARA DIFERENTES TIPOS DE ACOPLAMENTOS
![Page 221: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/221.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas224224
ser confundida com desalinhamento. O desbalanceamento dinâmico é
causado por uma distribuição desigual de massa, oriunda de desgastes
ou de roçamentos. Algumas vezes, um balanceamento realizado no cam-
po no acoplamento pode reduzir a vibração, prolongando por algum
tempo a vida da bomba, mas, na maioria das vezes, é necessário abrir a
bomba para correção.
Tensão nos flanges da bomba provocada pelaslinhas de sucção ou de descargaEsse tipo de esforço nos flanges da bomba, quando elevados, provo-
cam uma torção na carcaça, causando o desalinhamento entre os seus
mancais. Quando exagerada, essa tensão pode até causar roçamento
interno.
O projeto da bomba em si, dos pedestais e das bases são os responsá-
veis pela limitação das deformações. A norma API 610 e os fabricantes das
bombas fixam os valores dos esforços máximos que a tubulação pode trans-
mitir para a bomba.
A verificação da tensão pode ser feita com auxílio de dois relógios com-
paradores colocados no flange do acoplamento, um na vertical e outro na
horizontal. Ver Figura 127.
Zerar os relógios com os flanges soltos.
Apertar o flange de sucção e anotar as leituras dos relógios.
Tornar a zerar os relógios e repetir a operação de aperto no flange de
descarga.
O ideal é que no aperto de cada flange as leituras não ultrapassem
0,05mm.
MEDIDA DA TENSÃO DOS FLANGES
FIGURA 127
Pense e AnotePense e Anote
MEDIDA DA TENSÃO DOS FLANGES
![Page 222: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/222.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 225225
Geralmente o problema maior costuma ser na tubulação de sucção
por esta possuir um diâmetro maior do que o de descarga. A tensão
ocasionada pelas tubulações em bombas que trabalham com produtos
quentes é mais crítica do que a de serviço frio devido à dilatação das
linhas ao se aquecerem.
Tubulação com suporte não apoiadoQuando a tubulação não está bem apoiada nos suportes próximos à
bomba, poderá ocasionar tensão nos flanges da bomba e gerar vibra-
ção. Mesmo que o suporte esteja afastado da bomba, a linha pode vi-
brar e transmitir para a bomba. Nesses casos, a freqüência de vibra-
ção costuma ser bem baixa. A solução é inspecionar as linhas, verifi-
cando se elas estão encostando nos suportes. Nos suportes com mo-
las, teremos de ver se eles estão com a mesma tensão que foi especi-
ficada no projeto.
Pé manco (apoio desigual)Pé manco ocorre quando os pés de uma máquina não estão no mesmo
plano e/ou as placas da base é que não estão no mesmo plano. Quando
isso ocorre, ao apertar os parafusos de fixação, torcemos o pedestal da
máquina, desalinhando-a. É mais freqüente aparecer em motores elétri-
cos. Durante o alinhamento das máquinas, é usual sua verificação. Colo-
ca-se um relógio comparador sobre o pedestal e compara-se a indicação
do relógio com ele solto e apertado. A variação de leitura deve ser infe-
rior a 0,05mm.
Pés do motor ou da bomba não apertadosadequadamenteNão é muito comum, a não ser nos casos de vibração muito elevada que
podem levar ao afrouxamento dos parafusos de fixação das máquinas. Pode
ser verificado facilmente com auxílio de uma chave nos parafusos.
Chumbadores soltosOs chumbadores soltos costumam ocorrer em bombas que ficam muito
tempo submetidas a vibrações altas. Nesse caso, o chumbador pode se
soltar da base. Se ocorrer, deve ser removido e reinstalado com auxílio
de massa epóxi, que é apropriada para melhorar sua fixação. A vibração
deve ser diagnosticada e corrigida para evitar a repetição do problema
com o chumbador.
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
![Page 223: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/223.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas226226
Base inadequadamente grauteadaA importância do grauteamento bem feito é fundamental para o resul-
tado de baixas vibrações na bomba. Ele é o responsável por garantir a
união da base metálica da bomba à base de concreto e pelo aumento
da rigidez da base metálica. Como o bloco de concreto pesa cerca de 5
vezes mais que a bomba, é fácil perceber a redução de vibração para
uma mesma força perturbadora que essa união pode provocar.
Batendo-se com um pequeno martelo na base metálica, pode-se iden-
tificar se existem pontos vazios. A chapa no local do vazio deve receber
dois furos nas suas extremidades, um deles para colocar a massa epóxi e
o outro para sair o ar, mesmo que o graute original seja de cimento.
Quando o graute está muito danificado, a base metálica deve ser re-
movida e refeito o grauteamento. Existem cimentos próprios para graute,
mas o epóxi é considerado superior, embora mais caro. A norma API 610
sugere a adoção de epóxi para grauteamento, no lugar de cimento, para
melhorar a aderência entre a base metálica e a fundação.
Roçamento internoO roçamento interno ocorre geralmente nas partes de menor folga, como
anéis de desgaste e buchas. Pode ser ocasionado por má qualidade da
centralização das peças (guias), tensões exageradas nos flanges, vibrações
excessivas, uso de folgas inadequadas, ou por objetos estranhos no inte-
rior da bomba. As freqüências da vibração costumam ser diversas devido
ao efeito da excitação das velocidades críticas. Nem sempre o ruído cau-
sado pelo roçamento é audível. Os roçamentos severos provocam desba-
lanceamento, o que somado com o aumento das folgas, que reduzem o
efeito de sustentação, fazem com que a vibração cresça bastante. Como o
roçamento causa aquecimento localizado, uma termografia da bomba pode
indicar o local do roçamento se o mesmo for severo e próximo da carcaça.
Cavitação clássicaOcorre quando temos o NPSH disponível inferior ao requerido. O ru-
ído é característico (como se estivesse bombeando pedras). Costuma
gerar vibrações altas juntamente com o ruído e oscilações nas pres-
sões. A vibração aparece numa ampla faixa de freqüências. É usual
excitar as freqüências naturais e diversas outras freqüências. Alguns
autores afirmam que o espectro mostra uma ampla faixa próxima de
2.000Hz. Muitas vezes a cavitação clássica é confundida com recircu-
lação interna, também uma forma de cavitação. Os manômetros, tanto
de sucção quanto de descarga, ficam oscilando. Ver o item seguinte
sobre fluxo mínimo.
Pense eAnotePense eAnote
![Page 224: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/224.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 227227
Fluxo abaixo do mínimo estável(recirculação interna)Ocorre quando estamos trabalhando com vazões baixas.
O fenômeno é muito parecido com a cavitação e com a entrada de gases.
Um dos modos de distinguir qual dos problemas está ocorrendo é alterar
a vazão em pelo menos 10%.
AUMENTO DA VAZÃO DA BOMBA
Se o problema for de fluxo mínimo, a vibração e o ruído diminuirão.
Se o problema for de cavitação clássica, a vibração e o ruído aumen-
tarão.
Se não alterar a vibração e o ruído, o problema pode ser de entrada de
gases.
REDUÇÃO DA VAZÃO DA BOMBA
Se o problema for de fluxo mínimo, a vibração e o ruído aumentarão.
Se o problema for de cavitação clássica, a vibração e o ruído dimi-
nuirão.
Se não alterar a vibração e o ruído, o problema pode ser de entrada de
gases.
Ao tentar provocar a alteração de vazão para o teste, devemos ter cer-
teza de que a vazão variou. Muitas vezes, ao atuar na válvula de descarga,
fechando-a parcialmente para esse fim, a válvula de controle abre mais,
mantendo a mesma vazão anterior.
A recirculação interna gera vibrações na freqüência de passagem das
pás e em baixas freqüências, em torno de 5Hz (300CPM). As freqüências
naturais da bomba também são excitadas.
De uma maneira geral, podemos dizer que a cavitação clássica é
um fenômeno que aparece com altas vazões e a recirculação interna,
com baixas vazões da bomba (embora existam bombas que com 75%
da vazão do BEP já estejam recirculando).
A solução para o problema de recirculação interna é aumentar a va-
zão. Existem válvulas denominadas “válvulas de fluxo mínimo” que ga-
rantem que a bomba sempre trabalhará acima dessa vazão crítica. Quan-
do o sistema está com a vazão normal, o ramal de fluxo mínimo fica
fechado (Figura 128). Se a vazão começar a cair, a ponto de causar pro-
blema de recirculação interna, a válvula abre uma passagem e começa
a complementar a vazão do sistema (Figura 128B). Se o sistema não
tiver vazão nenhuma, a válvula de fluxo mínimo irá abrir o suficiente
para garantir a operação da bomba acima da vazão mínima, como pode
ser verificado na Figura 128A.
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
![Page 225: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/225.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas228228
Distância mínima do impelidorAs pás do impelidor, quando passam muito próximas da lingüeta da volu-
ta, geram um pulso que se transforma em vibração. O mesmo ocorre
quando a distância das pás para o difusor também é pequena. Nas bom-
bas ditas de alta energia (potência por estágio maior do que 300hp ou AMT
maior do que 200m), esta vibração pode ser bastante acentuada.
Quando surgir vibração com a freqüência igual ao número de pás do
impelidor x rotação, é conveniente verificar se a folga radial é superior à
mínima recomendada, dada pela fórmula a seguir:
FIGURA 128
FIGURA 129
Pense eAnotePense eAnote
Fluxo principalfechado
Fluxo principale recirculação
Recirculaçãofechada
R3
R2
R3
R2
VÁLVULA DE FLUXO MÍNIMO
B CA
FOLGA MÍNIMA EXTERNADO IMPELIDOR COM A VOLUTA E COM O DIFUSOR
B CA
![Page 226: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/226.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 229229
Para bomba com voluta – folga mín. > 6 %
Para bomba com difusor – folga mín. > 3%
R2 – Raio da pá do impelidor (não é o raio das laterais do impelidor).
R3 – Raio da voluta na região da lingüeta, ou raio interno do difusor.
Folga mínima % =(R3 – R2) x 100
R2
Uma bomba com impelidor de 300mm trabalha com um raio de 160mm na
lingüeta. Calcular se podemos ter problemas de freqüência de passagem das
pás do impelidor.
PROBLEMA 12PROBLEMA 12PROBLEMA 12PROBLEMA 12PROBLEMA 12
Como estamos com mais de 6% de folga, não devemos ter problemas.
O raio R3 nas bombas bipartidas e nas com difusor é fácil de ser medi-
do. Nas bombas OH é um pouco complicado porque temos de determinar
a linha de centro do eixo da bomba na voluta. Num torno, fica fácil, basta
centrar pela guia da carcaça, que possui a mesma linha de centro do eixo.
Exemplificando, uma bomba com impelidor de cinco pás, girando a
3.550rpm, terá freqüência de vibração de:
Dados:
R3 = 160mm
R2 = 300/2 = 150mm
Folga mínima % =(R3 – R2) x 100
R2=
(160 – 150) x 100160
=1.000160
= 6,25%
Para aumentar a distância e solucionar o problema, usinar internamente
o difusor ou esmerilhar um pouco a lingüeta da voluta. A redução do diâ-
metro do impelidor seria uma outra solução, desde que não comprome-
tesse o desempenho da bomba.
Pense e AnotePense e Anote
Freqüência de vibração = número de pás x rotação == 5 x 3.550 = 17.750CPM = 17.750/60 = 296CPS ou Hz ou 5N.
![Page 227: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/227.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas230230
A freqüência correspondente à passagem das pás ocorre também quan-
do temos recirculação interna na descarga e cavitação clássica.
Folga alta do mancal de deslizamentoTodo mancal de deslizamento possui uma folga mínima e uma máxima de
projeto. Quanto menor essa folga, menor a vibração da bomba. A folga míni-
ma é para garantir uma vazão mínima de óleo necessária para retirar o calor
gerado. Quando ultrapassamos a folga máxima, o mancal deixa de cumprir
sua função adequadamente, permitindo que a bomba vibre. Na falta da folga
do fabricante, usar os valores recomendados no item Dados Práticos.
Mancais de rolamentos com danosQuando estão danificados, os rolamentos apresentam vibração cuja freqüên-
cia varia de acordo com a parte danificada: pista interna, pista externa, gaiola
ou esferas. Os programas que acompanham os coletores de dados costumam
disponibilizar estas freqüências.
f (Hz) = n2
fR (1 – BDPD
cos �)
Pense e AnotePense e Anote
ROLAMENTO DE CONTATO ANGULAR
FIGURA 130
As partes danificadas também podem ser identificadas pelas fórmulas:
Defeito na pista externa
Ângulo de contato �����
Diâmetroda esfera (BD)
PitchDiâmetro (PD)
ROLAMENTO DE CONTATO ANGULAR
n – Número de esferas ou rolos
fR – Rotação por segundo
� – Ângulo de contato da esfera
BD – Diâmetro da esfera
PD – Diâmetro do círculo das esferas
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 231231
Defeito na pista interna
f (Hz) =n2
fR (1 +BDPD
cos �)
Defeito na esfera
Se o rolamento não for de contato angular, o ângulo � é zero.
Quando os danos dos rolamentos já estão acentuados, a vibração ocorre
também na freqüência de rotação.
Folgas internas altasQuando os anéis de desgaste ou as buchas ficam com folgas altas, essas
partes deixam de funcionar como mancais auxiliares, aumentando em
muito a vibração. As bombas com dois estágios em balanço são bastante
suscetíveis a esse tipo de vibração, mesmo quando o aumento das folgas
é pequeno.
Impelidor com canal obstruídoSe o impelidor tiver um dos canais obstruídos, seja por uma falha de fundi-
ção, seja pela entrada de algum corpo estranho que fique preso na sua en-
trada, ao girar, esse canal ficará parcial ou totalmente vazio de líquido, de-
pendendo do grau de obstrução. Isso resultará em uma distribuição de massa
irregular no impelidor (desbalanceamento dinâmico), causando vibrações
elevadas na freqüência de 1N. Em impelidores pequenos, a visualização dessa
obstrução pode ser difícil. Caso tenha dúvidas, passe um arame por dentro
de cada canal, ou examine-os com o auxílio de uma lanterna. Neste caso, a
verificação do balanceamento na balanceadora não resolverá o problema,
uma vez que só irá aparecer quando estiver com líquido.
Bombas que estão exigindo potênciaacima da esperadaAs causas mais freqüentes de bombas com potência acima da esperada
estão listadas a seguir:
f (Hz) =n2
fR
BDPD
cos �)[ ]1 –( )2
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
![Page 229: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/229.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas232232
Vazão mais elevada do que a de projetoA curva de potência de uma bomba centrífuga radial cresce com a vazão.
Portanto, se a vazão estiver acima da especificada, a bomba exigirá po-
tência maior.
Na bomba de fluxo axial a potência cai com a vazão, e na de fluxo mis-
to a potência tende a se estabilizar nas vazões mais altas; portanto, não
deverá ocorre exigência de potências excessivas.
Anéis de desgaste ou buchas folgadasCom as folgas maiores, teremos uma quantidade maior de líquido pas-
sando da descarga para a sucção, ou de um estágio para outro nas bom-
bas multi-estágios. Essa vazão adicional consome uma potência adicional.
Roçamento severoO atrito provocado pelo roçamento consome uma potência adicional.
Quando ocorre roçamento, as vibrações ficam instáveis.
Aumento da viscosidadeCom o aumento da viscosidade, o rendimento da bomba cai, aumentando a
potência consumida para fornecimento de uma mesma vazão.
Aumento do peso específico (densidade)A potência varia linearmente com a densidade (ou peso específico �).
Pot =Q x H x �274 x �
Pense eAnotePense eAnote
Desgaste internoO desgaste do impelidor ou da carcaça reduz o rendimento da bomba, ele-
vando a potência consumida.
Aumento da rotaçãoSó pode ocorrer no caso de acionadores de velocidade variável.
A potência varia com o cubo da rotação. Portanto, uma variação de 5%
na rotação aumenta em quase 16% a potência (1,053= 1,16). Nesse caso,
a vazão também deveria ter sido alterada com a rotação.
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 233233
Bombas que apresentam aquecimentono mancalAs principais causas de aquecimento dos mancais são:
Rolamentos danificados.
Contaminantes no óleo, principalmente água.
Desalinhamento entre os mancais da bomba, ou entre o eixo da bom-
ba e do acionador.
Forças hidráulicas radiais, ou axiais elevadas.
Nível alto de óleo nos rolamentos.
Quantidade de óleo insuficiente chegando aos mancais.
Óleo com viscosidade inadequada.
Graxa em excesso na caixa de mancais.
Carga demasiadamente baixa no rolamento.
Bomba operando com alta vibração.
Tolerâncias do eixo ou da caixa fora do recomendado.
Linha de sucção não adequada no caso de bombas de dupla sucção,
que irão gerar esforços axiais elevados (ver Figura 154).
As razões anteriores são óbvias. O aumento dos esforços, ou do coefi-
ciente de atrito, irá aumentar a geração de calor, elevando, conseqüente-
mente, a temperatura dos mancais.
Se a quantidade de óleo que chega aos mancais for inadequada, o óleo
e os mancais aquecerão porque será retirado menos calor do que o gera-
do. Se o nível de óleo estiver alto, as esferas do rolamento passam a bom-
bear uma quantidade maior de óleo, aquecendo-o mais. Portanto, o óleo
deve ser na quantidade adequada em função do sistema de lubrificação
que está sendo usado. Quando a lubrificação é por névoa, o tamanho das
partículas de óleo garante a lubrificação, mas mesmo assim elas devem
estar dosadas na quantidade adequada.
Os rolamentos radiais de esferas com folga interna maior do que a
normal reduzem a temperatura de trabalho da caixa de mancal. Por outro
lado, devido à sua folga maior, aumentam ligeiramente a vibração.
Quanto maior a temperatura, mais rápida a oxidação do óleo. A oxida-
ção dá origem a lamas, gomas e vernizes. Quanto mais oxidado, mais escu-
ro o óleo. Quanto mais frio o óleo, maior a sua vida. Ver Figuras 120 e 121.
A norma API 610 limita a temperatura do óleo lubrificante nos man-
cais, com anel pescador ou com anel salpicador, em 82ºC ou 40ºC acima
da temperatura ambiente. Se a temperatura ambiente for de 30ºC, a tem-
peratura máxima do óleo será de 70ºC.
Quando o rolamento trabalha sem carga ou com carga baixa, as esfe-
ras tendem a deslizar em vez de rolar. Isso provoca o rompimento do fil-
me de óleo, levando a esfera a ter contato com a pista, o que aquece e
encurta a vida do rolamento.
✔✔✔
✔✔✔✔✔
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
✔✔✔✔
![Page 231: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/231.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas234234
Bombas que apresentam pressão elevada na sucção são sempre candi-
datas a elevados esforços axiais e, conseqüentemente, altas temperaturas
nos mancais. Alterando o diâmetro dos anéis de desgaste, podemos redu-
zir o esforço axial e reduzir a temperatura, desde que seja o empuxo axial
o responsável pelo aquecimento.
As bombas de carcaça que operam com simples voluta e fora da vazão
de projeto (BEP) também podem ter problemas de temperatura nos man-
cais devido ao aumento dos esforços radiais.
As bombas que utilizam impelidor com dupla sucção, caso tenham
uma curva na tubulação de sucção próxima à bomba, devem ter essa cur-
va perpendicular ao eixo. Se a curva ficar paralela ao eixo, a força centrífu-
ga fará com que o líquido preferencialmente vá mais para o lado externo,
o que provoca diferença de vazões em cada lado do impelidor, afetando o
balanceamento axial (Figura 145). Algumas vezes, esse esforço axial é tão
grande que dá para observar visualmente a movimentação de alguns mi-
límetros do eixo da bomba, juntamente com seu mancal.
Bombas com vazamentosO vazamento, se visível, é facilmente identificado.
Pense eAnotePense eAnote
O local mais comum de ocorrer vazamento do produtoé pela selagem. Podemos também ter vazamento pela juntada carcaça, embora menos comum.
Na selagem por gaxetas, é normal um pequeno vazamento.Esse vazamento serve para lubrificar e refrigerar as gaxetas.
Nos selos mecânicos, o local mais comum de vazamentoé pelas sedes. Quando o vazamento é entre a luva e o eixo,se a luva prolongar-se além da sobreposta, como ocorre nosselos tipo cartucho, fica fácil sua determinação.
Uma vez iniciado o vazamento do selo mecânico, raramenteeste volta a ficar estanque. A exceção fica por conta dealguns produtos leves que, durante a partida, vazam umpouco e, posteriormente, as sedes se acomodam, ou oprocesso passa a trabalhar em condições mais favoráveis eo vazamento cessa.
Temos também alguns selos que começam a vazar eestabilizam o vazamento, trabalhando muito tempo semevolução. Quando o vazamento vai aumentandoprogressivamente, temos de abrir o selo para reparo.
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 235235
Dados práticosApresentamos a seguir algumas recomendações relativas à manutenção
das bombas.
Folgas e excentricidades permitidasNa montagem de uma bomba horizontal em balanço (OH1 e OH2), sem-
pre que possível, monte a caixa de selagem na caixa de mancais com o
eixo na posição vertical. Vale o mesmo para a montagem da carcaça. Mon-
tando na posição horizontal, as folgas das guias ficarão sempre do mes-
mo lado, facilitando um possível roçamento.
As tolerâncias dos diâmetros internos são
dadas por letras maiúsculas, e as do diâmetro
externo por letras minúsculas.
Pense e AnotePense e Anote
A RPBC (Refinaria Presidente Bernardes – Cubatão)
recomenda os seguintes ajustes de montagem:
Local
Acoplamento/eixo
Impelidor/eixo
Luva do eixo (selo)/eixo
Luva espaçadora/eixo
Rolamento/eixo
Alojamento rolamento/rolamento
Guia da carcaça/caixa de selagem
Guia caixa selagem/caixa de mancais
Anéis de desgaste do impelidor/carcaça
Ajuste
H7 / j6
H7 /g6
H7 / g6
H7 / g6
– / k6
H6 / –
H7 / f7
H7 / f7
H6 / –
TABELA 29
TOLERÂNCIAS RECOMENDADAS
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas236236
Diâmetro (mm)
>10 a 18
H6
+11
0
+30
0
+16
0
+19
0
+22
0
+25
0
+29
0
+32
0
+36
0
+40
0
TABELA 30
Máx.
Mín.
Máx.
Mín.
Máx.
Mín.
Máx.
Mín.
Máx.
Mín.
Máx.
Mín.
Máx.
Mín.
Máx.
Mín.
Máx.
Mín.
Máx.
Mín.
H7
+18
0
+21
0
+25
0
+30
0
+35
0
+40
0
+46
0
+52
0
+57
0
+63
0
f7
–16
–34
–20
–41
–25
–50
–30
–60
–36
–71
–43
–83
–50
–96
–56
–108
–62
–119
–68
–131
g6
–6
–17
–7
–20
–9
–25
–10
–29
–12
–34
–14
–39
–15
–44
–17
–49
–18
–54
–20
–60
j6
+8
–3
+9
–4
+11
–5
+12
–7
+13
–9
+14
–11
+16
–13
+16
–16
+18
–18
+20
–20
k6
+12
+1
+15
+ 2
+18
+2
+21
+2
+25
+3
+28
+3
+33
+4
+36
+4
+40
+4
+45
+5
h6
0
–11
0
–13
0
–16
0
–19
0
–22
0
–25
0
–29
0
–32
0
–36
0
–40
>18 a 30
>30 a 50
>50 a 80
>80 a 120
>120 a 180
>180 a 250
>250 a 315
>315 a 400
>400 a 500
Que diâmetro devemos usar em um eixo com um rolamento de 49,999mm
de diâmetro interno?
PROBLEMA 13
Pela Tabela 29 – ajuste recomendado entre eixo/rolamento – k6.
Da Tabela 30, para k6:
temos
O diâmetro do eixo deverá ficar entre:
Máx. + 18 e Mín. + 2
Diâmetros > 30 a 50mm
Pense e AnotePense e Anote
49,999 + 0,018 e 49,999 + 0,002 Máx. = 50,017 e Mín. = 50,00mm
AJUSTES ISO UTILIZADOS EM BOMBAS – VALORES EM �m
m6
+18
+7
+21
+8
+25
+9
+30
+11
+35
+13
+40
+15
+46
+17
+52
+20
+57
+21
+63
+23
➜
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 237237
Que valor devemos adotar para diâmetro interno da luva se o eixo possui
75mm diâmetro?
PROBLEMA 14
Pela Tabela 29 – ajuste recomendado entre “luva do eixo/eixo” é de H7/g6
Da Tabela 30, para H7:
A norma API 610 recomenda as seguintes excentricidades (runout) para
bombas centrífugas:
1. Para bombas apoiadas entre mancais BB:
Fator de flexibilidade F = L4/D2 em mm2
Excentricidade do eixo permitida LTI �m
Componente no eixo com
Excentricidade das peças LTI �m
>1 ,9 x 109
40
TABELA 31
�1 ,9 x 109
25
Folga
90
Interferência
60
Folga
75
Interferência
50
L em mm – é a distância entre os mancais das bombas BB.
D em mm – é o diâmetro do eixo na região do impelidor da bomba BB.
A excentricidade das peças é para o cubo do impelidor, para o tambor de balanceamento e
para as luvas.
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
Diâmetros > 50 a 80mm
Os fabricantes de selos mecânicos recomendam que a leitura total in-
dicada (LTI) do relógio sobre a luva do selo seja inferior a 0,05mm.
75,000 a 75,030mmMáx. + 30 e Mín. 0
O API permite para bombas BB com
eixos rígidos
(F < 1,9 x 109) as excentricidades de 0,05mm
para peças montadas no eixo com interferência
e 0,075mm para peças montadas com folga
➜
EXCENTRICIDADES LTI DE BOMBAS BB RECOMENDADAS PELO API
![Page 235: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/235.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas238238
Qual deve ser a excentricidade máxima recomendada pelo API para um
conjunto rotativo de uma bomba tipo BB cujas peças são montadas com
interferência? O eixo é de 60mm de diâmetro e tem a distância entre man-
cais de 1.500mm.
PROBLEMA 15
Coluna da direita da Tabela 31.
Para montagem com interferência, a excentricidade máxima é de
2. Para o eixo das bombas verticais, da VS-1 até a VS-7, o API recomenda
que a excentricidade máxima seja de 40�m por metro de comprimen-
to do eixo até o máximo de 80�m de LTI.
A face do acoplamento das bombas verticalmente suspensas deve ficar
perpendicular ao eixo com 0,1�m /mm de diâmetro da face, ou com 13�m,
valendo o que for maior.
Para acionadores verticais a norma API recomenda:
FIGURA 131
Pense eAnotePense eAnote
LTI – Leitura total indicada
1. Planicidade da face de apoio do acionador e perpendicularidadeem relação ao eixo
2. Concentricidade entre eixo e a guia do suporte do acionador3. Excentricidade máxima com o rotor girando livremente4. Passeio axial máximo5. Perpendicularismo do eixo com cubo do acoplamento
(vale o maior dos dois)
máx. 0,025mm LTImáx. 0,100mm LTImáx. 0,025mm LTImáx. 0,125mm LTI0,1�m/mm ou 13�m
Fator deflexibilidade =
L4
D2=
1.5004
602=
5,062512
3.600= 1,406 x 109 < 1,9 x 109
Eixo < 0,025mm Peças < 0,05mm
5
1 2
3
4
CONCENTRICIDADES, EXCENTRICIDADES EPERPENDICULARIDADES DO ACIONADOR VERTICAL
![Page 236: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/236.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 239239
CONCENTRICIDADE E PERPENDICULARIDADEDA CAIXA DE SELAGEM
3. Para todas as bombas na caixa de selagem
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
Concentricidade diâmetro externo
LTI < 0,125mm
Concentricidade diâmetro interno
LTI < 0,125mm
Perpendicularidade da face
LTI < 0,125mm
FIGURA 132
2
1
3
Se a sobreposta for guiada externamente, medir em 1.
Se for guiada internamente, medir em 2.
![Page 237: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/237.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas240240
As concentricidades e os empenos dos eixos devem ser limitados aos
valores anteriormente mencionados. O melhor modo de verificá-los é
colocar o rotor apoiado pela região dos mancais em blocos em V ou sobre
roletes, como os usados em máquinas de balanceamento. O torno não é
um bom lugar devido ao problema de centralização.
Os ressaltos do eixo, no qual os rolamentos se apóiam, devem ser per-
pendiculares ao eixo e com um raio de concordância menor do que o do
rolamento para garantir que ocorra o encosto no ressalto. A altura desse
ressalto deve se situar entre um mínimo para dar uma boa área de apoio
ao rolamento e um máximo, que permita a aplicação de dispositivos ex-
tratores dos rolamentos. Os catálogos dos rolamentos publicam os raios
e as alturas dos ressaltos recomendados para os eixos.
FIGURA 133
Pense eAnotePense eAnote
4
A RPBC utiliza as folgas e excentricidades da Figura 133 para bombas OH.
1
2
3
5
8
6
7
Passeioradial
Passeioaxial
5 = 0,03mm
6 = 0,03mm
7 = 0,01 a 0,10mm
8 = 0,07mm
1 = 0,07mm
2 = 0,07mm
3 = 0,05mm
4 = 0,05mm
EXCENTRICIDADE E FOLGAS MÁXIMAS USADASNA RPBC PARA BOMBAS OH
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 241241
Teste hidrostáticoQuando a carcaça ou a caixa de selagem necessitarem de teste hidrostáti-
co para confirmar sua resistência, ele deve ser realizado com 1,5 vez a
pressão de projeto. A pressão de trabalho não é considerada para esses
casos. Verificar se a classe de pressão do flange de sucção pode ser subme-
tida a essa pressão de teste. A pressão de projeto da carcaça pode ser ob-
tida na folha de dados da bomba.
BalanceamentoO API 610 – 9a edição recomenda balancear os componentes (impelidor,
tambor de balanceamento, indutor de NPSH e partes rotativas maiores)
com grau 2.5 da ISO 1940-1 ou com desbalanceamento residual de 7gmm,
o que for maior.
Os valores do desbalanceamento residual podem ser calculados por:
FIGURA 134
desbalanceamento (g) =10.000 x G x M
N x R
G – Grau de balanceamento
M – Massa da peça em kg
N – Rotação em rpm
R – Raio de correção da massa em mm
Pense e AnotePense e Anote
Pista externado rolamento
Eixo usinado Eixo retificado
REGIÃO DO ENCOSTO DOS ROLAMENTOS NO EIXO
Eixo
h r
r
ra
mín.mín.
ra < r
h r
r
rg
b
tmín.
mín.
rg < r
![Page 239: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/239.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas242242
Que desbalanceamento residual pode ser admitido para um impelidor com
massa de 10kg que trabalha com 1.800rpm e cujo diâmetro é de 200mm?
PROBLEMA 16
O desbalanceamento admissível seria de 1,4 grama na periferia do
impelidor.
A norma API 610 recomenda balancear em dois planos as peças cuja
relação entre o diâmetro e a largura seja menor do que 6. As peças com a
relação maior ou igual a 6 podem ser balanceadas em um plano apenas.
M – 10kg
G – 2,5 pelo API
N – 1.800rpm
D – 200mm
R – D = 200 = 100mm
desbalanceamento (g) = 10.000 x G x MN x R
= 10.000 x 2,5 x 101.800 x 100
= 1,388 ����� 1,4 g
FIGURA 135
Pense e AnotePense e Anote
D
BD
B
D
B
D
B
Impelidorde simples
sucção
Impelidorde duplasucção
Colarde
escora
Tamborde
balanceamento
2 2
BALANCEAMENTO EM 1 OU 2 PLANOS
DB
� 6 Balancear em 2 planos
DB
� 6 Balancear em 1 plano
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 243243
No balanceamento do conjunto rotativo, evitar corrigir no acoplamen-
to. Isso porque, se necessitar ser substituído no campo, a bomba ficará
desbalanceada. Como o cubo do acoplamento é uma peça simétrica, nor-
malmente o desbalanceamento no seu plano é devido à não-compensa-
ção dos rasgos de chavetas do eixo e do cubo do acoplamento. Portanto,
tente ajustar a chaveta para que cubra o rasgo do eixo e do acoplamento
adequadamente, utilizando uma chaveta coroada (concordando com o
eixo) na região externa ao cubo.
GuiasA caixa de selagem é montada guiada na carcaça. Com o passar do tempo,
ocorre um envelhecimento dos materiais fundidos, ocasionando um rela-
xamento de tensões, o que gera deformações nas guias. É comum ver so-
licitações para recuperação dos diâmetros dessas guias, onde normalmente
são colocados 3 ou 4 pingos de solda, que são usinados para “recuperar”
a folga recomendada. Na maioria das vezes, essa correção é desnecessá-
ria, sendo resultado de medições não consistentes devido às deformações.
O grau G-1.0 não é repetitivo se oconjunto rotativo for desmontado
após o balanceamento paramontagem.
No balanceamento dos conjuntosrotativos, usar:
GRAU G-2.5
Bombas abaixo de 3.800rpm ou acima de 3.800rpme com peças montadas com folga.
GRAU G-1.0
Bombas acima de 3.800rpm e com peças montadascom interferência.
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
![Page 241: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/241.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas244244
FIGURA 136
Anéis de desgasteUsar preferencialmente nos anéis de desgaste as folgas recomendadas
pelos fabricantes. Na falta delas, a norma API 610 – 9a edição, recomenda
como folga mínima entre partes girantes os seguintes valores:
Ao apertar o parafuso quebra-juntas para
soltar as guias, danificamos a superfície em
que ocorre o encosto do parafuso. Esses
danos impedem o assentamento de tais
superfícies posteriormente. Para evitar esse
problema, é recomendável fazer um
pequeno rebaixo em uma das superfícies,
conforme mostrado na Figura 136.
Pense eAnotePense eAnote
Carcaça Caixa deselagem
Parafusoquebra-junta
NÃO ADEQUADO
CORRETO CORRETO
PARAFUSO QUEBRA-JUNTA
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 245245
Diâmetro da parte rotativano local da folga (mm)
< 50
50 até 64,99
65 até 79,99
80 até 89,99
90 até 99,99
100 até 114,99
115 até 124,89
125 até 149,99
150 até 174,99
175 até 199,99
200 até 224,99
225 até 249,89
250 até 274,89
275 até 299,99
TABELA 32
Folga mínimadiametral (mm)
0,25
0,28
0,30
0,33
0,35
0,38
0,40
0,43
0,45
0,48
0,50
0,53
0,55
0,58
Diâmetro da parte rotativano local da folga (mm)
300 até 324,99
325 até 349,99
350 até 374,99
375 até 399,99
400 até 424,99
425 até 449,99
450 até 474,99
475 até 499,99
500 até 524,99
525 até 549,99
550 até 574,99
575 até 599,99
600 até 624,99
625 até 649,99
Folga mínimadiametral (mm)
0,60
0,63
0,65
0,68
0,70
0,73
0,75
0,78
0,80
0,83
0,85
0,88
0,90
0,95
1. Para diâmetros superiores a 650mm, adotar a folga:
D – Diâmetro do anel em mm.
2. Para ferro fundido, bronze, aço inoxidável martensítico endurecido (série
400, como o AISI 410 e AISI 420) e materiais similares com pouca ten-
dência de agarramento (galling), usar as folgas da tabela. Acrescentar
0,12mm às folgas diametrais da tabela para materiais com alta ten-
dência de agarramento e para todos os materiais trabalhando em tem-
peratura acima de 260ºC. Os aços inoxidáveis austeníticos (série 300,
como o AISI 304 e AISI 316) são materiais que apresentam alta tendên-
cia de agarramento.
3. Essas folgas mostradas não são válidas para tambores de balanceamento
ou componentes que trabalhem como mancais internos lubrificados
pelo produto, caso das buchas das bombas verticais.
Para materiais não metálicos (por exemplo, PEEK), com baixa ou ne-
nhuma tendência de agarramento, os fornecedores poderão propor folgas
inferiores às citadas na Tabela 32. Nesse tipo de aplicação, normalmente,
um dos anéis é não metálico e o outro de AISI 410/420 endurecido, ou de
Folga (mm) = 0,95 + (D – 650) x 0,001
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
FOLGAS MÍNIMAS DE TRABALHO
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas246246
AISI 316 revestido de material duro. De modo geral, a folga com esse
material costuma ser de 50% da folga mínima recomendada pelo API.
Galling é a tendência que alguns materiais apresentam de agarramen-
to (trancamento, travamento) ao serem movimentados com contato en-
tre suas superfícies. Os materiais diferentes e os de alta dureza possuem
menor tendência de agarramento.
Por causa dessa tendência, quando os anéis de desgaste da bomba são
de AISI 304 ou de AISI 316, é usual escolher um deles e fazer um revesti-
mento de algum material endurecido como carbeto de tungstênio, Stelli-
te, ou Colmonoy com uma profundidade de 0,8mm na superfície que even-
tualmente possa ter contato. O ideal é revestir a superfície do anel estaci-
onário por ser o mais difícil de substituir, deixando o anel rotativo (o do
impelidor) com o material básico. Se isso não for possível, aumentar as
folgas para evitar o contato desses materiais.
A diferença de dureza entre as superfícies de contato deve ser no míni-
mo de 50BHN, a menos que ambas as superfícies, a estacionária e a rota-
tiva, tenham dureza superior a 400BHN.
A fixação do anel de desgaste pode ser por interferência com pinos de
travamento, parafusos axiais ou radiais, ou pontos de solda.
Embora a norma API 610 considere essas folgas mínimas para separar
as superfícies rotativas das estacionárias, as folgas entre o tambor de ba-
lanceamento e de sua bucha costumam ter valores inferiores aos da tabe-
la. Nesse caso, seguir a recomendação do fabricante.
A folga máxima admissível para os anéis de desgaste é normalmente
de 1,5 a 2 vezes a folga citada pelo API. Em alguns tipos de bomba, como
no caso das de dois estágios em balanço (OH), o dobro da folga pode
levar a vibrações altas. Temos também que folgas grandes aumentam a
fuga de líquido da descarga para a sucção, o que leva a um gasto maior
de energia.
PROBLEMA 17PROBLEMA 17PROBLEMA 17PROBLEMA 17PROBLEMA 17
Calcular a folga mínima do anel de desgaste de uma bomba que trabalha
nas seguintes condições:
Diâmetro do anel na área de contato – 300mm
Material – AISI 316 sem revestimento
Temperatura – 300ºC
Da Tabela 32, temos:
Folga diametral = 0,60mm
Pense eAnotePense eAnote
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 247247
Como o material AISI 316 sem revestimento tem tendência ao agarra-
mento, acrescentar 0,12mm. Como a temperatura de bombeamento é
maior que 260ºC, acrescentar 0,12mm.
ImpelidorPara reduzir estoques, é usual adquirir os impelidores no seu diâmetro
máximo. Nesse caso, pode ser necessário adequar seu diâmetro na hora da
substituição. Na Figura 137, são mostradas algumas recomendações bási-
cas sobre o corte do impelidor. Nas bombas com difusor, o corte do impe-
lidor deve ser realizado somente nas pás, deixando intactas suas laterais
(Figura 137 C). Assim, o líquido que sai do impelidor fica guiado até a entra-
da da voluta. Nas bombas com carcaça em voluta, não há ganho com esse
tipo de corte; portanto, ele deve ser total tanto nos discos como nas pás (Fi-
gura 137 A e B). Alguns fabricantes utilizam o corte oblíquo do impelidor em
bombas com difusor ou de dupla sucção. Nesse caso, para efeito de cálculos,
usar o diâmetro médio do corte do diâmetro D (ver Figura 137 D e E). Quan-
do o fabricante envia o rotor com esse tipo de corte, ele deve ser mantido
porque leva a uma maior estabilidade da curva da bomba. Com a utilização
de uma ponta montada, podemos desbastar o impelidor e ganhar em al-
gumas características interessantes no funcionamento da bomba.
Folga final = 0,60 + 0,12 + 0,12 = 0,84mm
FIGURA 137
Pense e AnotePense e Anote
Redução diâmetropás e discos
D2 D1D2 D1
Redução diâmetropás e discos
D2 D1
Reduçãodiâmetro pás
Redução oblíqua das pás
D2 D1
D
Redução oblíqua das pás
D1 + D2
2D =
D2 D1D
A B C
ED
CORTE DO DIÂMETRO DO IMPELIDOR
A B C
ED
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas248248
Quanto mais lisas as superfícies internas do impelidor, maior o seu
rendimento, o que pode ser obtido por meio do esmerilhamento das irre-
gularidades da fundição nos impelidores de maior porte. Nos de tamanho
reduzido, esse acabamento fica mais difícil pela falta de acesso.
Melhoria de desempenho da bombaPor meio do esmerilhamento do impelidor, tornando-o mais liso, afinan-
do suas paredes ou modificando o perfil da lingüeta da voluta, é possível
obter ganhos de rendimento, de vazão e da AMT.
Pense e AnotePense e Anote
Espessura normalEspessuraoriginal
Larguraoriginal de saída
Estreitamentomáximo
Deixar nomínimo 2mm
Esmerilhar
Largura nova
Aumento da área de saída do impelidor pelo estreitamento
Com estreitamento
Ponto de maioreficiência (BEP)
Vazão
AMT
ou h
ead
e re
ndim
ento
Sem estreitamento
AUMENTO DE AMT POR MEIO DA REDUÇÃO DA ESPESSURA DA PÁ
FIGURA 138
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 249249
Para aumentar a AMT (pressão de descarga) em até 5%, podemos alar-
gar a passagem de saída do impelidor por meio da redução da espessura
das pás. Manter uma espessura mínima para evitar que a pá venha a que-
brar. Junto com o aumento de AMT, a vazão e o rendimento da bomba
aumentarão e o BEP será deslocado um pouco para a direita, conforme
pode ser visto na Figura 138.
FIGURA 139
FIGURA 140Pe
nse
e Ano
tePe
nse
e Ano
te
Melhorar AMT Melhorar NPSH
Arredondare aumentara área deentrada doimpelidor
Aguçar edar bomacabamentoà entradadas palhetas
MELHORAR A VAZÃO
Esmerilhar a lingüeta da carcaça
MELHORAR A VAZÃO E O RENDIMENTO
Esmerilhar a lingüetada carcaça de
ambos os lados
Esmerilharinternamente as
paredes do impelidor
Remover as imperfeições de fundição
Uniformizar a área entre as pás
GANHO DE AMT E DE NPSH
GANHO DE VAZÃO E DE RENDIMENTO
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas250250
Anel pescadorÉ importante que seja fabricado com material que não solte limalhas, uma
vez que pode roçar lateralmente.
Se estiver ovalizado, pode não girar com o eixo e prejudicar a lubrificação.
Se o nível de óleo estiver muito alto, pode impedir a rotação do anel e,
se estiver baixo, pode não arrastar a quantidade de óleo necessária para a
lubrificação adequada do mancal. Devemos seguir a recomendação do
fabricante.
É comum as caixas de mancais com anel pescador possuírem sobre ele
uma oleadeira ou um bujão roscado que, uma vez aberto, permite verifi-
car se o anel está girando com o eixo.
Devemos ter cuidado com equipamentos que ficam na reserva giran-
do em baixa rotação, como no caso de turbinas a vapor e de bombas aci-
onadas por elas, uma vez que, abaixo de 400/500rpm, geralmente, os anéis
não giram, o que levaria à falha do mancal. Nesse caso, é interessante
determinar a rotação mínima que garanta o giro do anel pescador, colo-
car cerca de 100rpm adicionais, fixando esta rotação como a mínima de
operação.
FIGURA 141
Mancais de rolamentosDurante a montagem, se necessário, use um martelo macio (de bronze
ou de uretano) para bater no eixo. Como a área de apoio de uma esfera é
mínima, qualquer força exercida gerará uma pressão elevada (Pressão =
Força/Área) e, como não temos lubrificação, marcará a pista do rolamen-
to, abreviando sua vida consideravelmente.
Pense eAnotePense eAnote
ANEL PESCADOR DE ÓLEO
![Page 248: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/248.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 251251
A norma API 610 recomenda:
1. Os rolamentos de contato angular devem ter um ângulo de contato de
40º, ser montados aos pares, costas com costas (back to back) e pos-
suir espaçadores de bronze usinado. Espaçadores não metálicos não
devem ser usados. Os de aço prensado podem ser utilizados, desde que
o usuário aceite.
2. Os rolamentos de esferas de uma carreira devem ser de pistas profun-
das, com folga interna maior do que a normal (grupo 3 – antigo C3). Os
rolamentos de uma e de duas carreiras de esferas devem ser do tipo
Conrad (sem rebaixo na pista para entrada das esferas).
O rebaixo na pista permite montar uma quantidade maior de esferas e
de diâmetros maiores, o que aumenta a capacidade de carga do rolamen-
to. Em compensação, essa região do rebaixo é, geralmente, o local inicial
do processo de falha. Como os rolamentos radiais das bombas não costu-
mam ser limitantes, do ponto de vista de cargas, é preferível utilizar rola-
mentos sem rebaixo.
O rolamento deve ser aquecido para sua montagem no eixo. Os méto-
dos mais recomendados de aquecimento são por meio de uma chapa tér-
mica ou do aquecimento por indução. O aquecimento por meio de banho
de óleo possui alguns inconvenientes, como a oxidação do óleo usado no
aquecimento e os pós que caem dentro do aquecedor, podendo vir a pre-
judicar a vida do rolamento.
O rolamento é projetado para ter um ajuste entre as esferas e as pis-
tas. Ao ser montado no eixo, geralmente com interferência, a folga é redu-
zida a um valor ideal para o seu funcionamento.
Se a tolerância do diâmetro do eixo estiver no valor máximo e a da pista
interna do rolamento estiver no valor mínimo, a interferência aumentará, re-
duzindo a folga interna, o que aumentará a temperatura de funcionamento.
Quando os furos da caixa de mancais estão desalinhados, a folga inter-
na do rolamento pode não ser suficiente para absorver o desalinhamen-
to, o que levará as esferas a entrarem em contato com as pistas, desgas-
tar o espaçador e gerar aquecimento.
O consultor Heinz Bloch costuma avaliar a qualidade damanutenção de uma unidade examinando as mossas nosacoplamentos e nas pontas de eixo. Quanto maior aquantidade de mossas, pior a qualidade.
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
![Page 249: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/249.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas252252
FIGURA 142
FIGURA 143
Quando resfriamos a caixa de mancal com câmaras de água sobre os
rolamentos, podemos deformar a pista externa deles, reduzindo sua fol-
ga. Os especialistas recomendam resfriar o óleo e não a caixa. Devido aos
motivos relacionados, a norma API 610 recomenda usar folga do Grupo
3, que é um pouco maior do que a normal para os rolamentos radiais (os
de contato angular devem ter sua folga normal).
As bombas horizontais do tipo API utilizam rolamentos de contato
angular, projetados para serem montados aos pares, na disposição cos-
ta com costa. Esses rolamentos possuem as faces das pistas lapidadas
Pense eAnotePense eAnote
Chapa térmica Aquecedor por indução
Costa a costaBack to backDisposição ODisposição DB
Faca a faceFace to faceDisposição XDisposição DF
Em sérieTandemDisposição DT
MÉTODOS DE AQUECIMENTO DO ROLAMENTO
TIPOS DE MONTAGEM DE ROLAMENTOS DE CONTATOANGULARES AOS PARES E COM AS DESIGNAÇÕES USADAS
![Page 250: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/250.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 253253
de modo que, ao encostar um rolamento no outro, somente as pistas
externas se tocam, ficando uma folga pequena entre as pistas internas.
Esta folga só é eliminada com o aperto da porca do rolamento. Nessa
condição, a folga das esferas nas pistas assume o valor ideal para supor-
tar a carga axial e radial.
Mancais de deslizamentoAs folgas dos mancais de deslizamento são fornecidas nos catálogos dos
fabricantes, ou como folgas radiais ou como diametrais. As folgas diame-
trais são o dobro das radiais. O melhor método de medição de folga nes-
se tipo de mancal é o com uso de Plastigage. Trata-se de um filamento
plástico que, ao ser deformado, adquire uma largura proporcional à folga.
Depois de deformado, basta comparar sua espessura com uma escala na
própria embalagem para saber a folga.
Nunca devemos passar lixa em mancais de deslizamento. A areia pene-
tra no metal patente e funciona como uma ferramenta de usinagem para
o eixo. Se necessitar remover alguma parte riscada ou danificada, utilize
uma rasquete.
FIGURA 144
Quando a folga do fabricante não estiver disponível, utilizar os seguin-
tes valores:
mm In
Folga diametral normal dos mancais =
Folga máxima admissível = 1,5 folga normal
0,07 + 0,001x D(mm) 0,003 + 0,001 x D (in)
Pense e AnotePense e Anote
Folgaradial
Folgadiametral
FOLGA DO MANCAL DE DESLIZAMENTO
![Page 251: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/251.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas254254
Tubulação de sucçãoA tubulação de sucção deve ser projetada para evitar pontos altos que
possam acumular gases no seu interior, o que prejudica o fluxo do líqui-
do. A bolha acumulada também pode soltar-se repentinamente, causan-
do problemas no bombeamento. Por esse motivo, a tubulação de sucção
deve sempre ser ascendente ou descendente.
Pelo mesmo motivo citado, as reduções devem ser excêntricas. A posi-
ção do lado plano vai depender da orientação da tubulação de sucção. Caso
a mesma venha reta, ou da parte de baixo da bomba, o lado plano deve
ficar para cima. Caso a tubulação venha de cima, o lado plano deve ficar
na parte inferior.
FIGURA 145
Nas bombas com impelidor de dupla sucção, caso tenhamos uma cur-
va próxima à bomba, ela deve ser perpendicular ao eixo, conforme pode
ser verificado nas Figuras 145A e 145B. Se for paralela, teremos fluxo pre-
ferencial para um dos lados do impelidor devido à força centrífuga na curva
(ver Figura 145C), gerando um elevado empuxo axial, o que leva à falha
prematura do mancal.
Eixo com 80mm de diâmetro:
Folga diametral normal = 0,07 + 0,001 x 80 = 0,15mm
Folga máxima = 1,5 x 0,15 = 0,22mm
EXEMPLOEXEMPLOEXEMPLOEXEMPLOEXEMPLOEXEMPLOEXEMPLOEXEMPLOEXEMPLOEXEMPLO
Pense e AnotePense e Anote
Plana no topo
Plana na parte inferior
POSIÇÃO DA REDUÇÃO EXCÊNTRICA E DAS CURVAS NA TUBULAÇÃO DE SUCÇÃO
AA CCBB
![Page 252: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/252.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 255255
Em bombas com impelidores de dupla sucção, a válvula na linha de
entrada deve ficar afastada mais do que 7D do flange da bomba. A Figura
146 mostra uma posição da válvula que poderá induzir fluxo preferencial
para um dos lados do impelidor, gerando empuxo axial alto. Caso não
exista espaço, girar a válvula de 90º de modo que sua haste fique perpen-
dicular ao eixo. Assim, as perturbações do fluxo serão igualmente dividi-
das para os dois lados do impelidor.
FIGURA 146
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
Zona de vórtices
DL � 7D
POSIÇÃO ERRADA DE VÁLVULA NA SUCÇÃOPARA IMPELIDOR DE DUPLA SUCÇÃO
![Page 253: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/253.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 257257
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
AAs bombas de deslocamento positivo trabalham aprisionando um
volume de líquido numa câmara na sucção, deslocam esse volume até a
descarga e, nessa região, reduzem o volume da câmara, empurrando o lí-
quido para fora da bomba.
Os nomes dessas bombas, de deslocamento positivo ou volumétrica,
são decorrentes desse seu modo de trabalhar.
Nas bombas de deslocamento positivo, a energia é cedida ao líquido
pelo deslocamento de um êmbolo, pistão, diafragma ou pela rotação de
uma peça.
Nas bombas centrífugas, tanto a vazão quanto a pressão de descarga
são dadas pelo sistema juntamente com a bomba (ela trabalha no pon-
to de encontro da sua curva de AMT x vazão com a curva do sistema). Já
na bomba de deslocamento positivo, para uma mesma rotação, o vo-
lume de líquido empurrado para a descarga é sempre o mesmo, ou seja,
a vazão é constante, não depende do sistema. Quanto maior a resis-
tência ao escoamento na linha de descarga, maior a pressão. Podemos
afirmar então que, na operação da bomba de deslocamento positivo, a
bomba é a responsável pela vazão e o sistema é o responsável pela pres-
são de descarga.
Na realidade, ocorre uma ligeira queda de vazão com o aumento de
pressão, devido à fuga do líquido pelas folgas. Se a bomba estiver em
bom estado, com as folgas adequadas, esta fuga pode ser considerada
desprezível.
Ocorrendo uma restrição grande na descarga, a pressão pode chegar a
valores muito altos, já que a bomba volumétrica continuará a fornecer sua
vazão. Por esse motivo, essas bombas devem possuir uma válvula de alí-
vio na descarga, evitando que a pressão ultrapasse a de projeto da bom-
ba. Essa válvula de alívio pode fazer parte do projeto da bomba, sendo
interna, ou pode ser colocada na linha de descarga, externamente à bom-
ba. Neste caso, por razões de segurança, deve ser instalada antes de qual-
quer outra válvula na descarga. Ela pode aliviar para a sucção da bomba
ou para um vaso (o que é melhor).
Bombas dedeslocamento positivo
ou volumétricas
Bombas dedeslocamento positivo
ou volumétricas
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas258258
Pense eAnotePense eAnote
TABELA 147
Válvula desegurança
Bombavolumétrica
Quando tratamos de bombas centrífugas, usamos por conveniência o
termo AMT ou head em vez de pressão, porque esse tipo de bomba forne-
ce uma mesma AMT para qualquer fluido. Como na bomba de desloca-
mento positivo isso não ocorre, e é o sistema que comanda a pressão,
não se usa AMT e sim a própria pressão, ou o diferencial de pressão (dife-
rença entre a pressão de descarga e a de sucção).
As bombas volumétricas, ao contrário das bombas centrífugas, são
sempre auto-escorvantes, ou seja, conseguem bombear o ar do seu inte-
rior e criar um vazio que será preenchido pelo líquido. Existem também
bombas centrífugas com um projeto especial de uma câmara de líquido
junto da carcaça, que as tornam auto-escorvantes. Mesmo sendo auto-
escorvantes, as bombas de deslocamento positivo devem ser cheias de
líquido antes de partir, evitando assim o desgaste que ocorre quando fun-
cionam secas.
Com líquidos de viscosidade alta, as bombas centrífugas perdem muito
em rendimento e, conseqüentemente, aumentam a potência para o bom-
beamento. Por isso, para líquidos acima de 1.000SSU (200cSt), raramente
são usadas bombas centrífugas. As bombas de deslocamento positivo, por
não serem afetadas pela viscosidade, são mais indicadas para esses casos.
A maioria das bombas de deslocamento positivo pode trabalhar como
motores hidráulicos. Para tal, basta que sejam alimentadas com líquido
pressurizado pela descarga, deixando-o sair pela sucção da bomba. As
bombas centrífugas também se adaptam a esse tipo de trabalho, sendo
chamadas, neste caso, de turbinas de recuperação hidráulica.
As bombas de deslocamento positivo podem sofrer problemas de vapo-
rização na sucção. Devemos sempre ter o NPSH disponível maior do que o
requerido. Nas bombas alternativas, como a vazão varia ao longo do curso
POSIÇÃO DA VÁLVULA DE ALÍVIO EXTERNAMENTEA BOMBA E ANTES DE QUALQUER BLOQUEIO
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 259259
Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
FIGURA 148
1.2.3.4.5.6.7.8.9.
10.
CarterEixo de manivelaBielaCruzelaHasteCamisaCilindroPistãoVálvulaAnel de vedação
do pistão, temos de levar em conta no cálculo do NPSH disponível a parce-
la de energia correspondente à aceleração do líquido, subtraindo-a.
Como muitas bombas de deslocamento positivo trabalham com pres-
sões negativas na sucção, devemos ter cuidado com a entrada de ar pelas
juntas da tubulação de sucção, o que leva a uma perda de desempenho.
Bombas alternativasAs bombas alternativas fornecem a energia ao líquido por meio do deslo-
camento linear de um pistão, de um êmbolo ou de um diafragma.
Essas bombas são ditas de simples efeito quando bombeiam apenas num
dos sentidos do curso, e de duplo efeito quando bombeiam nos dois sentidos.
Bombas de pistão ou de êmboloUma bomba é dita de pistão quando possui uma peça (o pistão) que é
fixada na haste; a bomba de êmbolo é formada por uma única peça (a pró-
pria haste), responsável por deslocar o líquido.
Elas podem ser acionadas diretamente por um acionador de movimento
linear, como um cilindro a vapor ou um diafragma com ar comprimido,
ou podem utilizar um acionador rotativo, como um motor elétrico. Nesse
caso, necessitam de um sistema biela/manivela para transformar o movi-
mento rotativo em alternativo.
Existem disponíveis bombas de um cilindro ou com vários cilindros em
paralelo. As que possuem um único cilindro são denominadas simplex, as
de dois cilindros são as duplex, as de três são as triplex e as de cinco são
as quintuplex.
234510
8 7
69
1
BOMBA ALTERNATIVA DE PISTÃO, DE SIMPLES EFEITO,ACIONADA POR SISTEMA DE BIELA/MANIVELA
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas260260
Pense eAnotePense eAnote
FIGURA 149
FIGURA 150
Lado do vapor Lado do produto
Válvulacorrediça
Câmara deentrada de vapor
Entradade vapor
Pistão
Exaustãode vapor
ExaustãoVálvuladistribuidorade vapor
Sentido domovimento de êmbolo
Exaustãode vapor
Pistão
Entradade vapor
ExaustãoVálvuladistribuidorade vapor
Sentido domovimento de êmbolo
BOMBA ALTERNATIVA SIMPLEX, DE DUPLO EFEITO, ACIONADA A VAPOR
VÁLVULAS CORREDIÇAS DE DISTRIBUIÇÃO DE VAPOR
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P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas 261261
Pense e AnotePense e AnoteA bomba alternativa acionada a vapor possui dois cilindros em linha.
Um é o cilindro de vapor, que é o acionador. O outro é o cilindro do pro-
duto que será bombeado. Esses cilindros possuem seus pistões interliga-
dos por hastes, movendo-os solidários.
O cilindro de vapor possui uma válvula corrediça de distribuição de
vapor, comandada por um sistema de alavancas interligadas à haste da
bomba. Vamos acompanhar o funcionamento pelas Figuras 149 e 150.
Inicialmente, a válvula corrediça alimenta de vapor o lado esquerdo do
cilindro e abre o lado direito para a exaustão, fazendo com que o pistão e a
haste se desloquem para a direita. Quando o pistão de vapor chega ao final
do curso, a válvula corrediça está na posição da figura da direita, fazendo a
inversão das aberturas, e passa a admitir vapor do lado direito do cilindro
e a fazer a exaustão no lado esquerdo. Com isso, o pistão irá mover-se para
a esquerda. Ao chegar ao final desse curso, torna a inverter o movimento.
Assim, o vapor gera um movimento contínuo alternativo. O pistão da
bomba, que está interligado ao de vapor, aspira o produto de um dos lados
e empurra o produto pela válvula de descarga do outro. Ao chegar ao final do
curso, ele inverte. O cilindro mostrado é de duplo efeito e trabalha nos dois
sentidos. Tanto as válvulas de sucção quanto as válvulas de descarga traba-
lham com molas. A sua abertura é realizada pelo diferencial de pressão.
Para controlar a vazão na bomba acionada a vapor, temos de controlar
a quantidade de vapor admitida na bomba. Quanto maior a vazão de va-
por, maior a velocidade de deslocamento do pistão, ou seja, maior o nú-
mero de ciclos executados por minuto.
Devemos sempre garantir que esteja chegando líquido na admissão da bom-
ba alternativa acionada a vapor. Se ocorrer falta de produto na sucção ou a sua
vaporização, a bomba tenderá a disparar, já que a quantidade de vapor forne-
cida será a mesma de quando a bomba estava com carga. A bomba, em vez de
líquido, estará bombeando ar ou gases, os quais demandam bem menos po-
tência. Essa situação, geralmente, leva a bomba a disparar, com vibrações que
acabam por afrouxar partes roscadas, podendo vir a quebrar a bomba.
Bombas de diafragmaAs bombas de diafragma disponíveis podem ter diversas configurações.
Vejamos o funcionamento da bomba de diafragma, lado esquerdo da
Figura 151.
Temos dois ciclos: admissão e descarga. Inicialmente, o ar comprimi-
do é admitido na parte inferior do pistão, fazendo com que ele suba, le-
vando junto o diafragma. O vácuo então formado na câmara abre a válvu-
la de sucção e fecha a de descarga do produto. À medida que o diafragma
vai subindo, o líquido vai enchendo a câmara da bomba. Ao atingir o pon-
to superior, termina o ciclo de admissão e começa o de descarga.
![Page 258: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/258.jpg)
P E T R O B R A S A B A S T E C I M E N T OManutenção e Reparo de Bombas262262
Pense e AnotePense e Anote
FIGURA 151
Bomba de diafragma
Duplo diafragma
Pistão
Câmara
Válvula desucção
Válvula dedescarga
A B
Assim que o líquido parar de ser admitido, a esfera da válvula cai e
bloqueia a sucção. O ar comprimido que era direcionado para o cilindro é
desviado para a parte superior do diafragma. O diafragma começa a des-
cer, arrastando com ele o pistão. O líquido começa a ser pressurizado e a
deslocar-se, abrindo a válvula de descarga e permitindo o escoamento do
produto. Quando o diafragma chegar ao seu ponto inferior, termina o ci-
clo de descarga e tem início um novo ciclo de admissão. A bomba de dia-
fragma descrita é acionada por um cilindro de ar, mas existem outros
modelos acionados por outros sistemas, como o de biela/manivela.
A bomba de duplo diafragma possui duas câmaras com diafragmas in-
terligados por uma haste. Uma das câmaras é a acionadora, movida a ar
comprimido, e a outra é a do produto que será bombeado. O funciona-
mento da bomba é semelhante ao descrito anteriormente.
Algumas bombas alternativas possuem dispositivos que permitem al-
terar a vazão. Quando a bomba é acionada pelo sistema de biela/manive-
la, podemos modificar a vazão, variando a rotação ou o curso do pistão.
Para variar o curso, modificamos o raio da manivela. As bombas dosado-
ras costumam ser do tipo alternativa e utilizam êmbolo ou diafragma.
BOMBAS DE DIAFRAGMA ACIONADAS POR PISTÃOE POR OUTRO DIAFRAGMA
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note
Pens
e e A
note
FIGURA 152
Vazão
Vazão
Tempo
Tempo
Vazão da bombaalternativa simplexde simples efeito
Vazão da bombaalternativa simplexde duplo efeito
Algumas bombas, que trabalham com fluidos agressivos, usam dois dia-
fragmas em série com óleo entre eles, evitando assim que ocorra conta-
minação caso o diafragma venha a romper.
A vazão fornecida pelas bombas de deslocamento positivo é pulsante.
Ela é máxima, quando o cilindro está no meio do curso, e mínima (zero),
quando está no início ou final do curso. Variando a vazão, a pressão tam-
bém sofrerá variação. Para uma mesma rotação, quanto maior o número
de cilindros, menor a pulsação de pressão e de vazão. Quando a pulsação
puder trazer algum problema, é usual colocar um amortecedor de pulsa-
ção na linha de descarga da bomba alternativa. Esses amortecedores po-
dem ser de diafragma, de bexiga ou de pistão.
Bombas rotativasAs bombas rotativas fornecem energia ao líquido por meio de um elemen-
to rotativo. A rotação visa apenas deslocar o líquido e não acelerá-lo. Como
toda bomba de deslocamento positivo, as rotativas também aprisionam o
líquido em uma câmara na região de sucção e, por meio de rotação, em-
purram o líquido para a descarga.
Esse tipo de bomba não necessita de válvulas para o seu funcionamen-
to. Nas alternativas puras, é indispensável o uso de válvulas na entrada e
na descarga da bomba.
As bombas rotativas possuem folgas entre o elemento girante e o esta-
cionário, de modo que sempre temos um pequeno vazamento interno. Se
não tivéssemos as fugas, a vazão seria sempre a mesma, independente da
pressão (caso teórico). No caso real, quanto maior o diferencial de pres-
são da bomba (�P), maior esse vazamento e, conseqüentemente, um pouco
menor a vazão fornecida ao sistema.
VAZÃO AO LONGO DO TEMPO DA BOMBA ALTERNATIVA
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Pense eAnotePense eAnote
FIGURA 153
�P
VazãoTeórico
�P
VazãoTeórico
FIGURA 154
Engrenagens externas
Engrenagens internas com crescente Engrenagens internas sem crescente
33
4
2 1 1 2
Vazamentointerno
Quanto maior a viscosidade do líquido bombeado, menor as fugas, o
que aumenta ligeiramente a vazão da bomba.
Os principais tipos de bombas rotativas usadas são: de engrenagens
(externas e internas); de fusos (1, 2 ou 3 fusos); de palhetas e de lóbulos.
Bomba de engrenagensAs bombas de engrenagem podem ser de dois tipos: engrenagens inter-
nas e externas. As de engrenagens internas podem ser com crescente ou
sem crescente.
VAZÃO X �P PARA BOMBAS ROTATIVAS
BOMBA DE ENGRENAGENS EXTERNAS E INTERNAS
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Pens
e e A
note
Pens
e e A
note
BOMBA DE ENGRENAGENS EXTERNAS
Acompanhar o funcionamento pela Figura 154.
Ao girar, as engrenagens aprisionam o líquido que está na entrada da
bomba, região 1, entre dois dentes consecutivos e a carcaça, levando-o
para a região 2. Esse volume de líquido bloqueado vai sendo levado pelo
giro das engrenagens até chegar à região 3, onde é liberado, seja qual for
a pressão reinante na descarga. A engrenagem continuará girando e che-
gará à região 4, onde os dentes se engrenam, impedindo o retorno do lí-
quido para a sucção. As duas engrenagens, cada uma girando num senti-
do, bombeiam simultaneamente.
BOMBAS DE ENGRENAGENS INTERNAS COM CRESCENTE
Ambas as engrenagens aprisionam os volumes entre seus dentes e o cres-
cente. Antes do crescente, fica a região de sucção. Depois dele, a região de
descarga. Ao chegar à parte superior, os dentes se engrenam, fazendo a
vedação e impedindo o retorno do líquido bombeado.
BOMBAS DE ENGRENAGENS INTERNAS SEM CRESCENTE
O bombeamento é similar ao de engrenagens externas.
Devido ao elevado número de dentes e à rotação, a vazão e a pressão forne-
cidas pelas bombas de engrenagens não são consideradas pulsantes.
Para ter um bom desempenho, as engrenagens têm de estar bem ajus-
tadas entre si, como também devem estar na carcaça ou no crescente. Os
dentes e as partes responsáveis pelo aprisionamento dos volumes não
devem ter marcas nem arranhões, do contrário, haverá perdas no volume
bombeado.
Bomba de fusos ou de parafusosEssas bombas podem ter os fusos arrastados por um fuso motriz ou dis-
porem de engrenagens de sincronismo. Podem succionar de um lado ape-
nas ou dos dois lados. Neste caso, descarregam pelo centro da carcaça.
A bomba de parafusos, mostrada na Figura 155, possui um fuso mo-
triz e dois conduzidos. Como existe um diferencial de pressão nas faces
dos fusos, há necessidade de um sistema de balanceamento axial. Por isso,
possui nos mancais do lado da sucção uma linha ligada à descarga. Na
bomba da Figura 156, a entrada do líquido é realizada pelas duas extre-
midades, e a descarga ocorre pelo centro da bomba, o que equilibra o es-
forço axial nos fusos. Essa bomba possui engrenagens de sincronismo para
acionar o fuso conduzido.
O bombeamento é realizado por meio do volume de líquido aprisi-
onado entre os fusos e a carcaça. No caso de três fusos, temos também
um volume entre os fusos laterais e o central. À medida que o fuso
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Pense eAnotePense eAnote
Mancal Engrenagensde sincronismo
FIGURA 155
Saída
Eixo motriz
Entrada
Selagem
Pistão de balanço
Camisa dos rotores
Fusos temperados
Tampa do balanço
Câmara de empuxoligada à descarga
FIGURA 156
Selagem
Mancalexterno
SaídaFusoconduzido
Fusomotor
Entrada
vai girando, o líquido vai sendo deslocado axialmente, da sucção para
a descarga. Os fusos se engrenam vedando e impedindo o retorno do
líquido.
A vazão é contínua, logo, não temos pulsação de pressão.
Algumas dessas bombas possuem uma válvula de alívio (segurança)
interna.
BOMBA DE 3 FUSOS E DE SIMPLES SUCÇÃO
BOMBA DE 2 FUSOS E DE DUPLA SUCÇÃO
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Pense e AnotePense e Anote
FIGURA 157
Bombas de palhetasA bomba de palhetas, Figura 157, possui um rotor que gira excentricamen-
te com a carcaça. Nesse rotor, ficam alojadas diversas palhetas que, pela
força centrífuga ou por meio de molas, são expelidas, mantendo contato
com a carcaça. Na região de sucção, a carcaça possui um rebaixo para per-
mitir a entrada do líquido. Como o rotor é montado excêntrico com a
carcaça, na sucção, as pás consecutivas formam uma câmara com a carca-
ça, onde cabe um determinado volume.
O rotor, ao girar, bloqueia o líquido nessas câmaras, deslocando-o até
chegar à região da descarga. Devido à excentricidade do rotor, o volume
da câmara fica praticamente nulo nessa região, obrigando o líquido a sair
pela descarga da bomba.
Com rotação alta, esse tipo de bomba não apresenta pulsação de va-
zão nem de pressão.
Bomba de cavidade progressivaEssa bomba é constituída por um rotor e um estator, o qual normalmen-
te é construído de um material elástico, como Buna N e Viton. O líquido
fica preso nas cavidades entre o rotor e o estator e vai sendo deslocado
pelo giro do rotor, da sucção para a descarga. A pressão que esta bomba
fornece não é muito alta, aproximadamente de 6kg/cm2. Quando se dese-
jam pressões maiores, são utilizadas bombas em série.
BOMBAS DE PALHETAS
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Pense e AnotePense e Anote
FIGURA 158
Selagem
Caixa de mancais
Rotor
Estator
FIGURA 159
Bomba de lóbulosAs bombas de lóbulos possuem dois rotores que giram em sentido con-
trário dentro da carcaça. Pelo seu formato, ao girarem, aprisionam na
sucção um volume de líquido entre seus lóbulos e a carcaça, volume esse
que é deslocado e liberado na descarga. Os rotores estão sempre em con-
tato na parte central, fazendo a vedação. Existem bombas de um, dois,
três e cinco lóbulos.
BOMBA DE CAVIDADES PROGRESSIVAS
BOMBAS COM 1, 2, 3 E 5 LÓBULOS
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e e A
note
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e e A
note
FIGURA 160
Tubo em Uflexível
Excêntricogiratório
FIGURA 161
Curso zero
Ângulo máximo significacurso máximo do pistãoe máxima vazão
Redução do ângulosignifica curso reduzidoe vazão reduzida
Ângulo zero significacurso zero (pistão não semove) e vazão nula
Bomba peristálticaEssa bomba é formada por um tubo flexível, montado sob a forma de U. Um
ou mais roletes giratórios ou excêntricos passam espremendo o tubo, deslo-
cando o líquido da sucção para a descarga. É uma bomba bastante simples e
que não precisa de selagem. A única parte que entra em contato com o líqui-
do é o tubo flexível. Seu principal desgaste ocorre no tubo flexível.
Bombas de pistão rotativoAs bombas de pistões axiais variam a vazão pela alteração da inclinação de um
disco que aciona os pistões. Quanto mais inclinado o disco, maior o curso dos
pistões, portanto, maior a vazão. O disco é montado sobre o eixo por meio de
uma junta esférica, não mostrado na figura, que permite sua oscilação.
Curso do pistão
BOMBA PERISTÁLTICA
ESQUEMA DA VARIAÇÃO DE VAZÃO DA BOMBA ALTERNATIVA DE PISTÕES AXIAIS
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Pense eAnotePense eAnote
DISPOSITIVO DE RETORNO COM MOLADISPOSITIVO DE RETORNO COM MOLADISPOSITIVO DE RETORNO COM MOLADISPOSITIVO DE RETORNO COM MOLADISPOSITIVO DE RETORNO COM MOLA
PLACA OSCILANTEPLACA OSCILANTEPLACA OSCILANTEPLACA OSCILANTEPLACA OSCILANTE
FIGURA 162
Prato daválvula
Pistão deajuste do curso
BLOCO DO CILINDROBLOCO DO CILINDROBLOCO DO CILINDROBLOCO DO CILINDROBLOCO DO CILINDRO
PISTÕESPISTÕESPISTÕESPISTÕESPISTÕES
EIXOEIXOEIXOEIXOEIXO
Porta deenchimento
Dispositivode retornocom mola
Bucha
Mola
Saída
Entrada Bloco docilindro
Pistão Placaoscilante
As principais partes da bomba de vazão variável de pistão axial são:
Peça que gira junto com o eixo e possui diversos furos em que se alojarão
os pistões axiais. É conectado ao eixo através de estrias.
Cada furo do bloco do cilindro comporta um pistão. Um lado do pistão é
esférico e se conecta com a placa oscilante.
Ela pode oscilar em torno do eixo sobre uma junta esférica. Os pistões são
articulados com essa placa.
Serve para empurrar a placa oscilante contra o pistão de ajuste.
É acoplado ao bloco de cilindros por meio de estrias. O eixo é assentado por
intermédio de um rolamento na carcaça e de uma bucha no prato da válvula.
BLOCO DO CILINDROBLOCO DO CILINDROBLOCO DO CILINDROBLOCO DO CILINDROBLOCO DO CILINDRO
PISTÕESPISTÕESPISTÕESPISTÕESPISTÕES
PLACA OSCILANTEPLACA OSCILANTEPLACA OSCILANTEPLACA OSCILANTEPLACA OSCILANTE
DISPOSITIVO DE RETORNO COM MOLADISPOSITIVO DE RETORNO COM MOLADISPOSITIVO DE RETORNO COM MOLADISPOSITIVO DE RETORNO COM MOLADISPOSITIVO DE RETORNO COM MOLA
EIXOEIXOEIXOEIXOEIXO
BOMBA DE PISTÃO AXIAL COM AJUSTE DA VAZÃO
![Page 267: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/267.jpg)
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note
Pens
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PRAPRAPRAPRAPRATTTTTO DO DO DO DO DA VÁLA VÁLA VÁLA VÁLA VÁLVULVULVULVULVULAAAAA
FIGURA 163
Bomba com came e pistãoBomba de pás flexíveisBomba de palheta externa
Peça estática, na qual se localizam as conexões de entrada e saída do pro-
duto. Junta esférica, sapata da placa, mancal tipo bucha, mola e a caixa
também fazem parte da bomba.
Princípio de funcionamentoO eixo, a placa oscilante e o bloco do cilindro, juntamente com os pis-
tões, giram solidários. A placa oscilante permanece com uma determina-
da inclinação ajustada e é livre girar no seu plano.
À medida que o bloco de cilindros gira com o eixo, os pistões fazem
um movimento alternativo nos seus furos.
As portas de entrada e de saída do líquido são arranjadas de tal modo
que os pistões passam na entrada quando estão sendo recolhidos e pas-
sam na saída quando estão sendo empurrados.
O volume deslocado depende do diâmetro, do número de pistões e do
seu curso. O curso depende do ângulo de ajuste da placa oscilante.
A variação do curso do pistão é possível pela mudança do ângulo da placa
oscilante. Isso é feito por meio de um dispositivo de posicionamento angu-
lar da placa. O ângulo pode ser modificado manualmente por meio de um
parafuso de ajuste ou de uma linha-piloto (linha pressurizada). Batentes são
providos para as posições de curso máximo e mínimo.
Outros tipos de bombas rotativas dedeslocamento positivoA variedade de bombas de deslocamento positivo rotativas é muito gran-
de. Na Figura 163, mostramos alguns outros modelos que são utilizados.
PRAPRAPRAPRAPRATTTTTO DO DO DO DO DA VÁLA VÁLA VÁLA VÁLA VÁLVULVULVULVULVULAAAAA
BOMBAS DE PALHETA EXTERNA, DE PÁS FLEXÍVEIS E DE CAME COM PISTÃO
![Page 268: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/268.jpg)
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Pense eAnotePense eAnote
A bomba de palheta externa possui uma peça rotativa elítica, que é a
responsável pelo bombeamento, juntamente com uma palheta que faz a
vedação. O líquido fica aprisionado entre a parte elítica e a câmara circu-
lar e, com o giro, vai sendo deslocado da sucção para a descarga. A palhe-
ta impede o retorno do líquido para a sucção, obrigando-o a sair pela
descarga.
A bomba de pás flexíveis usa a deformação das pás para realizar o bom-
beamento.
A bomba de came e pistão funciona pelo movimento de um cilindro
que gira excentricamente e em contato com um cilindro maior. O cilindro
menor é guiado por uma haste cilíndrica (pistão) que trabalha numa bu-
cha esférica.
![Page 269: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/269.jpg)
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note
Pens
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Bombascentrífugasespeciais
Bombascentrífugasespeciais
AA lém das bombas centrífugas já citadas, existem algumas com ca-
racterísticas específicas. Entre estas temos:
FIGURA 164
Auto-escovante
BOMBA AUTO-ESCORVANTE, SUBMERSA E TIPO “VORTEX”
Submersa
Vortex
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Pense eAnotePense eAnote
Bomba auto-escorvanteEssa bomba possui na frente de seu impelidor uma câmara com uma vál-
vula de retenção. Quando a bomba é desligada, o líquido fica retido nessa
câmara. Na próxima partida, não será necessário escorvá-la.
Bomba submersaÉ uma bomba centrífuga tipo canned. A maioria das vezes esse tipo de
bomba é montado com mangueiras flexíveis. É muito usada para esgota-
mentos de poços e de valas.
Bomba tipo “vortex”Esse tipo de bomba possui um impelidor aberto, que fica recuado em
relação à descarga da bomba. Ao girar, o impelidor faz um turbilhonamento
do líquido dentro da carcaça. Esse turbilhonamento provoca o arraste do
líquido que está adjacente. É muito usada quando temos materiais em
suspensão que poderiam obstruir o impelidor. Seu rendimento é baixo.
![Page 271: Manutenção e Reparo de BOMBAS - PETROBRAS](https://reader031.vdocuments.net/reader031/viewer/2022012318/55cf9b74550346d033a6222a/html5/thumbnails/271.jpg)
Referências bibliográficas
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SENAI/RJPRODUZIDO PELA DIRETORIA DE EDUCAÇÃO
Coordenador de formação, capacitação ecertificação de abastecimentoMAURÍCIO LIMA
Diretora de educação
Elaboração
Gerente de educação profissional
Gerência de educação profissional
Revisão técnico-metodológica
Revisão gramatical
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Projeto gráfico, programaçãovisual e diagramação
ANDRÉA MARINHO FRANCO
GETÚLIO V. DRUMMOND
LUIS ROBERTO ARRUDA
ANA PAULA DE BARROS LEITE
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ROSEMARY LOMELINO DE SOUZA XAVIER
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