Apostila - Operação de bombas

INTRODUÇÃO __________________________ 1Objetivos do Módulo ____________________ 2

SEÇÃO 1 – COMPONENTES DA BOMBA CENTRÍFUGAObjetivos ______________________________ 3Introdução ____________________________ 3Bomba Centrífuga ______________________ 4Carcaça ______________________________ 4Bocal de Entrada ________________________ 5Rotor ________________________________ 5Voluta ________________________________ 6Bocal de Descarga ______________________ 7Anéis de desgaste ______________________ 8Eixo __________________________________ 9Mancais ______________________________ 9Sêlos mecânicos ________________________ 12Tubulação Auxiliar ______________________ 13Resumo do Fluxo Típico__________________ 14Revisão 1______________________________ 16

SEÇÃO 2 – BOMBA CENTRÍFUGASObjetivos ______________________________ 19Introdução ____________________________ 19Bombas de um Estágio e Multi Estágio __________________________ 20Bombas Verticais________________________ 22Empuxo Axial __________________________ 24Rotor de Sucção Dupla __________________ 25Rotores Back-to-Back ____________________ 26Empuxo Radial ________________________ 27Voluta Dupla __________________________ 28Revisão 2______________________________ 29

SEÇÃO 3 – CONSIDERAÇÕES SOBRE A OPERAÇÃOObjetivos ______________________________ 31Introdução ____________________________ 31Potência Requerida ______________________ 32Potência Hidráulica ______________________ 32Desempenho __________________________ 32Vazão Contínua Mínima __________________ 32Velocidade Específica __________________ 33Cavitação______________________________ 33Head de Sucção Positivo Líquido (NPSH) ________________ 34Evitando a Cavitação ____________________ 35Perdas da Bomba________________________ 36Revisão 3______________________________ 40

RESUMO ______________________________ 42

GLOSSÁRIO ____________________________ 44

APÊNDICE A – FORÇA CENTRÍPETA E FORÇA CENTRÍFUGA ____ 47

RESPOSTAS ____________________________ 53

OPERAÇÃO DE BOMBAS

CONTEÚDO

NOTA IMPORTANTE

A tecnologia é usada pelos operadores de oleodutos para alcançar objetivosespecificos de seu trabalho. O objetivo central do Programa detreinamento de Operadores de Centro de Controle é o de promover umentendimento da tecnologia usada pelos operadores de oleodutos no seudia a dia. Este programa de treinamento cobre os aspectos tecnológicosrelacionados diretamente com o trabalho dos operadores, fornecendoinformações de aplicação imediata.

As informações constantes nos módulos de treinamento são basicamenteteóricas. Uma base de informações teóricas é o correto entendimento dealguns conceitos principais, facilita a compreenção da tecnologia e suaaplicação no contexto de um sistema de oleodutos. Foi feito o máximoesforço na apresentação de somente princípios científicos puros.Entretanto em alguns casos algumas relações empíricas foramnecessárias de modo a aproximar ao máximo os resultados puramentecientíficos das observações práticas. A prioridade mais importante nodesenvolvimento dos materiais do programa de treinamento deoperadores foi o seu máximo aproveitamento pelos operadores em suastarefas diárias.

OPERAÇÃO DE BOMBASComponentes dos Sistemas de Dutos

© 1995 IPL Technology & Consulting Services Inc.Reproduction Prohibited (January, 1996)

IPL TECHNOLOGY & CONSULTING SERVICES INC.7th Floor IPL Tower10201 Jasper AvenueEdmonton, AlbertaCanada T5J 3N7

Telephone +1 - 403-420-8489Fax +1 - 403-420-8411

Reference: 2.7 PB pump op Sept, 1997

DICAS DE ESTUDOAs dicas de estudo a seguir são sugeridas para tornar a aprendizagem dosmódulos mais efetiva.

1. Tente manter cada período de estudo curto, porém concentrado (de dez aquarenta e cinco minutos). Se você determinar seu tempo de estudo de formaa estudar ao longo dos cinco dias da semana um período total de duas horaspor dia, divida seus períodos de estudo em blocos com dois a cinco minutosde intervalo. Lembre-se de que geralmente uma semana de estudo individualsubstitui 10 horas de presença na sala de aula. Por exemplo, se você tiver umbloco de estudo individual de três semanas, ele contará como 30 horas deestudo, para se manter atualizado com a maioria dos programas deaprendizagem.

2. Quando você estiver estudando, procure fazer ligações entre os capítulos e astarefas. Quanto mais ligações você fizer, melhor você se lembrará dasinformações.

3. Há testes individuais no final de cada módulo. Geralmente a execução destestestes aumenta sua capacidade de lembrar das informações.

4. Quando estiver lendo uma seção ou módulo, dê uma folheada ou faça umabreve olhada no mesmo antes de começar uma leitura detalhada. Leia aintrodução, a conclusão e as perguntas do final de cada seção. Depois, comotarefa separada, estude todos os títulos, quadros, figuras e legendas. Depoisdesta excelente técnica de previsualização, você estará familiarizado com suatarefa de leitura. A leitura prévia é então seguida de uma leitura detalhada. Aleitura detalhada reforça o que já foi estudado e também põe a matéria emdestaque. Enquanto estiver fazendo a leitura detalhada, pare no final de cadasubseção e se pergunte "O que eu acabei de ler?"

5. Outra técnica de estudo útil é escrever suas próprias perguntas baseadas nosseus apontamentos de estudo e/ou nos títulos e subtítulos do módulo.

6. Quando estiver na sala de aula fazendo apontamentos, por favor siga estatécnica. Guarde a página da esquerda para suas observações pessoais, idéiasou áreas que deseja esclarecer. Importante, grave as perguntas que o seuinstrutor fizer - provavelmente você as encontrará na prova final.

7. Faça revisão. Faça revisão. Faça revisão. Aproveitar oportunidades pararever a matéria aumentará sua capacidade de lembrá-la.

8. Usando fichas de arquivo, você pode identificar rapidamente áreas que vocêprecisa revisar ou se concentrar antes da prova. Comece intencionalmentefazendo fichas no final de cada seção de leitura. Quando se deparar comuma palavra nova, escreva-a de um lado da ficha. No outro lado, escrevasua definição. Isto se aplica a quase todos os módulos. Por exemplo,símbolos químicos/o que ele significa; estação terminal/definição; umasigla/seu significado. Uma vez que você tenha compilado as fichas e estiver sepreparando para a prova, misture as fichas com a palavra termo voltada paracima. Passe por cada ficha para ver se você sabe o que está no seu verso.Por que gastar tempo desnecessário nos significados ou conceitos que vocêjá sabe? As fichas que você não souber identificam as áreas que você precisa rever.

9. Além disso, estes módulos possuem instrumentos de aprendizagem específica incorporados para auxiliar na compreensão e revisão da matéria.Os termos aparecem em negrito e foram acrescentados ao glossário. Paracomparar as referências sobre o significado de um termo, há os números daspáginas junto às definições do glossário, identificando onde o termo ouexplicação apareceu pela primeira vez no texto. As definições do glossárioque não possuem os números das páginas são também importantes para acompreensão, mas são plenamente explicadas em outro módulo.

INTRODUÇÃOAs bombas são o mecanismo de controle chave no oleoduto, fornecendo a forçanecessária para deslocar os líquidos ao longo do oleoduto. Os operadores docentro de controle trabalham diariamente com as bombas, determinando apartida e a parada das unidades conforme necessário para manter os líquidosfluindo ao longo do oleoduto na vazão e pressão corretas. As bombas sãoacionadas de forma remota a partir do centro de controle através de comandosde PARTIDA e PARADA. As bombas e os motores são caros e complexos e aperda de rendimento devido a uma bomba operando com defeito pode trazerconseqüências financeiras graves. Os operadores do oleoduto precisam ter umacompreensão profunda do funcionamento das bombas, de modo a conhecertodos os efeitos que suas decisões trarão ao equipamento. A compreensão dasbombas ajuda os operadores a identificar defeitos nas bombas e a tomar asmedidas adequadas.

Figura 1Uma Bomba de Linha TroncoAs bombas são o mecanismo chave de controle no oleoduto, oferecendo aenergia necessária para deslocar os líquidos ao longo do oleoduto.

Programa de Treinamento de Operadores de Centros de Controle

OPERAÇÃO DE BOMBAS 1

OPERAÇÃO DE BOMBAS2


Este módulo descreve os princípios básicos das bombas centrífugas, e examinaa bomba da linha tronco com certo detalhamento. Este módulo também ofereceas informações necessárias nos módulos - LEIS DE AFINIDADE - CURVAS DE

BOMBA E - CURVAS DO SISTEMA.

A Seção 1 examina os principais componenes da bomba centrífuga.

A Seção 2 examina os recursos das bombas usadas nos oleodutos.

A Seção 3 examina os comentários sobre o funcionamento para o operador docentro de controle quando estiver usando uma bomba centrífuga.

É essencial que você compreenda os conceitos de força centrifuga e aceleraçãocentrífuga para aplicá-los a cada bomba centrífuga antes de começar estemódulo. Se você não estiver familiarizado com estes termos, você deve ir agoraao Apêndice A no final deste módulo para fazer uma breve revisão.

OBJETIVOS DO MÓDULOEste módulo apresenta informações sobre os seguintes assuntos.• Descreve o funcionamento das bombas.• Explica a relação existente entre os princípios de funcionamento da bomba e

o papel do operador do centro de controle na operação da bomba.

PRÉ-REQUISITOS

O módulo COMPORTAMENTO DOS FLUIDOS E O MÓDULO FUNCIONAMENTO DA

BOMBA.

SEÇÃO 1

COMPONENTES DA BOMBA CENTRÍFUGA

OBJETIVOSApós ter concluído esta seção, você será capaz de:• Reconhecer o termo bomba centrífuga.

• Identificar cada um dos componentes da bomba abaixo e definir seu objetivo.

INTRODUÇÃOHá duas classes principais de bombas, agrupadas de acordo com a forma comotransferem energia ao líquido:• bombas de deslocamento positivo e• bombas centrífugas.As bombas de deslocamento positivo usam um pistão, engrenagens ou umdiafragma, para forçar o líquido através do duto. Estas bombas deslocam olíquido em surtos, e não podem oferecer uma vazão constante sem pulsações.Seu uso é muito limitado para aplicações especializadas.

O termo força centrífuga se refere à força de inércia que faz com que umobjeto em movimento giratório se desloque para fora do seu centro de rotação.As bombas centrífugas usam um dispositivo de rotação para prover a energianecessária para mover o líquido ao longo do oleoduto a uma vazão constante.




BOMBA CENTRÍFUGAUma bomba centrífuga é um dispositivo mecânico que usa a força centrífuga ea voluta para transformar energia mecânica em pressão ou alturamanométrica. O líquido que entra na bomba é acelerado pela força centrífuga.A velocidade aumentada do líquido é então transformada pela bomba empressão ou altura manométrica. O líquido sai da bomba com pressão evelocidade suficientes para passar pelo oleoduto mantendo um fluxo turbulento.

Os principais componentes de qualquer bomba centrífuga são:• carcaça • bocal de entrada (também denominado bocal de sucção)• rotor• voluta• bocal de descarga• anéis de desgaste• eixo• mancais• sêlos mecânicos, e• tubulação auxiliar.Cada um será descrito detalhadamente.

CARCAÇAA carcaça é uma câmara vedada que abriga a bomba inteira. A carcaçadireciona líquido ao rotor e recebe líquido do rotor e o leva para fora da bomba.A carcaça é vedada de modo que o líquido não possa escapar, exceto através dobocal de descarga. As carcaças das bombas centrífugas da linha tronco sãofeitas com uma carcaça inferior e outra superior divididas por uma linha centralhorizontal. Este tipo de projeto oferece um acesso fácil aos componentes dabomba que estão dentro da carcaça, como o eixo e o rotor, de modo a que elespossam rapidamente ser reparados ou substituídos. A reparação ou substituiçãorápidos de componentes da bomba minimizam as perdas de vazão devido atempo ocioso da bomba.


A carcaça consiste de:

• o bocal de entrada• a voluta e• o bocal de descarga.

Figura 2 Carcaça de uma Bomba CentrífugaA carcaça da bomba consiste em um bocal deentrada, um bocal de descarga e a voluta. Acarcaça está dividida nas metades inferior esuperior, de modo a poderem ser separadasquando for necessário remover o eixo ou o rotor.As duas metades estão unidas por parafusos evedadas para que o líquido somente possa sairatravés do bocal de descarga.

BOCAL DE ENTRADAO bocal de entrada (também denominado bocal de sucção) é a porta atravésda qual o líquido entra na bomba. O duto que leva o líquido é ligado à bombaatravés de um flange de alta pressão. O líquido que entra na bomba recebeupressão ou altura manométrica das bombas à montante, sejam elas bombas delinha tronco ou outro tipo de estação de bombeamento, ou bomba booster emum terminal. A altura manométrica do líquido produz a força que empurra oliquido para dentro da bomba.

ROTORUma vez que o líquido entra na bomba através do bocal de entrada, ele passapara o rotor. Um rotor é um dispositivo giratório que usa a força centrífuga paraaumentar a velocidade do líquido que entra na bomba. O rotor e o eixo sobre oqual ele está montado formam a maior peça em movimento na bombacentrífuga, denominada elemento giratório. O rotor é constituído por umconjunto de pás presas a um eixo giratório. A base das pás, onde elas seprendem ao eixo, é denominada olho do rotor.



Conexão de Sucção

Conexão de Descarga

Voluta


O líquido entra no olho do rotor. As pásgiratórias do rotor fazem com que o líquidogire. À medida que ele gira, a força centrífugao empurra para fora, cada vez mais para longedo olho do rotor.

As pás do rotor mantém o líquido girando emtorno do olho do rotor a uma quantidadeconstante de rotações por segundo. Quantomaior a distância em relação ao ponto fixo derotação, mas rápido a substância se move se aquantidade de rotações por segundo permanecerconstante. Isto significa que à medida que olíquido se desloca para longe do olho do rotor,mais aumenta sua velocidade. Quando a forçacentrífuga empurra o líquido completamentepara longe das pás do rotor, o líquido está sedeslocando até a 70,0 m/s.

Figura 3 Um RotorO rotor é constituído de um grupo de pás montadas sobre o eixo da bomba.Quando o eixo gira, as pás do rotor presas ao eixo também giram, fazendo comque o líquido que está dentro da bomba gire em torno do olho do rotor. O líquidocontinua a girar com o rotor, sempre se deslocando para cada vez mais longe doolho do rotor devido à força centrífuga.

VOLUTAUma voluta é uma peça da carcaça em forma de chifre que transforma avelocidade do líquido em pressão. A voluta é uma passagem em forma de chifreque começa em um ponto inicialmente estreito de passagem denominado bordada voluta. Ela gradativamente fica mais larga à medida que gira aproxi-madamente 360° em torno do rotor, e depois se alarga até o seu orifício deabertura final. Depois de ser acelerado pelo rotor, o líquido passa pela volutaonde a velocidade do líquido é transformada em pressão.


Olho

Eixo

Pás de Impelidor

Capa

Aplicado-se uma força constante ao líquido que se desloca num duto:

• À medida que o diâmetro do duto aumenta, a velocidade do fluxo do líquidodiminui e a pressão do líquido aumenta.

• À medida que o diâmetro do duto diminui, a velocidade do fluxo de líquidoaumenta e a pressão do líquido diminui.

A área transversal da voluta aumenta gradativamente, de modo que avelocidade do líquido que passa pela voluta dimimui, enquanto que a pressãodo líquido aumenta. O líquido entra na voluta com uma velocidade alta epressão baixa, e sai da voluta com uma velocidade mais baixa (aproxi-madamente 2,0 m/s) e uma pressão mais alta.

Figura 4 Uma VolutaO diâmetro da voluta aumentagradativamente em direção aobocal de descarga. O líquidoentra na voluta a uma velocidadealta e pressão baixa. O líquido saida voluta e entra no oleoduto auma velocidade baixa e sob umapressão mais alta.

BOCAL DE DESCARGAO bocal de descarga é a porta através da qual o líquido sai da bomba. Umavez que o líquido passou por todo o comprimento da voluta, ele chega ao bocalde descarga. Uma duto acoplado ao bocal de descarga com um flange de altapressão leva o líquido à jusante.

Estudamos o percurso do líquido através da carcaça da bomba, e examinamoscomo o rotor e a voluta trabalham juntos para acrescentar pressão ao líquido.Agora vamos ver os outros componentes principais da bomba.



Sentido de Rotação

A Voluta Aumenta a Área da Seção Transversal na Direção da Descarga

Impelidor

Carcaça de Voluta Descarga


ANÉIS DE DESGASTEOs Anéis de desgaste são anéis de proteção removíveis do olho do rotor e dacarcaça adjacente que reduzem o vazamento da descarga do rotor de voltapara o olho. Os anéis de desgaste impedem que o líquido escape novamentepara o bocal de entrada. Os anéis de desgaste mantém uma selagem em tornodo rotor, de modo que o líquido que sai das pás do rotor se desloque somentepara a voluta de descarga. Quando os anéis de desgaste ficarem desgastados ese produzir um intervalo entre o corpo do rotor e a entrada da bomba, o líquidoescapa de volta para o bocal de entrada, reduzindo a desempenho da bomba. Osanéis de desgaste podem ser substituídos, de modo que quando a erosão e oatrito do líquido das partículas sólidas em suspensão gradativamente osdesgastem, eles possam ser substituídos ao invés de se ter que substituir o rotorou a carcaça inteiros.

Figura 5Anéis de desgasteOs anéis de desgaste reduzem o intervalo entre a passagem de entrada dacarcaça e a passagem de descarga da carcaça. Quando os anéis de desgasteficam muito gastos, eles são substituídos, de modo que o rotor inteiro não preciseser trocado. (Esta ilustração é de uma bomba do tipo sucção simples. Ela não éuma bomba típica de linha tronco, mas foi incluída aqui para mostrar claramentea localização dos anéis de desgaste).


Caixa da GaxetaGaxeta

Eixo

Luva do Eixo

Aleta ou Pá

CarcaçaOlho do Impelidor

Anel de Desgastedo Impelidor

Anel de Desgaste da Carcaça

Impelidor

Descarga

Sucção

EIXOO eixo é uma ligação física entre o motor e o rotor. O eixo da bomba ficapreso ao eixo do motor elétrico através de um acoplamento, para que a potênciapossa ser transferida do motor, pelo eixo, para o rotor. Quando o motor estáligado, o eixo do motor gira, assim como o eixo da bomba a ele conectado. Oeixo giratório da bomba faz rodar as pás do rotor, as quais aceleram o líquido eo forçam para dentro da voluta. O eixo é protegido contra o desgaste, a erosão ea corrosão pelas mangas removíveis do eixo.

Figura 6 EixoO eixo da bomba estáconectado por umacoplamento ao eixo domotor. A potência étransmitida do motoratravés do eixo para orotor da bomba.

MANCAISUm mancal é um apoio fixo de montagem que mantém o eixo giratório dabomba adequadamente alinhado com as partes fixas da bomba. Os mancaisajudam a manter o eixo da bomba girando e a evitar o movimento axial (deuma extremidade a outra) ou radial (de um lado para o outro) do rotor, de modoque o eixo e o rotor girem em uma posição fixa e se mantenhamadequadamente alinhados com os componentes fixos da bomba.

Os mancais de cada extremidade de uma bomba horizontal são designados pelasua localização como internos e externos. Os mancais internos estãolocalizados entre a carcaça e o aclopamentodo eixo. Os mancais externos estãolocalizados no lado oposto da carcaça, também denominado extremidade opostaao motor, com o mancal axial localizado na extremidade externa do eixo. A temperatura dos mancais deve ser mantida dentro dos limites próprios.



Eixo da Bomba

As bombas da linha tronco estão equipadas com duas mangas para mancaisradiais, cada um dentro da caixa do mancal, o qual funciona como sistema deapoio para os mancais. Os dois mancais de apoio retêm o elemento giratóriodentro de intervalos próximos dos elementos estacionários e absorve todas ascargas radiais durante a operação. A caixa do mancal também possui umconjunto de mancais de rolamento duplo denominado mancal axial. O mancalaxial absorve todas as cargas de empuxo axiais que não foram contrabalançadaspelo rotor.

Figura 7Mancal de Esfera e com Manga, Eixo AxialOs mancais ajudam a manter o eixo e o rotor da bombagirando sem ter movimentos axiais (de uma extremidadeà outra) ou radiais (de um lado para o outro), de modoque o eixo e o rotor girem em uma posição fixa e semantenham adequadamente alinhados com oscomponentes fixos da bomba.

A bomba possui um sistema de lubrificação para reduzir o atrito entre osmancais e o eixo. O óleo lubrificante circula nos mancais, depois é drenadopara uma camisa refrigerante. A lubrificação dos mancais é dada pelos anéis delubrificação, girando a aproximadamente 1/3 da velocidade do eixo. A camisarefrigerante usa o líquido do bocal de descarga da bomba para resfriar o óleolubrificante. O óleo lubrificante resfriado é coletado pelos anéis de lubrificaçãoe lançado nos mancais. O líquido usado para resfriar o óleo lubrificante édevolvido à bomba através do bocal de sucção.



Figura 8 Lubrificação e Resfriamento do Mancal O óleo lubrificante passa por cada mancal, e depois é resfriado em uma camisarefrigerante usando o líquido do bocal de descarga. O líquido usado para resfriar oóleo lubrificante circula novamente através da bomba.



Mancal de Rolamento e Resfriamento

Sucção

Descarga

Eixo


SÊLOS MECÂNICOSOs sêlos mecânicos são constituídos de um anel fixo em uma carcaça e de umanel giratório preso ao eixo, mantido firmemente preso por molas. O sêlo doeixo gira contra o sêlo da carcaça, enquanto ambos os sêlos são mantidas juntosatravés de molas. Os sêlos mecânicos evitam que o líquido vaze da cadaextremidade da carcaça de onde o eixo entra e sai.

Figura 9 Sêlos mecânicosOs sêlos mecânicos ficam em cada extremidade da bomba, de onde o eixo entrae sai da carcaça.


Mola

Sede Rotativa

Sede Estacionária

Disco

Selo O-Ring

O-Ring

Retentor

Sobreposta

Luva do Eixo

TUBULAÇÃO AUXILIARTodas as bombas grandes possuem pequenas tubulações auxiliares. Astubulações auxiliares são constituídas de uma série de pequenos tubos. Atubulação auxiliar é essencial para o funcionamento da bomba da linha tronco.A tubulação auxiliar inclui:• resfriamento do mancal • drenos de lubrificação do mancal• suspiro da carcaça• dreno da carcaça• drenos de vazamento do sêlo e• linhas do sistema de injeção da selagem.

A Figura 10 mostra algumas destas tubulações e suas conexões com a bomba.Todos os drenos que podem conter hidrocarbonetos devem ir ao depósito(SUMP).

Figura 10Tubulação AuxiliarPequenas tubulações sãonecessárias para ofuncionamento adequadode uma bonba grande delinha tronco.



Sucção

Descarga

Injeçao dos Selos

"Vent" da carcaça 3/4 NPS com engate rápido

Dreno do Mancal (Tip)

Conexão de Engate Rápido3/4 NPS

Mancal deRefrigeração

Dreno da Carcaça

Dreno 2 NPS inclinado para o dreno

Chave de Nível e Tambor do Líquido montado com a conexão de saída mais baixa que o topo do mancal

Válvula Gaveta com diâmetro de 9(3/8") na desc.

Dreno

Trap


A resfriamento do mancal é obtida passando um pequeno fluxo da descarga dabomba através de passagens de resfriamento na caixa do mancal e devolvendo-o dalí para a sucção da bomba. Uma pequena válvula de alívio de pressãoprotege a caixa do mancal de sobrepressão.

A lubricação do mancal normalmente é feita por um reservatório de óleo emcada mancal com anéis de controle de óleo colocados frouxamente em volta doeixo para distribuir o óleo. O óleo deve ser drenado periodicamente para fora etrocado, da mesma forma que o do motor de um carro. Isto é feito com a bombaparada, abrindo uma válvula de drenagem para o depósito de drenagem daestação.

O suspiro da carcaça permite que o ar ou o vapor sejam purgados da bomba epermite que os conteúdos de uma bomba bloqueada sejam drenados para forapara manutenção.

O dreno da carcaça, no ponto mais baixo da carcaça da bomba, permite que acarcaça da bomba seja drenada para fins de manutenção. Este dreno é levadopara o depósito, dependendo da pressão do vapor líquido presente no momento.

Os drenos do vazamento do sêlo carregam o material drenado de qualquerlíquido que estiver vazando dos sêlos mecânicos para o depósito.

As linhas do sistema de injeção na selagem levam pequenos fluxos do líquidodo produto da carcaça da bomba, através da caixa da selagem mecânica e devolta para a carcaça da bomba, para manter os sêlos frios e livres do acúmulode partículas sólidas.

RESUMO DO FLUXO TÍPICOPara resumir, vamos estudar o fluxo de um líquido através de uma bombatípica. O líquido entra no olho do rotor. O rotor giratório faz com que o líquidogire. À medida que o líquido gira, a força centrífuga empurra o líquido parafora, para longe do olho do rotor. À medida que o líquido passa para fora emdireção à ponta das pás do rotor, ele se move cada vez mais depresssa devidoao princípio da aceleração centrífuga.


Figura 11 A Voluta e o Rotor Funcionando juntos para Transformar a Velocidade em Altura Manométrica.

As forças centrífugas finalmente empurram o líquido para longe da ponta daspás do rotor, e o líquido entra na voluta a velocidades que atingem 70,0 m/s. Àmedida que o líquido passa pela voluta, o diâmetro crescente da voluta faz comque o líquido perca velocidade e ganhe pressão. Para manter a velocidade dolíquido constante à medida que o volume da voluta aumenta, a área entre aponta das pás do rotor e a parede da carcaça gradativamente aumenta a partir daborda da voluta para o bocal de descarga. O líquido sai da voluta a umavelocidade baixa, aproximadamente 2,0 m/s, e sob pressão alta. Este é ofuncionamento básico de todas as bombas centrífugas.



Trajetória Absoluta do Líquido

Sentido de Rotação

A Voluta Aumentaa Área de SeçãoTransversal naDireçao da Descarga

Impelidor

Carcaça da Voluta

Lingueta da Voluta

Seçao de Menor Velocidade e Maior Pressão



REVISÃO 1

1. Uma bomba centrífuga é um dispositivo que usa a força centrífugapara transformar ______ .

a) energia mecânica em pressão ou altura manométricab) energia mecânica em energia elétricac) pressão ou altura manométrica em energia mecânicad) pressão ou altura manométrica em energia elétrica

2. À medida que o diâmetro do duto aumenta ______ .

a) tanto a velocidade do líquido quanto a pressão aumentamb) tanto a velocidade do líquido quanto a pressão diminuemc) a velocidade do líquido aumenta enquanto a pressão diminuid) a velocidade do líquido diminui enquanto a pressão aumenta

3. Um dispositivo que usa a força centrífuga para aumentar avelocidade do líquido que entra na bomba é denominado ______ .

a) um bocal de descargab) uma volutac) um rotor d) um bocal de entrada

4. Para aumentar a velocidade do líquido, a bomba centrífuga usaambos ______ .

a) a força centrífuga e a aceleração centrífugab) a aceleração centrífuga e a implosãoc) a implosão e a força centrífugad) a implosão e a pressão

5. O dispositivo que transforma a velocidade do líquido em pressão oualtura manométrica é denominado ______.

a) bocal de descargab) volutac) rotord) bocal de entrada

?

6. A bomba centrífuga transforma a velocidade do líquido em pressãoou altura manométrica usando ______ .

a) um diâmetro decrescente através do qual o líquido fluib) um diâmetro crescente através do qual o líquido fluic) uma força centrífuga decrescented) uma força centrífuga crescente

7. Qual dos ítens abaixo descreve melhor o fluxo de líquido através deuma bomba?

a) O líquido entra no rotor, onde sua velocidade aumenta, depois entra navoluta, onde sua velocidade diminui e sua pressão aumenta.

b) O líquido entra na voluta, ganha pressão, depois entra no rotor, ondeperde pressão e ganha velocidade.

c) O líquido entra no rotor, ganha velocidade, depois entra na voluta, ondeganha ainda mais velocidade.

d) O líquido entra no rotor, ganha pressão, depois entra na voluta, ondeganha ainda mais pressão.

8. A câmara vedada que abriga toda a bomba e seus acessórios édenominada ______ .

a) volutab) rotorc) eixod) carcaça

9. As coberturas de proteção removíveis que reduzem o espaço entre orotor e a carcaça são denominadas ______ .

a) redutores de empuxo b) anéis de escorregamentoc) anéis de desgasted) acoplamentos



?


10. O (A) ________ e seus acessórios transferem energia mecânica domotor para o rotor.

a) rotor b) voluta c) admissão d) eixo

11. Os sêlos mecânicos impedem que o líquido ______ .

a) vaze para fora da bomba onde o eixo entra e sai da carcaçab) retorne do bocal de sucção c) recircule nas pontas das pás do rotor d) retorne para dentro do rotor vindo da voluta

12. Os apoios fixos de suporte que permitem que o eixo montado gire sãodenominados ______ .

a) sêlos mecânicosb) carcaçasc) mancaisd) eixos

13. As pequenas tubulações auxiliares estão conectadas às bombas dalinha tronco para _________.

a) resfriamento do mancal b) drenagem da lubrificação dos mancaisc) drenagem da carcaça d) linhas do sistema de injeção na selageme) todos os ítens acima

As respostas estão no final deste módulo.


?

SEÇÃO 2

BOMBAS CENTRÍFUGAS

OBJETIVOSApós ter concluído esta seção, você será capaz de:

• Saber a diferença entre bombas de um estágio e multi-estágio.• Reconhecer as conseqüências do empuxo axial sobre uma bomba centrífuga.• Identificar o papel dos anéis de desgaste.• Relacionar o empuxo axial ao rotor de sucção dupla.• Reconhecer os efeitos do empuxo radial sobre uma bomba centrífuga.• Relacionar o empuxo radial à carcaça com voluta dupla.

INTRODUÇÃOHá alguns recursos de projeto normalmente usados para classificar as bombascentrífugas:• a quantidade de estágios da bomba• eixo da bomba horizontal ou vertical

• rotor com sucção simples ou sucção dupla, e• voluta simples ou dupla.




BOMBAS DE UM ESTÁGIO E MULTI-ESTÁGIOUma bomba de um estágio possui um rotor e um estágio de pressurização. Istosignifica que o único rotor da bomba e a voluta aumentam a pressão do líquidoque entra na bomba em quantidade fixa. A bomba centrífuga que discutimos atéagora neste módulo é uma bomba de um estágio. Algumas bombas da linhatronco, porém, são bombas multi-estágio.

Figura 12Bomba de um Estágio Uma bomba multi-estágio é uma bomba que possui dois ou mais rotores montadosem um mesmo eixo, e uma quantidade igual de estágios de pressurização delíquido. Por exemplo, uma bomba de seis-estágios tem seis rotores e seis estágiosconsecutivos de pressurização.


Sucção

Carcaça Superior Impelidor Eixo

MancalRadial

Caixa do Mancal

Câmara de Sucção

Selo Mecânico

Anéis de Desgaste

Descarga

Carcaça Inferior

Mancal de Escora

Caixa do Mancal

As bombas multi-estágio às vezes são usadas porque elas produzem umdiferencial de head muito mais alto do que as bombas de um estágio e podemser colocadas em paralelo com um conjunto de bombas em série para aumentaro fluxo que passa pela estação. O diferencial de head é um aumento napressão do líquido entre a sucção e os bocais de descarga. Por exemplo, umabomba de um estágio pode receber líquido a 50 psi na válvula de admissão, edescarregar líquido a 150 psi. O diferencial de head da bomba é de 100 psi.Em uma bomba multi-estágio, porém, a bomba pode receber os mesmos 50 psino bocal de entrada, mas descarregar o líquido a 250 psi. Nesse caso a bombamulti-estágio possui um diferencial de head de 200 psi. Isto significa que umabomba multi-estágio pode produzir uma pressão de descarga do líquido muitomais alta sem elevar o head de sucção positivo líquido exigida pela bomba. Ohead de sucção positivo líquido será discutida detalhadamente na Seção 3 destemódulo.

Figura 13Bomba Multi-estágio



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Caixa de Gaxetas

Mancal Axial

Mancal Axial

Tubulação de Injeção nos SelosCaixa de Gaxetas

Mancal de Escora


BOMBAS VERTICAISAs bombas que examinamos até agora neste módulo são bombas centrífugashorizontais. Isto significa que o eixo do rotor gira horizontalmene na carcaça.Porém, há um segundo tipo de bomba centrífuga, denominado bombacentrífuga vertical. Em uma bomba centrífuga vertical, a unidade giratória dabomba é montada na posição vertical. As bombas centrífugas verticais não sãousadas como bombas para as linhas tronco. Ao invés disso, usa-se as bombasverticais como bombas booster para fornecer o head de sucção positivo líquidonecessário para as bombas da linha tronco dos terminais. Lembre-se de que olíquido precisa ser empurrado para dentro do bocal de entrada de uma bombada linha tronco. Na maioria dos casos, as bombas da linha tronco à montantefornecem a força necessária para empurrar o líquido para dentro do bocal deentrada da bomba. Em um terminal, porém, o líquido que entra nas bombas dalinha tronco não sofre nenhuma força aplicada pelas bombas à montante dasbombas da linha tronco. As bombas booster têm que fornecer pelo menos 345 kPa (cerca de 50 psi) de pressão de sucção na estação de bombeamento dalinha tronco.

BOMBAS VERTICAIS DO TIPO CANA maioria das bombas verticais do tipo can são multi-estágio, comumente comdois ou três estágios, chegando até seis estágios em algumas instalações. Nasbombas verticais do tipo can, o líquido entra através de uma válvula deentrada e começa a preencher o barril ou can de sucção. O líquido do fundodos barris de sucção passa através da campânula de sucção até o olho do rotor.O rotor aumenta a velocidade do líquido, e desloca o líquido para dentro davoluta. A voluta abre-se para cima à medida que passa em torno do rotor. Olíquido pressurizado depois sai da bomba através do bocal de descarga.

Uma vantagem significativa das bombas do tipo can é que a entrada de sucçãopara o rotor do primeiro-estágio pode ser instalada bem abaixo do nível do solo,enquanto que as conexões da tubulação que vai para os bocais de sucção edescarga ficam localizados acima do nível do solo. Quando elas retiram ocombustível dos tanques de armazenamento, o head de sucção positivo líquidopara a bomba pode ser obtida mesmo por níveis muito baixos de líquido nostanques.


Figura 14Uma Bomba do Tipo CanO líquido entra através do bocal deentrada e vai para o fundo dabomba. O líquido é depoisempurrado para o olho do primeirorotor. O líquido sai do primeiro rotore se desloca para cima para osegundo rotor. O segundo rotoracrescenta ainda mais pressão aolíquido e o líquido sai através dobocal de descarga.

BOMBAS VERTICAIS INLINE As bombas verticais inline são de um estágio com motores verticais, e os bocaisde sucção e descarga estão dispostos de modo que as carcaças das bombas podemser conectadas convenientemente a elas e apoiadas pela tubulação. O projeto dorotor deve ser de tal forma que o head de sucção positivo líquido necessária nãoexceda a faixa de 10 - 15 ft. A maioria das bombas inline são de alturamanométrica baixa e portanto de baixa potência (de 50 - 300 hp em comparaçãocom as bombas do tipo can de 500 - 1500 hp).



Motor

Selo Mecânico

Sucção Descarga

Impelidor

Eixo da Bomba

Mancal

Acoplamento


EMPUXO AXIALO empuxo axial é uma força exercida longitudinalmente ao longo do eixo dabomba e causada por forças de sucção e de descarga de intensidades diferentesque agem sobre o rotor. As pressões geradas por uma bomba centrífugaexercem forças tanto nas peças estacionárias como nas giratórias. Quando umapá do rotor gira, cria uma pressão de sucção próxima ao eixo e uma pressão dedescarga na ponta da pá. As pressões de sucção e descarga não são uniformes,conforme mostra a Figura 15.

Figura 15Empuxo axial O empuxo axial é uma força longitudinal ao longo do eixo da bomba e é causadapor forças de sucção e descarga de intensidades diferentes agindo sobre o rotor.O empuxo axial é a soma das forças desequilibradas do rotor que agem nadireção axial. O resultado é um jogo no final do eixo (na direção axial), tambémdenominado movimento de uma extremidade à outra do eixo. Este movimentopara a frente e para atrás danifica o rotor e o eixo.

O empuxo axial pode ser parcial ou completamente compensado pelo seguinte:

• rotores de sucção dupla e• arranjo dos rotores back-to-back para bombas multi-estágio.


Pressão de Simples Sucção

Pressão de Descarga

Pressão de Sucção





Impelidor de Dupla Sucção

ROTOR DE SUCÇÃO DUPLAUm rotor de sucção dupla equivale a dois rotores de sucção simples montadosback-to-back (Figura 16). As pressões de sucção e de descarga em torno de umrotor de sucção dupla são simétricas, portanto não há empuxo axial. Um rotorde sucção dupla equivale, de fato, a dois rotores de sucção simples em umamesma carcaça, dispostos back to back. A entrada do rotor imediatamente nafrente das pás é denominada olho de sucção. O centro é a parte central do rotor,a qual recebe o eixo da bomba.

Um rotor de sucção dupla controla o empuxo axial, mas não pode eliminarcompletamente o problema. Diversos fatores adicionais, como um fluxo nãouniforme para o rotor, um rotor ligeiramente fora de centro, um desgastedesigual dos anéis de desgaste podem ainda provocar um empuxo axial. Porém,o empuxo restante é provocado pelos mancais das bombas.

Figura 16Um Rotor de Sucção Dupla Um rotor de sucção dupla é constituído efetivamente por duas pás de rotor desucção simples montadas back-to-back.



Cubo Externo ou Cobertura Externa

Olho da Sucção

Borda ou Ponta da Aleta naSucção

Cubo do Impelidor

Capa

Diâm

etro

do

Cubo

Diâm

etro

do

Olho

Diâm

etro

do

Impe

lidor

Centro da Parede Divisora do Impelidor de Dupla Sucção

Borda ou Ponta da Aleta na Descarga

Aleta


ROTORES BACK-TO-BACKNas bombas multi-estágio, uma quantidade par de rotores de sucção simples édisposta de costas umas para as outras para reduzir o empuxo axial. Em umabomba de seis estágios, por exemplo, três rotores estão localizados com seusolhos de sucção voltados para a esquerda e três para a direita. O empuxo axialproduzido pelos rotores que estão voltados para a direita é compensado por umempuxo axial igual e oposto produzido pelos rotores voltados para a esquerda,conforme mostra a Figura 17.

Figura 17Rotores de costas um para o outro na Bomba Multi-EstágioNas bombas multi-estágio, uma quantidade igual de rotores de sucção simples estão dispostos de costas um para o outro para reduzir o empuxo axial. Oempuxo axial produzido pelos rotores voltados para a direita é compensado porum empuxo axial igual e oposto produzido pelos rotores voltados para a esquerda.As linhas coloridas indicam o percurso do fluxo à medida que o líquido é transferidode um rotor para o outro. Observe que o líquido descarregado de um rotor queestá voltado para a direita sempre flui para a sucção de outro rotor que estávoltado para a esquerda e vice-versa.


1 3 5 6 4 2

Sucção da Bomba

Descarga da Bomba

Descarga

Sucção

EMPUXO RADIALO empuxo radial é a pressão com diferente intensidade na voluta. Quandouma bomba de voluta simples está funcionando com um desempenho ótimo, aspressões do líquido dentro da voluta contra o rotor ficam equilibradas. Comcapacidades diferentes, as pressões em torno do rotor não estão equilibradas.Quanto mais a capacidade da bomba for reduzida, mais desiguais se tornam aspressões.

À medida que o líquido sai da pá do rotor e entra na voluta ele exerce poucapressão. O líquido perde a velocidade e se desloca através da voluta, criandomais pressão. O resultado é uma pressão desigual em torno do rotor.

Figura 18 Empuxo radialA mudança de forma da voluta faz com que as pressões dentro dela sejam diferentes.

Esta pressão desigual pode fazer com que haja um desgaste e danos ao eixo aosmancais e às pás do rotor. Para compensar o empuxo radial, as bombas daslinha tronco, em geral, usam uma voluta dupla.




VOLUTA DUPLAUma voluta dupla é constituída por duas volutas, que ficam a 180° em torno deum mesmo rotor, que se unem em um bocal de descarga comum. Uma volutadupla é também denominada voluta gêmea ou voluta dual. A voluta dupla criapressões equilibradas em torno do rotor, conforme mostra a Figura 19. Apressão é diferente em cada voluta, mas as diferenças de pressão das duasvolutas juntas são aproximadamente iguais e opostas. As pressões equilibradasevitam que o rotor e o eixo se desloque de um lado para o outro. O resultado éum desgaste menor dos mancais e do eixo.

Figura 19Uma Voluta duplaUma voluta dupla é constituída por duas volutas em sentidos opostos em torno deum única carcaça. As pressões equilibradas evitam que o rotor e o eixo tenhamum movimento radial. O resultado é um desgaste menor dos mancais.


SucçãoDescarga

Parede da Dupla Voluta

REVISÃO 2

1. O termo empuxo axial se refere à força ______ .

a) exercida na direção da rotação do eixo b) exercida longitudinalmente ao longo do eixo da bomba c) que leva o líquido para longe de um ponto de rotação fixod) ou pressão acrescentada ao líquido na bomba

2. Um rotor de sucção dupla é ______ .

a) dois rotores montados back-to-back sobre um eixo para equilibrar aspressões de sucção e de descarga

b) um pequeno rotor no bocal de entrada para aumentar a sucçãoc) uma série de dois ou mais rotores que aumentam a pressão do líquido

em estágiosd) um rotor muito grande que imprime uma velocidade duas vezes maior

ao líquido do que um rotor normal

3. Uma voluta dupla é ______ .

a) uma séries de duas ou mais volutas separadas que elevam a pressão emestágios em uma bomba multi-estágio

b) duas volutas no sentido oposto uma à outra em torno de um únicacarcaça da bomba para reduzir o empuxo radial

c) uma voluta que permite que o líquido flua em dois sentidosd) uma voluta muito grande que produz duas vezes mais pressão do que

uma voluta de tamanho normal

4. No que diz respeito às bombas, um “estágio” é definido como ______ .

a) dois rotores simples montados back to backb) um aumento da pressão devido à ação de um rotor c) um eixo giratório montado na posição verticald) a força medida no sentido longitudinal ao longo do eixo de uma bomba



?


5. Uma bomba com dois ou mais rotores montados sobre um mesmo eixo horizontal, com a mesma quantidade de câmaras de pressurização de líquido é denominadauma ______ .

a) bomba de can profundob) bomba duplac) bomba multi-estágio d) bomba diferencial

6. O aumento de pressão do líquido entre os bocais de sucção e dedescarga da bomba é denominado ______ .

a) pressão de descargab) head de sucção positivo líquido exigidac) pressão de sucção d) altura manométrica diferencial

7. As bombas com vários estágios são usadas ______ .

a) exclusivamente em paralelob) quando um estágio não é sujiciente para se obter a pressão desejadac) como boostersd) ao invés das válvulas de controle da pressão

8. O problema resolvido colocando os rotores da bomba de costas umpara o outro é denominado.

a) empuxo axialb) empuxo radialc) recirculaçãod) cavitação



?

SEÇÃO 3

CONSIDERAÇÕES SOBRE A OPERAÇÃOOBJETIVOSApós ter concluído esta seção, você será capaz de:• Reconhecer e aplicar as definições dos termos potência requerida, potência

hidráulica, desempenho, velocidade específica, vazão contínua mínima,cavitação, e head de sucção positivo líquido (NPSH).

• Reconhecer o efeito de cavitação dos componentes da bomba.• Reconhecer as causas das perdas na bomba e como reduzi-las.• Reconhecer os efeitos da descarga contra uma válvula fechada.

INTRODUÇÃOSurgem situações na operação das bombas centrífugas que podem serextremamente prejudiciais às bombas. A Seção 3 examina os comentário defuncionamento chaves para o operador do centro de controle, como:• potência requerida• potência hidráulica• desempenho• vazão contínua mínima• velocidade específica• cavitação• head de sucção positivo líquido (NPSH)• perdas na bomba e• os efeitos da descarga contra uma válvula fechada.




POTÊNCIA REQUERIDAA potência requerida é a potência que a bomba precisa para um conjuntodeterminado de condições de operação. A potência requerida é a potência que omotor precisa fornecer para que a bomba possa operar efetivamente.

POTÊNCIA HIDRÁULICAA potência hidráulica é a potência imposta ao fluido em um conjuntodeterminado de condições de operação. É a quantidade de energia cinética(velocidade) e de energia potencial (altura manométrica) que a bomba transferepara o líquido para superar as perdas devido à elevação e ao atrito do líquidoem um oleoduto. A potência hidráulica também pode ser vista como a potêncianecessária para que a bomba opere com 100% de desempenho.

DESEMPENHOO desempenho da bomba é a potência hidráulica dividida pela potênciarequerida. As bombas em um sistema são projetadas de tal forma que o pontode melhor desempenho da bomba ocorra na capacidade nominal da bomba. Acapacidade nominal é derivada da previsão anual dos volumes transportadosesperados do oleoduto para o ano corrente e para o futuro. O desejo de obterum desempenho máximo ou próximo deste não pode ser super-enfatizadoporque ela afeta muito o consumo de potência e o custo relativo dobombeamento, o qual é uma porção muito significativa das despesasoperacionais do oleoduto.

VAZÃO CONTÍNUA MÍNIMACada bomba centrífuga pode precisar que o líquido passe por ela a uma vazãocontínua mínima. O funcionamento de uma bomba centrífuga a uma vazãomais baixa do que sua vazão contínua mínima resultará em um excesso devibração, cavitação, acúmulo de calor, barulho, e talvez possa causar danos aoscomponentes da bomba.


VELOCIDADE ESPECÍFICA A velocidade específica é um valor que indica as características globais dedesempenho de uma bomba centrífuga e o estado geral do rotor. É expressa emum valor sem unidades. A velocidade específica leva em consideração ascaracterísticas da bomba abaixo relacionadas:

• velocidade da bomba • desempenho da bomba com vazão máxima, e • head por estágio da bomba.

No que se refere às bombas da linha tronco, a velocidade específica prefer-encial é entre 2000 e 2500. Bombas com velocidade específica mais altatendem a produzir empuxos radiais mais altos e recirculação interna, quandoestão funcionando fora do ponto de pico de desempenho. Isto resulta emexcesso de vibração, especialmente com vazões pequenas, as quais freqüen-temente são verificadas durante as operações em curso no oleoduto.

CAVITAÇÃOA Cavitação é a formação e posterior implosão, de pequenas bolhas em umlíquido. A cavitação acontece quando a pressão no oleoduto cai à pressão devapor do líquido que está sendo transferido. As bolhas de vapor se formam efluem juntamente com o líquido. As bolhas entram em colapso rapidamente(implodem) quando encontram uma pressão acima da pressão de vapor. Àmedida que as bolhas implodem, uma onda de choque emana de cada bolha quepode atingir pressões de 700,000 kPa. Se as bolhas implodirem dentro dabomba, ou próximas a uma parede sólida como a parede de um tubo ou de umaválvula, é dado um golpe pequeno e altamente concentrado. A cavitação podeprovocar:

• um rangido audível ou barulho de rachadura que pode chegar a setransformar em vibrações perigosas

• erosão e corrosão por pit das superfícies metálicas e• deterioração do desempenho da bomba.




A principal causa da cavitação de uma bomba centrífuga é a redução no head desucção. O rotor giratório de uma bomba centrifuga transfere o líquido paradentro do duto de descarga e pode acontecer uma pressão muito baixa naentrada da sucção. Se o head de sucção positivo líquido exigido por uma bombanão for mantido, o líquido no olho do rotor pode sofrer uma pressão abaixo dasua pressão de vapor. Quando a pressão cai abaixo da pressão de vapor dolíquido que está sendo bombeado, ocorre a cavitação.

Figura 20 Perda de Pressão entre o Bocal de Sucção e Borda da Pá do Rotor

HEAD DE SUCÇÃO POSITIVO LÍQUIDO(NPSH)Os líquidos não podem ser "aspirados" ou "puxados" para dentro do rotor deuma bomba centrífuga. Ao invés disso, os líquidos têm que ser empurradospara dentro do rotor por uma pressão ou altura manométrica positiva.

O head de sucção positivo líquido (NPSH) é a pressão que empurra o líquidopara dentro do bocal de sucção da bomba centrífuga. A entrada da bombadeve permitir que um fluxo suave de líquido penetre na bomba a uma pressãosuficientemente alta para evitar a criação das bolhas de vapor no líquido. Osoperadores devem manter a pressão de sucção na entrada da bomba bem acimada pressão sob a qual a vaporização ocorrerá devido à temperatura de operaçãodo líquido.


Perdas

Impelidor

EVITANDO A CAVITAÇÃOA cavitação pode ser evitada mantendo sempre a pressão de sucção mínimaacima do head de sucção positivo líquido (NPSH) requerida pela bomba. Ofabricante da bomba fornece o NPSH requerido por cada bomba. A cavitaçãopode ser corrigida pelo aumento da NPSH disponível na área afetada, seja apartir de uma fonte à montante, ou mantendo a pressão usando uma válvula decontrole de pressão (PCV). Em um terminal, as bombas booster fornecem oNPSH necessário para as bombas da linha tronco.

O NPSH exigido por uma bomba aumenta à medida que o fluxo que passa pelabomba aumenta, precisando que a pressão de sucção seja mantida acima doNPSH requerido sempre.

Figura 21A cavitação no RotorSe a pressão cair abaixo da pressão de vapor do líquido, formam-se bolhas devapor (A). À medida que a mistura de líquido e bolhas continua a passar pelabomba, a pressão aumenta e as bolhas entram em colapso (B). Os efeitos dacavitação incluem barulho e vibração, danos na bomba como corrosão por pit dorotor e queda do desempenho da bomba.



– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – –Fluxo do Líquido

A

B

AB

Impelidor

Eixo



PERDAS NA BOMBAAs perdas nas bombas centrífugas podem provocar uma queda considerável dodesempenho de uma unidade, fazendo com que ela difira daquele previsto pelascurvas do fabricante. Se o NPSH estiver no nível adequado e a bomba aindaestiver sofrendo cavitação, ou tiver dificuldade para manter um desempenhoaceitável, aqui estão algumas dicas sobre o que verificar. As perdas da bombapodem ser classificadas em:• recirculação no rotor (perdas hidráulicas)• recirculação nos anéis de desgaste (perdas por vazamento)• perdas por atrito do rotor e• perdas mecânicas.

RECIRCULAÇÃOA recirculação em uma bomba centrífuga é a inversão do fluxo do líquido norotor. Quando ocorre recirculação na ponta da descarga do rotor, a bombageralmente apresenta uma ou mais das seguintes características:• cavitação na parte superior (mais distante do olho) da pá do rotor • movimento axial do eixo com ou sem danos ao mancal axial• rachadura ou defeito no corpo do rotor na descarga do rotor• defeitos no eixo na extremidade externa nas bombas de sucção dupla e nas

multi-estágio • danos de cavitação na borda da voluta ou pás difusoras da carcaça.Quando ocorre a recirculação no olho do rotor (recirculação de sucção) abomba geralmente apresenta uma ou mais das características abaixo:• sinais de cavitação no lado de pressão das pás na entrada• barulho de rachadura aleatório na sucção, em contraste com o barulho de

rachadura constante associado ao NPSH inadequado e • surtos na sucção.

Quando o fluxo é reduzido e fica abaixo da melhor faixa de desempenho da bomba centrífuga, a recirculação interna tanto na sucção quanto na àrea de descarga podem ocorrer e causar danos ao rotor. A recirculação internaprovoca uma queda significativa das pressões, a qual por sua vez causa a umacavitação séria.

Figura 22 Recirculação nas extremidades da Entrada e da Descarga das Pás do RotorA recirculação da sucção pode causar danos de cavitação no rotor. A recirculação na descarga pode causar danos de cavitação no rotor,rachamento do corpo do rotor, defeitos no eixo, movimento axial do eixo e danos no mancal.

A recirculação também pode ser causada por anéis de desgaste desgastados, quejá não mantêm folgas pequenas quando a passagem da sucção da carcaçacircunda o rotor. Sem estas folgas pequenas, a pressão produzida pelo rotorescapa de volta para a área de pressão mais baixa no lado da entrada. Os anéisde desgaste tanto da carcaça quanto do centro do rotor constituem uma formade manter e renovar estas pequenas folgas. Porém, se os anéis de desgasteficarem muito desgastados, estas pequenas folgas não são mantidas eacontecerá a recirculação.




Também ocorrem perdas por vazamento:• entre dois estágios adjacentes em bombas multi-estágio, e• através de várias buchas de sangria.

As perdas hidráulicas são provocadas pelo atrito entre o líquido e as superfíciesda bomba. Isto é conhecido como atrito superficial e ocorre quando asuperfície da pá do rotor é áspera. O atrito superficial é semelhante às perdasdo fluxo hidráulico do próprio oleoduto e depende da aspereza das superfíciesinternas da bomba e da viscosidade do líquido. As correntes não constantesdenominadas correntes parasitas provocam mudanças no sentido do fluxo naentrada e na saída do rotor.

Figura 23 Perdas da Bomba Nas bombas sucção dupla de um estágio, a recirculação é também causada peloprojeto da carcaça, porque o líquido se divide em duas correntes diferenes edepois muda de sentido ao entrar em cada olho de sucção do rotor. Essas perdaspodem ser reduzidas parcialmente por um acabamento mais liso das superfícies dointerior do rotor e da carcaça da voluta.


Retorno do Líquido Vazado

Recirculaçãode Sucção

Recirculação no EspaçoMorto da Parede Lateral

Voluta

Lingueta do Espaço Morto

Recirculação de Descarga

Anel de Desgaste da Carcaça

Anel de Desgaste do Impelidor

Olho do Impelidor Impelidor(Dupla Sucção)

PERDAS POR ATRITO DO DISCOO atrito do disco do rotor resulta das superfícies mais externas do rotorgiratório estando em atrito com o fluito circundante. O corpo do rotor estáarrastando o líquido que os cerca devido à viscosidade. O atrito do disco dorotor provoca geralmente uma perda maior do que a de um vazamento. O atritodo disco permanece constante, mas abaixo de 2500 de velocidade específica, amaior perda da bomba se dá devido ao atrito do disco. É importante salientarque um dos motivos principais do aumento do consumo da bomba é o atrito dodisco adicional associado ao bombeamento de um óleo mais pesado e de maiorviscosidade. O aumento da velocidade da bomba e do diâmetro do rotor, ou dointervalo entre o rotor e a carcaça, aumentam as perdas por atrito do disco.Diminuir a aspereza das superfícies internas da carcaça da bomba e assuperfícies externas do rotor minimiza esta perda.

PERDAS MECÂNICASAs perdas devido ao atrito dos mancais e outros pontos de contato domovimento de rotação são considerdas perdas mecânicas. Uma bomba que temmanutenção adequada apresenta perdas pequenas deste tipo. A selagem domancal e do sêlo mecânico, o desalinhamento do eixo, materiais estranhos nosmancais, ou o uso de um óleo lubrificante pobre ou com o grau impróprio,podem contribuir para o atrito que causa perdas mecânicas.

DESCARGAS CONTRA UMA VÁLVULA FECHADASe for permitido a uma bomba centrífuga bombear um líquido contra umaválvula fechada, a transferência de energia do líquido provoca um superaquec-imento sério na bomba. O período de tempo disponível antes que a bomba sesuperaqueça e pare depende do tipo e do volume de líquido que estiver sendobombeado contra a válvula fechada. Não se deve bombear contra uma válvulacompletamente fechada.




REVISÃO 3

1. O termo cavitação se refere ______ .

a) a formação, e posterior a implosão, de pequenas bolhas em um líquidob) a formação de sedimentos dentro da carcaça da bomba c) ao movimento de uma extremidade à outra do eixo da bombad) ao movimento de uma extremidade à outra da pá do rotor

2. A cavitação é causada em uma bomba por ______ .

a) muito head de sucção positivo líquidob) pouco head de sucção positivo líquidoc) a presença de sedimentos no líquido que está sendo bombeadod) um superaquecimento dos mancais da bomba

3. A pressão que força o líquido para dentro do bocal de sucção édenominada ______ .

a) força centrífugab) empuxo axialc) head positivo de descarga líquidad) head de sucção positivo líquido

4. Para evitar a cavitação em bombas centrífugas você deve mantersempre o head de sucção positivo líquido ______ .

a) abaixo do nível exigido pela bombab) acima do nível exigido pela bombac) no mesmo nível para cada bombad) igual à pressão de descarga da bomba

5. A inversão do fluxo do líquido no rotor é denominada ______ .

a) cavitaçãob) head de sucção positivo líquidoc) recirculaçãod) movimento centrífugo


?

6. Da lista abaixo, escolha duas causas comuns da recirculação.

1) Os anéis de desgaste do rotor e da carcaça ficaram muito desgastados.2) O head de sucção positivo líquido é muito baixo.3) O superaquecimento dos mancais.4) O fluxo é reduzido abaixo da faixa de melhor desempenho da bomba.5) O rotor gira muito rápido.

a) 2 e 4b) 1 e 5c) 1 e 4d) 3 e 5

7. Uma boa dica para o funcionamento das bombas centrífugas é _____ .

a) “sempre fazer a bomba funcionar contra uma válvula fechada paraassegurar que o líquido esteja morno quando entra no oleoduto”

b) “somente fazer a bomba funcionar contra uma válvula fechada senecessário”

c) “nunca fazer a bomba funcionar contra uma válvula fechada”d) “não importa se a bomba funcionar contra uma válvula fechada”




?


RESUMOSEÇÃO 1 – COMPONTENTES DA BOMBACENTRÍFUGA• Uma bomba centrífuga é um dispositivo mecânico que usa a força centrífuga

para transformar energia mecânica em pressão ou altura manométrica.• Um rotor é um componente da bomba que usa a força centrífuga para

aumentar a velocidade do líquido que entra na bomba. O rotor aumenta avelocidade do líquido fazendo-o girar em torno do eixo. À medida que olíquido gira, ele se move para fora do seu eixo e aumenta de velocidade.

• Uma voluta é um carcaça especial em torno do rotor que transforma avelocidade do líquido em pressão. A área transversal da voluta gradati-vamente aumenta, de modo que a velocidade do líquido que se deslocaatravés da voluta diminui, enquanto a pressão do líquido aumenta.

• A carcaça é uma câmara vedada que abriga a bomba inteira.• Os anéis de desgaste são anéis protetores removíveis do rotor e da carcaça

que reduzem o espaço entre o bocal de sucção e o corpo do rotor.• O eixo é a ligação física entre o motor elétrico e o rotor.• Os sêlos mecânicos são constituídos de um anel de selagem preso a uma

carcaça e um anel giratório igual preso ao eixo. Estes sêlos são mantidos emcontato através de molas.

• Um mancal fica apoiado em um apoio de montagem fixo e permite que oeixo gire. Os mancais mantém o eixo da bomba girando e o evitam que orotor faça movimentos axiais (de uma extremidade à outra) ou radiais (de umlado para o outro), de modo que o eixo e o rotor girem em uma posiçãocentral fixa.

• O líquido entra no olho do rotor a uma velocidade baixa e com baixa pressão.O rotor faz o líquido girar, para que a força centrífuga e a aceleraçãocentrífuga aumentem a velocidade do líquido. O líquido depois passa para avoluta, onde o diâmetro crescente da mesma transforma a velocidade dolíquido em pressão.


SEÇÃO 2 – BOMBA CENTRÍFUGAS• O empuxo axial é uma força exercida longitudinalmente ao longo do eixo da

bomba e é causada por forças de sucção e pela descarga de pressão comintensidades diferentes agindo sobre o rotor. O empuxo axial pode danificaro eixo e possivelmente o rotor.

• Um rotor de sucção dupla equivale a dois rotores de sucção simplesmontados back-to-back sobre um eixo.

• O empuxo radial é uma pressão desigual dentro da voluta.• Uma voluta dupla é constituída por duas volutas a 180° uma da outra em

sentidos opostos (em torno de um mesmo rotor), que se juntam em um bocalde descarga comum.

• Uma bomba multi-estágio é uma bomba que tem mais de um rotor montadosobre um mesmo eixo dentro do mesma carcaça.

SEÇÃO 3 - CONSIDERAÇÕES SOBRE A OPERAÇÃO• A cavitação é a formação, e posterior implosão, de pequenas bolhas em um

líquido.• O head de sucção positivo líquido (NPSH) é a pressão que empurra o líquido

para dentro do bocal de sucção de uma bomba centrífuga. Os operadoresdevem manter o NPSH acima da pressão de vapor de um líquido para evitar acavitação.

• A recirculação é a inversão do fluxo do líquido no rotor.




GLOSSÁRIO

aceleração centrífuga a variação de velocidade quando um objeto gira emtorno de um ponto fixo giratório e se desloca paraperto ou para longe do ponto fixo. (p. 51)

anéis de desgaste anéis protetores removíveis sobre o rotor e a carcaça que reduzem a folga entre o bocal de sucçãoe o rotor. (p. 8)

atrito do disco do rotor resulta das superfícies externas do rotor estarem ematrito com o fluido circundante. (p. 39)

bocal de descarga é a porta através da qual o líquido sai da bomba. (p. 7)

bocal de entrada também denominado bocal de sucção, é a portaatravés da qual o líquido entra na bomba. (p. 5)

bomba centrífuga um dispositivo mecânico que usa a força centrífugae a voluta para transformar energia mecânica empressão ou altura manométrica. (p. 4)

bomba de um estágio tem um rotor e um estágio de pressurização. (p. 20)

bomba multi-estágio é uma bomba que possui dois ou mais rotoresmontados sobre o mesmo eixo, e uma quantidadeigual de estágios de pressurização do líquido. (p. 20)

bomba a unidade giratória da bomba é montada na posiçãocentrífuga vertical vertical. (p. 22)

bombas verticais uma bomba booster onde o líquido entra através dedo tipo can uma válvula de entrada e começa a encher o barril ou

can. (p. 22)

bombas verticais do são bombas verticais de um estágio com motorestipo inline verticais, e bocais de sucção e de descarga dispostos

de modo a que as carcaças da bomba possam estarconvenientemente conectadas entre si e apoiadas pelatubulação. (p. 23)


carcaça uma câmara vedada que abriga a bomba inteira. (p. 4)

cavitação a formação, e posterior implosão, de pequenas bolhas em um líquido. (p. 33)

diferencial de head é o aumento na pressão do líquido entre os bocais desucção e descarga da bomba. (p. 21)

eixo a ligação física entre o motor e o rotor. (p. 9)

empuxo axial uma força exercida longitudionalmente ao longo do eixo da bomba. (p. 24)

empuxo radial força lateral no rotor e no eixo, resultando em umapressão desigual na voluta. (p. 27)

força centrífuga se refere à força de inércia que faz com que umobjeto em movimento de rotação se desloque parafora do seu centro de rotação. (p. 3 e 47)

força centrípeta puxa ou empurra um objeto em direção ao centro deum percurso circular. (p. 48)

head de sucção positiva a pressão que empurra o líquido para dentro do bocallíquido (NPSH) de sucção de uma bomba centrífuga. (p. 34)

inércia a força que evita que um corpo parado se mova e queevita que um corpo em movimento mude develocidade ou direção. (p. 47)

mancal um suporte fixo que permite que um eixo montadopossa girar. (p. 9)

recirculação a inversão parcial do fluxo de líquido no rotor. (p. 36)

rotor é constituído de um conjunto de pás presas a um eixogiratório. A base das pás, onde elas se prendem aoeixo, é denominada olho do rotor. O líquido entra pelo olho do rotor. (p. 5)




rotor de sucção dupla dois rotores de sucção simples colocados back-to-back como uma unidade única. (p. 25)

sêlo mecânico um anel de selagem fixo na carcaça da bomba e um segundo anel giratório preso ao eixo, mantidos firmemente juntos com molas, de modo queo líquido não possa migrar ao longo do eixo e escapar. (p. 12)

tubulação auxiliar é constituída de uma série de pequenos tubos, sendoessencial para a operação da bomba da linha tronco. (p. 13)

velocidade específica é um valor que indica as características globais de desempenho de uma bomba centrífuga. (p. 33)

voluta um carcaça especial em torno do rotor o qualtransforma a velocidade do líquido em pressão. (p. 5)

voluta dupla Duas volutas em sentido oposto uma à outra emtorno de um mesmo rotor, que se unem em um bocalde descarga comum. (p. 28)


APÊNDICE A

FORÇA CENTRÍPETA E FORÇA CENTRÍFUGAO termo força centrífuga se refere à força inercial que faz com que um objetogirando se desloque para fora do seu centro de rotação. Vejamos primeiro ainércia para verificar como a força centrífuga atua. Isaac Newton descobriu aseguinte propriedade física: um corpo em movimento se desloca em linhareta a menos que uma força o faça mudar de direção.

Imagine, por exemplo, uma bola rolando pela calçada e se aproximando daesquina. Quando a bola chegar à esquina ela não virará automaticamente. Uma força precisa ser aplicada para fazê-la mudar de direção e fazer a curva daesquina. Se nenhuma força for aplicada, a bola continuará se deslocando emlinha reta e não virará na esquina. A força que mantém a bola em movimentoem linha reta é denominada inércia.

Agora imagine que a bola tem que virar em várias esquinas. A bola ainda estará se deslocando em linha reta a menos queuma força seja aplicada para mudar sua direção. A cada vez quea bola chega a uma esquina, uma nova força tem que seraplicada para mudar a direção da bola e fazê-la virar a esquina.Se uma nova força não for aplicada, a bola continuará a sedeslocar em linha reta sem virar na esquina.

Figura A-1 A Inércia de uma Bola em MovimentoQuando um objeto, uma bola por exemplo, está se deslocando,ele continua a se deslocar em uma linha reta a menos que umaforça aja sobre ele. A força que mantém a bola se deslocandoem linha reta é denominada inércia. Quando uma força, comoum chute por exemplo, é aplicada a bola muda de direção.



Força Aplicada

Trajetória da Bola Se Nenhuma Força

For Aplicada


Figura A-2 A Inércia e Várias EsquinasA cada vez que a bola chega a uma esquina uma nova força precisa seraplicada para mudar a direção da bola.

Agora imagine que a bola está se deslocando em um círculo em torno de umponto fixo. A bola ainda se moverá em linha reta a menos que seja aplicadauma força que mude sua direção. Deslocar-se em um círculo é como virar aesquina constantemente, portanto uma força tem que ser aplicada constan-temente na bola para mantê-la mudando de direção constantemente. A força que aplicamos para manter a bola mudando constantemente de direçãoé denominada força centrípeta. A força centrípeta puxa ou empurra a bola emdireção ao centro de um percurso circular.

Quando uma força externa não é aplicada, a bola passa a se deslocar novamenteem linha reta devido à inércia. A bola se desloca para longe do ponto fixo.


Força Aplicada

Força Aplicada

Força Aplicada

Força Aplicada

Força Aplicada

Força Aplicada

Trajetória da Bola SeNenhuma Força

For Aplicada


For Aplicada


For Aplicada


For Aplicada


For Aplicada


For Aplicada

Um bom exemplo de força centrífuga é o esporte olímpico denominado"arremeço do martelo". Neste evento o atleta gira enquanto segura uma bolapresa a uma corrente e depois solta a corrente para que a bola voe para longedo atleta. Aquele que fizer a bola ir mais longe ganha. A corrente presa à bolaaplica uma força centrípeta à bola e mantém a bola constantemente mudando dedireção e se movendo em um círculo. Quando o atleta solta a corrente, a forçacentrífuga faz com que ela voe para longe do atleta, que é o ponto fixo derotação.

Figura A-3 A Força Centrífuga da BolaUm objeto sempre tende a se deslocar em uma linha reta. Para deslocar umobjeto, como uma bola em um círculo é preciso uma força que mude a direçãoagindo constantemente sobre a bola. Se em algum momento a força que agesobre a bola for removida, a bola passará a se deslocar em uma linha reta parafora do centro de sua rotação. A força que faz com que a bola se desloque emuma linha reta para fora de um ponto fixo de rotação é denominada forçacentrífuga.



Força Aplicada

Força Aplicada

Força Aplicada

Força Aplicada

Força Aplicada

Força Aplicada


Figura A-4 Força Centrífuga e Arremeço do MarteloEm um arremeço de martelo, o atleta gira umacorrente presa a uma bola. Quando o atleta soltaa corrente a força centrífuga da bola faz comque ela voe para fora do centro de rotação.

Os líquidos, da mesma forma que a bola do nosso exemplo, se deslocam emuma direção a menos que outra força aja sobre eles. Se um líquido estiverfluindo em torno de um ponto fixo ele tenderá a se deslocar para fora do pontofixo devido à força centrífuga.

O líquido que entra uma bomba centrífuga gira em torno de um ponto fixo, e se desloca para fora do ponto fixo de rotação. Seção 2 - Uma Bomba Simplesexamina como isto é feito.


A

B

Ponto Fixo de Rotação

Ponto Fixo de Rotação

ACELERAÇÃO CENTRÍFUGAA Aceleração centrífuga é a variação da velocidade quando um objeto queesteja girando em torno de um ponto fixo se desloca para perto ou para longede um ponto fixo. Por exemplo, imagine um atleta no“arremeço do martelo” segurando a corrente no meio,conforme mostra a Figura A-4. Agora digamos que oatleta sempre mantenha a bola girando em torno delea 1 rotação por segundo. A velocidade da bola éigual à distância que a bola percorre dividida pelotempo que a bola leva para percorrê-la. A bola estáandando em um círculo, de modo que a distância queela percorre em um segundo é o percurso da bola emtorno do círculo todo, ou a circunferência. Digamosque a circunferência deste percurso da bola seja de 1metro. Isto significa que a bola anda 1 metro a cadasegundo, portanto a velocidade da bola é de 1,0 m/s.

Agora imagine que o atleta gradativamente solta acorrente, porém mantém a bola se movendo a 1 rotação por segundo. À medida que a bola sedesloca para mais longe do ponto fixo de rotação, adistância do percurso da bola, ou circumferência, ficacada vez maior. Digamos que a circunferência dopercurso da bola aumente para 3,0m. O atletamantém a bola se movendo a 1 rotação por segundo,portanto a velocidade da bola é agora de 3,0 m/s. A bola acelerou sua velocidade original de 1,0 m/spara 3,0 m/s se movendo para mais longe do pontofixo de rotação.

Figura A-5 Velocidade Rotacional CrescenteA bola se desloca a uma quantidade constante derotações por segundo. À medida que a bola sedesloca para longe do ponto fixo de rotação elaavança mais a cada rotação. Isto significa que a bolaagora vai mais longe no mesmo intervalo de tempo,portanto a velocidade da bola é maior.



Circunferência = 1 m

Circunferência = 3 m

A

B

1 m

3 m


Em uma bomba centrífuga, o líquido entra no centro ou olho de um conjunto depás giratórias denominado rotor. Um motor preso por um eixo faz o rotor girar.Imagine que o motor é o atleta do nosso exemplo do arremeço do martelo. O motor mantém o rotor girando a uma quantidade constante de rotações porsegundo. O rotor alimentado pelo motor faz o líquido que entra na bomba, damesma forma que a corrente movida pelo atleta faz a bola girar no arremeço domartelo. O líquido que entra na bomba chega ao centro ou olho do rotor a umavelocidade baixa. As pás giratórias do rotor fazem com que o líquido tambémgire em torno do olho do rotor. À medida que o líquido gira, a força centrífugafaz com que o líquido se desloque para longe do olho do rotor. O rotor mentémo líquido girando em torno do olho do rotor a uma quantidade constante derotações por segundo. Porém, à medida que o líquido se desloca para maislonge do olho do rotor, ele faz um percurso ou circunferência mais longa a cadarotação. Em outras palavras, a velocidade do líquido aumenta à medida que elese desloca para longe do olho do rotor. O aumento da velocidade do líquido àmedida que ele se desloca para longe do olho do rotor é denominado aceleraçãocentrífuga. A velocidade do líquido pode chegar a 70,0 m/s à medida que ele sedesloca a partir da ponta da pá do rotor.


REVISÃO 11. a

2. d

3. c

4. a

5. b

6. b

7. a

8. d

9. c

10. d

11. a

12. c

13. e

REVISÃO 21. b

2. a

3. b

4. b

5. c

6. d

7. b

8. a

REVISÃO 31. a

2. b

3. d

4. b

5. c

6. c

7. c



RESPOSTAS

Apostila - Operação de bombas

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