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EQUIPAMENTOS ROTATIVOS
1 – INTRODUÇÃO
O objetivo da presente apostila é prestar informações mínimas, a nível técnico, sobre os principais equipamentos rotativos utilizados na indústria de petróleo e petroquímica. Para cada um dos tipos de equipamentos aqui abordados os seguintes tópicos principais são alvo de preocupação e interesse :
- princípio de funcionamento
- partes integrantes e suas funções
- (^) falhas mais comuns
Aspectos termodinâmicos ou hidrodinâmicos foram propositadamente omitidos. A apostila aborda aspectos práticos com ênfase em falhas ou danos mais comumente detectados.
2 – VISÃO GERAL
O esquema abaixo dá uma visão ampla dos equipamentos rotativos existentes e mostra aqueles que serão mais fortemente abordados neste trabalho (sublinhados).
3 – BOMBAS
3.1 – DEFINIÇÃO
Podemos definir as bombas como sendo máquinas operatrizes hidráulicas que entregam energia a uma massa líquida com a finalidade de transportá-la de um ponto a outro atendendo a certas condições de processo. As bombas recebem energia em seu eixo de uma fonte externa e entregam parte desta energia ao líquido que circula em seu interior sob forma de energia cinética, energia de pressão ou ambas. A relação entre a energia entregue a bomba e a energia cedida ao fluído recebe o nome de
rendimento da bomba.
3.2 – CLASSIFICAÇÃO GERAL DAS BOMBAS
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CARACTERÍSTICAS
- Como as de engrenagens são bastante usadas para fluídos viscosos, até 100.000.000 SSU;
- Podem operar em rotações maiores que as bombas de engrenagens, até 3500 rpm;
- Consequentemente possuem vazões maiores do que as de engrenagens, até 910 m³/h;
- Pressão máxima na ordem de 3000 psi (210,97 Kgf/cm²).
CARACTERÍSTICAS
- É o tipo mais usado de bomba volumétrica;
- É ideal para produtos viscosos;
- Vazões até aproximadamente 200 m³/h;
- Pressões de até 400 psig (28,13Kgf/cm²);
- É capaz de operar com fluídos de até 5.000.000 SSU;
- Rotações de até 1800 rpm;
- Eficiências podem chegar a 95%.
CARACTERÍSTICAS
- Vazões de até 10 gpm aproximadamente;
- Fluído bombeado não contamina o meio e não vaza;
- Limites de pressão de descarga e de temperatura do fluido definidos pelo material do diafragma.
CARACTERÍSTICAS
- Palhetas sujeitas ao desgaste;
- (^) Não é recomendável p/ fluídos com baixa propriedade lubrificante;
- Vazões de até 375 gpm (85 m³/h);
- Limite de viscosidade da ordem de 100.000 SSU;
- Diferença de pressão usual de até 50 psi (3,51 Kgf/cm²).
CARACTERÍSTICAS
- Baixa vazão e alta pressão;
- (^) Vazão pulsante;
- Vazões usuais de até 4 m³/h;
- Pressões máximas de 7500 a 10.000 psi (530 / 700 Kgf/cm²).
PERGUNTA 1: Qual a diferença entre bomba de êmbolo e pistão?
3.3 – COMPARAÇÃO ENTRE BOMBAS DE DESLOCAMENTO POSITIVO
E TURBO BOMBAS
VOLUMÉTRICAS (DESLOC. POSITIVO) TURBOBOMBAS
SÃO AUTO-ESCORVANTES PRECISAM ESTAR CHEIAS DE LÍQUIDO
CURSO : EQUIPAMENTOS ROTATIVOS 2
O rendimento sintetiza em outras palavras a parcela de energia que é efetivamente entregue ao fluido. Um rendimento de, por exemplo 75%, significa dizer que 25% da energia que foi entregue no eixo desta bomba foi perdida. São as seguintes as perdas que ocorrem em uma bomba centrífuga quando o impelidor entrega energia ao fluído que circula no seu interior.
- atrito interno ;
- choques e turbulência;
- recirculação;
- perdas mecânicas (mancais, sistema de vedação).
Obs.:
PERGUNTA 2: De que depende o “head”? Como podemos medí-lo em
uma bomba em operação?
3.6 – CURVA DO SISTEMA
hfn = perdas por fricção (atrito)
ou
PERGUNTA 3: Do que dependem as perdas de carga em um sistema de
bombeamento?
PERGUNTA 4: Qual fator na fórmula da página anterior se altera se
estrangularmos um pouco a válvula de sucção?
3.7 - PONTO DE TRABALHO
CURSO : EQUIPAMENTOS ROTATIVOS 4
PERGUNTA 5: Quais das curvas acima dependem do fluído de trabalho?
PERGUNTA 6: Quais destas curvas são da bomba?
PERGUNTA 7: Por quê elas são diferentes das curvas apresentadas na
pág. 7?
3.8 – FATORES QUE MODIFICAM AS CURVAS DO SISTEMA
3.8.1 – NATUREZA DO LÍQUIDO BOMBEADO ( )
3.8.2 – TEMPERATURA DO LÍQUIDO BOMBEADO ( )
3.8.3 – NÍVEL DE LÍQUIDO NOS RESER. DE SUCÇÃO E DESCARGA ( )
3.8.4 – PRESSÃO DOS RESERVATÓRIOS DE SUCÇÃO E DESCARGA
3.8.5 – ALTERAÇÕES NAS TUBULAÇÕES DE SUCÇÃO E DESCARGA
3.9 – FATORES QUE MODIFICAM AS CURVAS CARACTERÍSTICAS
3.9.1 – ROTAÇÃO DA BOMBA
CURSO : EQUIPAMENTOS ROTATIVOS 5
PERGUNTA 12: Qual a diferença teórica entre aumentar o diâmetro do
impelidor em 10% e aumentar a rotação em 10%? E prática?
3.10.3 – RECIRCULAÇÃO
PERGUNTA 13: Em que situação a recirculação é uma boa alternativa
como controle de capacidade?
3.11 – CAVITAÇÃO
3.11.1 – DEFINIÇÃO DE PRESSÃO DE VAPOR
Pressão de vapor de um produto para uma dada temperatura é a pressão acima da qual temos fase líquida e abaixo dela fase vapor.
PERGUNTA 14: Qual a maneira mais usual de provocarmos a mudança
de fase de um líquido?
3.11.2 – DESCRIÇÃO
3.11.3 – CONSEQUÊNCIAS
3.11.3.1 – Barulho e vibração
3.11.3.2 – Alteração das curvas características
3.11.3.3.- Danificação do material
3.11.4 – NPSHd e NPSHr
PERGUNTA 15: O QUE É NPSHd?
PERGUNTA 16: O que é NPSHr?
3.11.5 – FATORES QUE MODIFICAM O NPSHd
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3.11.5.1 – Altura estática de sucção
3.11.5.2 – Altitude do local da instalação
3.11.5.3 – Temperatura de bombeamento
3.11.5.4 – Tipo de líquido bombeado
3.11.5.5 – Pressão no reservatório de sucção
3.11.5.6 – Vazão
3.11.5.7 – Arranjo físico da tubulação de sucção 3.11.6 – CAUSAS SECUNDÁRIAS DE CAVITAÇÃO
São fatores que levam a bomba a operar em regime de cavitação porém não podem ser detectados com a medição de pressão no flange de sucção. São sempre devido a distúrbios internos da bomba, tais como, recirculação devido a folga excessiva nos anéis de desgaste, recirculação no canal entre as pás, fluxo inverso na sucção, etc..
PERGUNTAS SOBRE CAVITAÇÃO :
PERGUNTA 17: Por que quando falamos em cavitação nos interessa
apenas a parte do sistema que está na sucção da bomba?
PERGUNTA 18: Que atitude podemos tomar na prática para retirarmos
uma bomba de um regime de cavitação?
PERGUNTA 19: Uma bomba que operava normalmente passa a cavitar.
Quais podem ser as causas desta cavitação?
PERGUNTA 20: Como podemos na prática avaliar o NPSHd?
PERGUNTA 21: Qual a particularidade que tem uma cavitação devido a
causas secundárias?
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PERGUNTA 29: Qual a particularidade que as bombas de água de
resfriamento tem em relação à cavitação?
3.12 – DESCRIÇÃO E ANÁLISE DOS COMPONENTES DE UMA TURBO
BOMBA
3.12.1 – IMPELIDOR
3.12.2 – CARCAÇA
3.12.2.1 – EM VOLUTA (DUPLA SUCÇÃO)
3.12.2.2 – CARCAÇA EM DUPLA VOLUTA
PERGUNTA 30: Quais as funções da carcaça?
3.12.2 3 – CARCAÇA COM PÁS DIFUSORAS
(usada em bombas multi-estágio)
PERGUNTA 31: O que é diafragma?
3.12.3 – EIXO
- Transmite o torque e a potência recebidos do acionador.
- Suporta o impelidor e outras partes rotativas
3.12.4 – LUVA DO EIXO
- Protege o eixo contra a erosão, corrosão ou desgaste
- Protege o eixo na região da caixa de gaxetas (função mais comum)
3.12.5 – ANÉIS DE DESGASTE
- Mantém a folga mínima entre o impelidor e a carcaça minimizando a recirculação.
3.12.6 – VEDAÇÕES
- Evitar que haja vazamento de fluído para o exterior da bomba nos pontos onde o eixo passa pela carcaça.
- Evitar a entrada de ar para o interior da bomba nos mesmos pontos.
3.12.6.1 – GAXETAS
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3.12.6.2 – SELO MECÂNICO
PERGUNTA 32: Quais são as três principais regiões de selagem?
A –
B –
C –
PERGUNTA 33: Quando usamos gaxetas ao invés de selo mecânico?
PERGUNTA 34: Quando usamos selos duplos como o representado na
figura abaixo?
IDENTIFIQUE NO SELO ACIMA OS PRINCIPAIS COMPONENTES
A –
B –
C –
D –
E –
F –
G –
H –
3.12.7 – MANCAIS
- Mantém o correto alinhamento do conjunto rotativo em relação às partes estacionárias;
- Suportam as cargas axiais e radiais.
3.12.7.1 – DE ROLAMENTO
- É usado pela grande maioria da bombas;
- Podem ser de esferas (mais usados) ou de rolos.
3.12.7.2 – DE DESLIZAMENTO
- Usado as vezes em bombas pequenas que operam com fluidos limpos;
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3.13.2 – ESFORÇO AXIAL
PERGUNTA 35: Como se comporta o empuxo axial em uma bomba de
dupla sucção?
PERGUNTA 36: E em uma bomba de multi-estágio?
PERGUNTA 37: Que componente(s) da bomba suporta(m) o empuxo
axial?
TAMBOR DE BALANCEAMENTO
3.14 – SELEÇÃO DO TIPO ADEQUADO DE BOMBA
Fatores a serem considerados :
3.14.1 – Vazão 3.14.2 – Pressão de descarga 3.14.3 – Velocidade específica 3.14.4 – Viscosidade do fluído 3.14.5 – Flexibilidade operacional 3.14.6 – Presença de ar ou sólidos no fluído bombeado
3.15 – MATERIAIS
3.15.1 – FATORES QUE AFETAM A ESCOLHA DO MATERIAL
3.15.1.1 – Características do fluído bombeado
3.15.1.2 – Condições de serviço
3.15.1.3 – Características dos materiais
3.15.1.4 – Vida esperada/custo
3.15.2 – PRINCIPAIS MATERIAIS UTILIZADOS
3.15.2.1 – CARCAÇA
Ferro fundido – até 70 Kgf/cm2 e até 175 ºC Aço carbono fundido (A 216 Gr WCB) – até 140 kgf/cm² – é o mais usado Aço carbono forjado – acima de 140 Kgf/cm² em carcaças tipo barril. CURSO : EQUIPAMENTOS ROTATIVOS 13
Aço inoxidável
3.15.2.2 – IMPELIDOR
Bronze – porque é fácil de fundir, fácil de usinar e permite faces lisas possui limitações para temperatura acima de 120ºC (dilatação) possui limitações para altas velocidades periféricas do impelidor
Ferro fundido – Aço carbono fundido – Aço inoxidável –
3.16 - DANOS MAIS COMUNS EM UMA BOMBA CENTRÍFUGA
TIPO DE DANO FORMA DE DETECÇÃO
FALHA NOS MANCAIS ANÁLISE DE VIBRAÇÃO
FALHA NO SELO MECÂNICO VAZAMENTO
ROÇAMENTO ANÁLISE DE VIBRAÇÃO
3.17 – NORMAS MAIS UTILIZADAS EM BOMBAS
3.17.1 - API 610 – Para bombas de serviço pesado. Muito usada na indústria
de petróleo e petroquímica
3.17.2 - ANSI B73.1 – Para bombas de serviço médio. Usada na indústria
química, alimentícia e farmacêutica.
3.17.3 - DIN 24.
3.17.4 - ISO 2858 – Versão mais completa da DIN.
3.18 – TESTES DE UMA BOMBA CENTRÍFUGA
3.18.1 – ENSAIOS DURANTE A FABRICAÇÃO
3.18.1.1 – ENSAIOS NÃO DESTRUTIVOS (LP, PM, US e RX) 3.18.1.2 – HIDROSTÁTICO DA CARCAÇA – Verificar a resistência mecânica da carcaça.
3.18.2 – TESTES FINAIS DE FUNCIONAMENTO
3.18.2.1 – Teste de performance – Levantamento das curvas características. 3.18.2.2 – Teste mecânico – Verificação da vibração, ruído e temperatura dos mancais. 3.18.2.3 – Teste de NPSH – Verificação do NPSHr.
PERGUNTA 38: Uma bomba é testada normalmente com água. Que correções precisamos fazer uma vez que o nosso fluído de trabalho normalmente é outro?
3.19 – DOCUMENTAÇÃO DE UMA BOMBA CENTRÍFUGA
3.19.1 – FOLHA DE DADOS
3.19.2 – CURVAS CARACTERÍSTICAS
3.19.3 – DESENHO DE CORTE
3.19.4 – LISTA DE PEÇAS
3.19.5 – DESENHO DO SELO
3.19.6 – DESENHO DA PLACA DE IDENTIFICAÇÃO
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