equipamentos dinâmicos

Equipamentos Dinmicos

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3Turbinas aVaporAs turbinas a vapor so mquinas cuja fun-

o transformar energia trmica em energiamecnica. Conforme citado anteriormente,uma turbina a vapor um equipamento acio-nador, ou seja, sempre acionar outros equi-pamentos como bombas, compressores, gera-dores e outros.

Turbina a vapor acionando uma bomba centrfuga.Fonte: AUTOR

A energia trmica tem a gua como meiode propagao. A gua submetida a um ge-rador de vapor (caldeira ou resfriador de pro-cesso), atravs de bomba centrfuga multies-tgios, onde recebe energia ganhando tempe-ratura e presso, passando do estado lquidopara vapor. Sabe-se que a gua muda de esta-do fsico tanto quando tem sua temperaturaaumentada, se a presso for modificada parao entendimento disso revise os contedos defsica sobre diagrama de estado e temperatura

crtica. A energia trmica conduzida do pon-to de gerao ao local de uso atravs de linhas(tubulaes) isoladas termicamente para mi-nimizar perdas e acidentes. Inevitavelmente,ocorrem condensaes localizadas nas linhase este condensado retirado por purgadoresou drenos. Importante: a injeo de condensa-do em turbinas faz que elas sejam danificadas.

O vapor classificado em trs classes deenergia que so alta, mdia e baixa. A classede alta energia tem temperatura entre 450 e500C e presso entre 85 a 110 kgf/cm2, em-pregada em turbinas de grande potncia. Aclasse de mdia energia tem temperatura entre260 e 290C e presso entre 16 a 18 kgf/cm2,destinada a turbinas de pequena potncia. Aclasse de baixa energia tem temperatura entre120 e 150C e presso entre 3 a 5 kgf/cm2, nousada para turbinas.

A entrada de vapor em uma turbina cha-mada de admisso, e a sada de exausto. Emturbinas de grande potncia, a admisso sersempre de vapor de alta energia e a exaustopoder ser de mdia energia ou condensaototal. Em turbinas de pequena potncia, a ad-misso ser sempre de vapor de mdia ou altaenergia e a exausto ser de baixa energia.

3.1 Princpio de funcionamentoQuando o vapor, devido expanso, em-

purra diretamente o pisto de uma mquinaalternativa, a energia trmica do vapor con-vertida em energia mecnica diretamente.Numa turbina, esta mesma transformao conseguida, passando, entretanto, por um es-tgio intermedirio. O vapor, ao escapar porum bocal, forma um jato de alta velocidade, ea fora do jato produz energia mecnica. Con-forme a ao do jato de vapor, as turbinas po-dem ser de impulso ou de reao.

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Princpio de funcionamento de turbina a vapor de reao.

Expandindo-se num bocal, a energia dovapor convertida em velocidade e exerce umafora. A reao dessa fora move o bocal. Seo bocal for montado na periferia de um rotor eo suprimento de vapor foi feito, tem-se basi-camente, uma turbina de reao.

Princpio de impulso.

Se o bocal fixo, o jato pode empurrarum anteparo mvel. Caso o anteparo seja fi-xado na periferia de um rotor tem-se, basica-mente uma turbina de impulso.

3.1.1 Percurso do vapora) Turbina de Impulso

Na turbina de impulso, o bocal, emnmero de um ou mais, estar na partefixa (corpo), provocando uma expan-so do vapor, que perde presso e ga-nha velocidade. O jato que sai do bo-cal vai direto periferia do rotor, ondeesto as palhetas. Nestas, a presso dovapor mantida e a velocidade cai.

Bocal de carga turbina de impulso.

Nas turbinas de impulso, os bocais sodistribudos em torno de um anel e o vaporentra lateralmente nas palhetas.

O vapor alimentado atravs de diversosbocais divergentes e atinge as palhetas do rotor,cedendo-lhe energia. Como regra, os bocaisde turbinas de impulso no alimentam de va-por toda a periferia do rotor, e, conseqente-mente, num dado instante, apenas parte daspalhetas esto sob a ao do vapor. A quedatotal de presso do vapor ocorre quando atin-ge as palhetas. Por outro lado, neste ponto, ovapor atinge sua mxima velocidade custada queda de presso. A energia cedida pelovapor ao rotor ocorre, ento, s custas da di-minuio da velocidade do vapor, ou seja, emfuno de sua energia cintica.

Para se obter boa eficincia, o vapor deveceder grande parte de sua energia ao passarpelo rotor. Essa cesso de energia acarreta umagrande velocidade do rotor, de forma que pou-cos materiais podem resistir fora centrfuga


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desenvolvida. Uma soluo para o problema fazer com que o vapor ceda sua energia emvrios estgios. Isto se consegue utilizandouma srie de palhetas mveis, entre as quaisse inserem palhetas fixas que servem de guiado vapor de um estgio para seguinte. No casode uma turbina de dois estgios, a velocidadedo valor decresce durante a passagem peloprimeiro estgio, permanece constante na fi-leira de palhetas fixas e decresce no segundoestgio at o vapor da exausto.

Bocal de carga turbina a vapor dois estgios.

Observao : Esta turbina pode ser considerada de um est-gio, dependendo da literatura.

b) Turbina de ReaoNa turbina de reao, os bocais mveisformados por palhetas dispostas na pe-riferia do rotor. Um conjunto adjacen-te de palhetas estacionrias dirige ovapor por essas palhetas mveis. Aexpanso ocorre nos dois conjuntos deforma que as turbinas de reao traba-lham, basicamente, como de impulsoe reao. Comercialmente, o termo tur-bina de reao aplica-se s turbinas nasquais h substancial expanso do va-por nas partes mveis.A diferena essencial entre as turbinasde impulso e reao que na turbinade impulso nenhuma queda de pres-so do vapor ocorre quando da passa-gem pela palheta, enquanto na turbinade reao h queda de presso nessapassagem. Devido a isso, existe umadiferena de presso entre cada lado daslminas fixas e estacionrias.

Bocal de carga turbina avapar de um estgio.

O vapor deve ser admitido a todas as par-tes da periferia porque, devido queda de pres-so, possveis vazamentos de vapor podemocorrer para os espaos nos quais no existevapor. Tendo vrios estgios, isto , vriosrotores, pequena a queda de presso por es-tgio, resultando em serem pequenas as for-as atuantes sobre as palhetas, ao contrrio doque ocorre com a turbina de um estgio.

Bocal de carga turbina de reao multiestgio.

c) Turbinas MistasSo as turbinas que utilizam simulta-neamente os dois princpios de ao ereao.

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d) Turbinas de vrios estgiosNa sucesso de estgios de uma turbi-na, o tamanho das palhetas cresce coma queda de presso a fim de que o es-pao seja suficientemente grande parao progressivo aumento do volume devapor.A expanso pode ser feita at a con-densao do vapor, (turbina de conden-sao), ou at um determinado valor emque o vapor sai superaquecido (turbinade contra-presso). Podemos tambmefetuar retirada de vapor em estgio in-termedirio (turbina de extrao).

Turbina a vapormultiestgios.Fonte: CatlogoAKZ.

3.1.2 ComposioUma turbina a vapor, de pequena potn-

cia, composta pelas seguintes partes, con-forme figura a seguir:

mancais, conjunto rotativo, selagem, carcaa, sistema de controle de velocidade, sistema de desarme, sistema de lubrificao, sistema de refrigerao.

3.1.3 Conjunto rotativoO conjunto rotativo composto pelo eixo

e por elementos agregados, tais como selagem,sistema de controle de velocidade e sistemade desarme.

Conjunto rotativo de uma turbina a vapor de pequena potncia.Fonte: Catlogo Worthington. Que tal rever seus conceitos de fsica?

3.1.4 Sistema de controle de velocidade edesarme

O sistema de controle de velocidade cha-mado de regulador ou de governador, e o sis-tema de desarme chamado de trip, vlvulade fechamento rpido, vlvula garganta ouvlvula main stop. O funcionamento de am-bos baseia-se em fora centrpeda.

A variao de rotao do conjunto rotativo diretamente proporcional quantidade devapor injetada na turbina para uma determi-nada carga. Para chegar at a roda da turbina,

Composio deuma turbina a vaporde pequenapotncia.Fonte: CatlogoWorthington.

Rotativo

Mancais

Selagem

DesarmeSistema de controle

de velocidade

Sistema derefrigerao

Sistema de lubrificao


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o vapor percorre o caminho passando pela vl-vula de admisso da linha, pela vlvula de ad-misso da turbina, chamada de vlvula parcializa-dora, e pela vlvula de fechamento rpido.

Sistema de Controle de Velocidade e Sistema de Desarme deuma Turbina a VaporFonte: Catlogo Worthington.

Sistema de Controle de Velocidade e Sistema de Desarme deuma Turbina a Vapor.Fonte: AUTOR.

Vlvula dedesarme

Entradade vapor

Brao doregulador

Vlvulaparcializadora

3.1.5 ReguladorA turbina a vapor mquina projetada para

trabalhar velocidade constante, entretan-to, a velocidade varia com as variaes de car-ga. Quando a carga diminui, a velocidade parauma mesma vazo de vapor aumenta e a ten-dncia disparar a turbina. No caso contrrio,a tendncia a reduo progressiva da veloci-dade at a paralizao total da turbina. O re-gulador um sistema cuja funo manterconstante a velocidade de rotao, durantequalquer variao da carga ou do vapor. O re-gulador, que pode ser mais ou menos elabora-do, atua na vlvula de admisso de vapor afim de corrigir qualquer tendncia de variaoda velocidade da turbina.

Numa de suas formas mais simples, os re-guladores de velocidade constam de pesosmontados sobre um sistema articulado que giracom velocidade proporcional velocidade doeixo da turbina. Devido rotao, a fora cen-trfuga age sobre os pesos, tendendo a desloc-los para a periferia do sistema. Nesse desloca-mento, uma mola comprimida. Ligado base

da mola existe um sistema de alavancas que,agindo sobre uma vlvula, controla o fluxo devapor para a turbina.

Suponhamos que a turbina esteja em suavelocidade normal, com determinada carga. Sea carga diminuir, a velocidade da turbina au-menta e os pesos, devido ao aumento da foracentrfuga, foram a base da mola para cima.Este deslocamento levado vlvula de con-trole que, diminuindo a abertura de entrada devapor, faz com que a turbina volte a operar navelocidade inicial.

Quando a fora do sistema mecnico no suficiente para o acionamento da vlvulaparcializadora, usa-se um sistema hidrulico.

Regulador Hidrulico.

Vlvulaparcializadora

Carcaa

Brao do regulador

Regulador Wooward

Fonte: Catlogo Worthington.

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O sistema de desarme dotado de uma molae um gatilho. A mola comprimida e o gatilhoarmado. Caso a velocidade seja ultrapassadade um determinado limite, o gatilho desar-mado, fazendo a mola fechar a vlvula e inter-romper a entrada de vapor na turbina.

Sistema de desarme de uma turbina a vapor.Fonte: Catlogo Worthington.

Carcaa do sistemade desame

Massa dedesarme

Entrada de vapor

3.1.6 Principais problemas em turbinas a vaporUma turbina a vapor poder apresentar

problemas em seu funcionamento. Estes po-dero ocorrer em funo da condio opera-cional imposta turbina ou em funo de fa-lha mecnica. Uma condio operacional ina-dequada poder resultar em falhas mecni-cas. Os principais problemas que constituemfalhas mecnicas e podero tornar uma turbi-na indisponvel a um processo so: descon-trole de velocidade, desarme indevido, vibra-o excessiva, rudo excessivo, vazamentos,aquecimento excessivo dos mancais e perdade eficincia.

Um descontrole de velocidade ocorrerbasicamente pelos seguintes motivos:

emperramento do sistema; desajuste na regulagem; excesso de folgas nas articulaes.Um desarme indevido poder ocorrer por: reduo acentuada na carga da mqui-

na acionada; desgaste no engate.Em uma turbina a vapor, pode-se ter vi-

brao excessiva graas aos seguintes moti-vos principais:

condio operacional inadequada: presena de condensado.

falha mecnica: desbalanceamento; desalinhamento; folgas inadequadas; outros.

Pode ocorrer rudo excessivo em uma turbi-na a vapor, pelos seguintes principais motivos:

danificao dos mancais; roamento.Vazamentos podem tambm ser detecta-

dos em uma turbina a vapor, principalmente,devido aos seguintes motivos:

vazamento de leo: dreno mal fechado; nvel acima do normal; labirinto danificado; respiro obstrudo.

vazamento de vapor: selagem danificada; desgaste em labirintos; passagem em vlvula de segurana; falha em juntas.

Dentre os fatores que podem promoveraquecimento excessivo nos mancais, esto:

falta de lubrificao; excesso de lubrificao; falha no sistema de refrigerao.A perda de eficincia em uma turbina ocor-

rer, basicamente, pelos seguintes motivos: vapor fora de especificao; vazamento excessivo de vapor; sujeira nas rodas da turbina.

3.1.7 Operao de turbinas a vaporA operao de uma turbina a vapor com-

pe-se das fases de partida, acompanhamentoe parada.

A partida pode ser manual ou automtica.Para partida manual, necessrio observar osseguintes passos:


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garantir lubrificao adequada; garantir circulao da gua de refrige-

rao; drenar condensado em todos os pontos

durante aquecimento; armar desarme; abrir vlvula de exausto; aquecer; colocar em giro lento usando desvio

(by pass) da vlvula de admisso; partir, abrindo a vlvula de admisso e

fechando o desvio.Para colocar uma turbina a vapor em con-

dies de partida automtica, preciso obser-var os mesmos passos da partida manual.

Para o acompanhamento, seguir os pas-sos constantes na operao de bombas centr-fugas.

Os passos que devem ser executados paraa parada de uma turbina a vapor so os seguintes:

desarmar; fechar a vlvula de admisso; drenar condensado em todos os pontos; fechar vlvula de exausto.

Anotaes

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4CompressoresOs compressores, assim como as bombas,

so equipamentos utilizados na manipulaodos fluidos. Quando o fluido um lquido, amquina empregada uma bomba, enquantoque, no caso da manipulao de um gs, amquina empregada um compressor.

Bombas e compressores so construdoscom base nos mesmos princpios de funciona-mento, e as diferenas entre eles so decor-rentes das distines existentes nas proprie-dades dos lquidos e gases. Estas diferenasso de dimenses, sistemas de vedao e ve-locidades de operao, que decorrem da me-nor densidade, da compressibilidade, da ex-pansibilidade e difuso dos gases. Desta for-ma, seria imprprio ou impraticvel o empre-go de uma bomba para bombear um gs e autilizao de um compressor para o bombea-mento de um lquido.

No estudo das bombas, foi verificada aimpossibilidade de uma bomba centrfugabombear um gs. As inconvenincias nos de-mais casos sero constatadas posteriormente.

O compressor, como a bomba, aumenta apresso do fluido que est sendo bombeado.Um ventilador um compressor, pois, o ar queest descarregando tem uma presso um pou-co superior ao ar que est sendo succionado.O mesmo acontece com o exaustor.

Em muitos casos, o compressor no pos-sui tubulao de suco, como em um exaus-tor, uma vez que o prprio recinto de ondesucciona serve de reservatrio de suco parao exaustor. um arranjo semelhante a umabomba centrfuga vertical, instalada dentro deuma piscina. Em outros casos, no existe ne-cessidade de tubulaes de suco e descargaou mesmo de carcaa do compressor. Assim,um ventilador, em geral, s possui um rotor,uma vez que este j est totalmente mergulha-do no fluido e no h necessidade de tubula-es e corpo, para a conduo do escoamento.O ventilador funciona de forma anloga a ummisturador de um tanque, que nada mais do

que uma bomba mergulhada dentro do lqui-do e cuja finalidade a homogeneizao dolquido pela circulao.

Uma bomba de vcuo tambm um com-pressor, pois manipula gases que saem pela suadescarga com uma presso superior da suc-o. O termo bomba de vcuo reservado aoscompressores que succionam de uma pressoinferior atmosfrica e descarregam a umapresso atmosfrica. Uma bomba de bicicletatambm um compressor, uma vez que o flui-do manipulado um gs, o ar.

4.1 Tipos de compressoresComo as bombas, os compressores so

classificados, de acordo com o princpio defuncionamento, nos tipos seguintes:

Dinmicos: Centrfugos; De Fluxo Axial.

De deslocamento positivo: Rotativos; Alternativos.

Os compressores centrfugos so os maisimportantes, e, como as bombas centrfugas,utilizam o princpio da fora centrfuga (Figu-ra abaixo).

Compressor centrfugo.


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Os compressores de fluxo axial, so semelhantes aos compressores centrfugos, com a dife-rena de que as ps so retorcidas de forma que o gs, ao sair do rotor, toma um escoamentoparalelo ao eixo (escoamento axial). Existe um tipo de bomba que corresponde a este tipo decompressor. a bomba de fluxo axial.

J os compressores alternativos (figuras a seguir) baseiam-se no mesmo princpio das bom-bas alternativas.

Os compressores rotativos so baseados no mesmo princpio das bombas rotativas.

Compressor de fluxo axial.

Compressor rotativo.

Compressor alternativo.

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Compressor alternativo detalhe de uma vlvula.

Compressor alternativo percurso do fludo bombeado.

4.2 Compressores centrfugosNos compressores centrfugos, so encon-

trados os mesmos elementos vistos no estudode bombas centrfugas. Os elementos consti-tuintes de um compressor centrfugo so osseguintes:

Rotor (com um ou mais estgios);

Eixo;

Corpo (com ou sem difusores);

Cmara de Vedao (uma ou duas);

Mancal;

Acoplamento (com ou sem reduo develocidade);

Camisas de Refrigerao;

Anis e Luvas de Desgaste.

As ventoinhas e ventiladores centrfugos,que produzem baixas presses de descarga,so, em geral, de rotor aberto, de apenas umestgio e sem difusores. Entre os compresso-res centrfugos, que desenvolvem elevadaspresses de descarga, os tipos mais usados sode rotor fechado, de vrios estgios comdifusores no corpo.

A cmara de vedao constitui uma daspartes mais importantes e crticas de um com-pressor centrfugo. Vrios tipos de selagem soempregados, dentre os quais os mais comunsso, o de anel de labirinto e o de anel de carvo.

A selagem com anel de labirinto, funcio-na baseada na perda de presso do gs que obrigado a passar por diminutas folgas anula-res. O vazamento da cmara de vedamento,

Da folga entre a aresta do anel e o eixo; Do quanto aguada a aresta do anel.

Anel de labirinto.

A selagem com anel de carvo, consisteem um ou mais anis de carvo em seces de90 ou 120, mantidos junto ao eixo com pe-quena folga, por meio de molas. Este tipo deselagem tambm funciona baseado na perdade presso do gs em escoamento atravs depequenas folgas.

Anel de carvo.

Outro tipo de selagem tambm utilizadonos compressores centrfugos um equivalenteao selo mecnico, chamado de selagem porcontato, que acarreta um vedamento muitosevero. Em alguns casos, estes tipos de veda-mento so empregados aos pares e em con-junto com sistemas de selagem. O sistema deselagem pode consistir na injeo de um gs(hidrognio, por exemplo), entre dois elemen-tos de vedamento. O gs injetado, em geral,possui uma presso superior ao manipuladopelo compressor, de forma a penetrar no inte-rior de compressor. O gs do compressor novaza para o meio ambiente (Figura a seguir).

constituda de anis de labirinto, depende dedois fatores principais:


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Selagem por contato.

gs, abaixo do limite mnimo de capacidade,o compressor no satisfaz presso do siste-ma (linhas e vasos da descarga) no qual estdescarregando. Isto causa uma srie de escoa-mentos alternados. O compressor fornece gsao sistema e depois recebe o mesmo gs devolta do sistema. Entre os mtodos utilizadospara a eliminao da pulsao so encontra-dos os seguintes:

Instalao de vlvula de escape para omeio ambiente na linha de descarga. P/Soprador de ar;

Instalao de desvio para reciclo; Regulagem da vazo.Quanto mais pesado o gs, mais elevado

o limite mnimo de capacidade, e, quantomais estgios possui o compressor, mais alto o limite mnimo de capacidade. Assim, quan-to mais pesado o gs e quanto maior o nmerode estgios, mais estreita a faixa de capaci-dade para operao estvel.

A variao da velocidade do rotor acarre-ta um aumento da capacidade, um aumento depresso maior do que o da capacidade e umaumento de consumo de energia ainda maior.O limite mnimo de capacidade tambm va-ria, com a variao da velocidade do rotor (Fi-gura a seguir).

A lubrificao no compressor centrfugo necessria para os mancais e, em alguns ca-sos, para os elementos de selagem. Quando ocompressor utiliza a lubrificao apenas paraos mancais, o sistema de lubrificao relati-vamente simples.

Em muitos casos, o compressor possuiuma bomba principal de leo e outra auxiliar,respectivamente, uma com acionamento el-trico e outra acionada turbina a vapor. Osacionadores operam sob controles de presso,de forma que, quando a bomba principal nofornece leo na presso de trabalho, a unidadeentra em operao.

Em outros casos, a bomba principal deleo est acoplada diretamente ao eixo do com-pressor. Este arranjo possui vantagens e des-vantagens. Quando o compressor opera conti-nuamente, mais prtico o uso de duas bom-bas externas, pois o desarranjo da bomba prin-cipal no acarreta em parada do compressor.

Quando no h a possibilidade do leolubrificante do compressor ficar contaminadocom o gs que est sendo manipulado, os siste-mas de lubrificao do compressor e do acio-nador so combinados em um nico.

4.2.1 Caractersticas do compressor centrfugoA presso de descarga do compressor cen-

trfugo, a uma dada velocidade do rotor, damesma maneira que no caso da bomba centr-fuga, aumenta com a elevao da densidadedo fluido. A elevao da densidade do gs podeser obtida, alm da mudana do gs, pelo au-mento da presso de suco, ou reduo datemperatura de suco.

Uma caracterstica peculiar ao compres-sor centrfugo a existncia de um limite decapacidade, abaixo do qual o compressor en-tra em pulsao e comea a vibrar e apresen-tar rudo. Por efeito da compressibilidade doConseqncias da variao da velocidade do rotor.

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Com acionador de velocidade varivel, aregulagem da velocidade do rotor resulta emvrias condies estveis de operao. Quan-do o acionador de velocidade constante, aregulagem pode ser feita na suco ou na des-carga. A regulagem na vlvula de descarga,no aconselhada, pois o controle na sucodo compressor resulta em menores perdas deenergia.

Esta regulagem a mais simples e prticapara os compressores centrfugos. Este mto-do possui a vantagem de no alterar as condi-es da descarga do compressor, como no casoda regulagem pela descarga.

A refrigerao do compressor resulta emeconomia de energia e baixa temperatura dedescarga.

Nos grficos de compressores, uma carac-terstica nova encontrada, a razo de com-presso. A razo de compresso a razo en-tre a presso de descarga e a presso de suc-o. A razo de compresso muito mais sig-nificativa do que a altura de elevao para oscompressores e, por isso, mais usada.

4.3 Compressor de fluxo axialEstes compressores possuem muito boa

eficincia, dando grandes vazes com baixaspresses.

4.4 Compressores rotativosA vazo destes compressores pratica-

mente contnua e sem pulsao. No tipo delbulos, praticamente no h compresso den-tro da mquina, mas sim contra a presso dosistema na descarga.

4.4.1 Compressores alternativosGeralmente, o cilindro de ao dupla e

refrigerado, para reduzir as dilataes e absor-ver parte do calor produzido na compresso.

Na compresso em vrios estgios, cadaum destes ocorre em um cilindro separado, eo gs resfriado entre os vrios estgios dacompresso. A compresso em vrios estgiosresulta, alm de menor consumo de energia,tambm em reduo de temperatura. Uma tem-peratura elevada provoca problemas coma lubrificao do cilindro e do mbolo.

O compressor alternativo, como uma m-quina de deslocamento positivo, produz omesmo volume contra qualquer presso (den-tro dos limites de resistncia mecnica do con-junto). A vazo do compressor proporcional velocidade da mquina.

4.4.2 Controle do compressor alternativoQuando o gs, para suco do compres-

sor, regulado a fim de resultar numa pressode suco menor, as conseqncias so:

a razo de compresso aumenta; a quantidade de gs que descarrega-

do em cada percurso menor; a densidade do gs na suco menor; a vazo diminui; a temperatura de descarga sobe.Quando nem toda a vazo do compressor

necessria, o excesso pode ser recirculadopor um contorno (by-pass), da descarga para asuco. Normalmente, o reciclo deve ser res-friado, a no ser que a razo de compressoseja muito baixa, a vazo do contorno muitopequena, ou o contorno funcione por poucotempo (nas partidas por exemplo).

Num cilindro comercial, inevitvel apresena de uma folga na cabea. No final domovimento de descarga, um pouco de gs retido no espao da folga. No movimento dasuco, esta quantidade de gs que estava napresso de descarga tem que se expandir pres-so de suco, para que haja abertura das vl-vulas do cilindro. Logo, at que esta situaoseja atingida, no h entrada de gs no interiordo cilindro. Durante este tempo, o mbolo podeter percorrido 15% do curso. O resultado final que menos gs ser admitido no cilindro,aproximadamente 85% a 60% (PdV1 = PsV2).

Com este processo da variao das folgas,pode-se diminuir a capacidade do compresoralternativo (Figura a seguir).

O volume varivel da folga.

Cmara de refrigerao.


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Anotaes

Quando um compressor entra em opera-o, em paralelo, num sistema j em funcio-namento, necessrio tirar a carga da mqui-na. Um compressor alternativo pode ficar semcarga pela abertura do contorno.

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5LubrificaoOs equipamentos estticos no possuem

movimento contnuo em seus componentes,porm, podem ter algum tipo de movimentoespordico. Os equipamentos dinmicos pos-suem movimentos contnuo, rotativo e/ou al-ternativo em seus componentes. Em um equi-pamento, o movimento ser em alguns doscomponentes, enquanto os demais permane-cero estticos e, com isso, tem-se movimen-to relativo entre as partes.

5.1 AtritoDevido ao movimento relativo, tem-se

atrito entre as partes. O atrito quase sempre indesejvel, pois provoca a perda de energia,desgaste e gerao de calor.

A reduo do atrito passou a ser uma es-tratgia interessante para economia de ener-gia e aumento da vida til dos equipamentos.Ao longo dos anos, foram desenvolvidas duasaes para reduo do atrito, sendo a primei-ra, a construo de elementos de mquinas comminimizao da rea de contato entre as par-

Coeficientes de atrito esttico e dinmico.Fonte: ZECHEL, Rudolf e outros. Molykote. Mnchen-GmbH:Molykote, 1995.

Figura 5.1 Coeficientes de atrito.Fonte: ZECHEL, Rudolf e outros. Molykote. Mnchen-GmbH: Molykote, 1995.

tes, com movimento relativo, chamados demancais; e a segunda, o desenvolvimento depelculas separadoras das partes com movi-mento relativo, chamadas de lubrificantes.

Recordando a Fsica: A fora de atrito dada pela multiplicao entre a fora normal eo coeficiente de atrito. O coeficiente de atritopoder ser dinmico ou esttico, sendo estemaior, conforme mostra o grfico abaixo. Oatrito e seu respectivo coeficiente de atrito po-der ser de deslizamento, rodagem, rolagemou de furao (ver Figura 5.1).


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5.2 MancaisOs mancais tm a funo, simultneamente,

de suportar um subconjunto de mquina e derestringir os graus de liberdade, permitindoapenas liberdade de rotao ou deslocamentolinear. A maior aplicao dos mancais nasustentao de conjuntos rotativos em equi-pamentos dinmicos, ou seja, transmitem for-as. Os mancais classificam-se em rolamentoe deslizamento. Os mancais de rolamento somais baratos e prticos, porm apresentam li-mitaes de rotao, de carga e dimensional.Os mancais de deslizamento, caros e aplica-dos a mquinas de grande porte ou onde a con-fiabilidade crtica, apresentam limitaespara equipamentos verticais. Ambos so mon-tados em caixas, chamadas de caixa de mancal.

Transmisso de foras de reao e ao pelo filme de lubrifi-cante, mancais e dentes das engrenagens.Fonte: O AUTOR

Mancal de rolamento.Fonte: ZECHEL, Rudolfe outros. Molykote.Mnchen-GmbH:Molykote, 1995.

Caixa de mancal.Fonte: O AUTOR

Mancal de deslizamento, tipo de pedestal.Fonte: CATLOGO GLYCO DO BRASIL.

Na maioria dos equipamentos dinmicosos mancais so lubrificados leo ou graxa.A lubrificao graxa destina-se a mancaisde rolamento, enquanto a lubrificao a leoocorre tanto em mancais de rolamento quantoem mancais de deslizamento. Existem exceesque, porm, no sero tratadas neste texto.

No caso de lubrificao graxa, neces-srio periodicamente fazer a reposio/reno-vao do lubrificante para a manuteno desuas propriedades fsico-qumicas. A reposi-o feita com bomba atravs do pinograxeiro. necessrio cuidar com a quantida-de de graxa, pois o excesso provoca aqueci-mento extremo no mancal.

Pino graxeiro.Fonte: O AUTOR

Em alguns casos de equipamentos estti-cos, como vlvulas, a colocao da graxa podeser a pincel.

Haste de alvula lubrificada a graxa.Fonte: O AUTOR

No caso de lubrificao a leo, existemquatro formas de garantir que o lubrificanteesteja presente entre as partes deslizantes ourolantes: por imerso, por salpicamento, porpescagem ou por injeo pressurizada. Porimerso, necessrio que o nvel do leo atin-ja as partes em contato. Por salpicamento, oleo espalhado/forado por um anelsalpicador fixado ao eixo. Por pescagem, oleo pescado de um nvel mais baixo edeslocado at um nvel mais alto atravs deum anel pescador. Este movimentado poratrito ao eixo e arrasta consigo o leo deposi-tando-o na parte superior do eixo. Por injeo

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pressurizada, existe uma bomba que forneceenergia ao leo e, atravs de tubulaes, lan-ado no ponto necessrio.

Mancal de deslizamento e de rolamento de uma turbina a vapor.Fonte: O AUTOR

Deslizamento

Anelpescador

Rolamento

O nvel do leo lubrificante deve ser sem-pre mantido constante. Para tanto, verifica-do, externamente, atravs de visores de nvel.O nvel de leo pode ser alterado para maisem caso de contaminao e para menos emcaso de vazamentos. Uma contaminao po-der ocorrer por entrada de gua ou gs na cai-xa de mancal ou por partculas slidas prove-nientes de desgaste dos mancais ou de fonteexterna. Existem elementos prprios para fa-zer a vedao dos mancais, dentre os quaisesto retentores, labirintos e diversos tipos deanis de feltro ou borracha.

Formas de viso do nvel de leo: visor tipo olho, visor tipocoluna.Fonte: CATLOGO GLYCO DO BRASIL, O AUTOR

Labirinto

Visores de nvel

Vedao de caixa demancal por retentor.Fonte: O AUTOR

Para a eliminao da contaminao e ma-nuteno do nvel do leo, existe um sistemaautomtico, chamado copo nivelador de leo.Para a expulso da contaminao existe umdreno, visto que os cantaminantes so maispesados e vo para o fundo. A reposio fei-ta enchendo-se o copo e recolocando-o no ca-chimbo. Para um adequado funcionamentodesse sistema, necessrio um respiro, ou seja,manter a presso atmosfrica no interior dacaixa de mancais.

Manuteno do nvel edescontaminao do leo

lubrificante.Fonte: O AUTOR

5.3 LubrificantesOs lubrificantes, no sero tratados neste

texto, sob o ponto de vista tcnico, visto que opresente curso destina-se ao treinamento deoperadores e no de lubrificadores.

5.4 Rotina diria de lubrificaoA rotina imprescindivelmente diria e

deve ser aplicada a todos os equipamentos di-nmicos. Geralmente, feita por um lubrifi-cador, mas, tambm, fora do horrio adminis-trativo, deve ser feita pelo operador de rea. Arotina compe-se das seguintes tarefas:

Verificao do estado (aparncia) do leo,e completar nveis quando necessrio;

Verificao de vazamentos, temperatu-ras, rudos, e se possvel determinar ascausas;

Drenagem de gua dos depsitos demancais de bombas e turbinas;

Verificao dos equipamentos, se estocodificados com plaquetas de leo egraxa, se os visores esto limpos e osrespiros desentupidos;


39

Observao sobre os lubrificantes emuso, se esto perfeitamente codificados.

Para a realizao de rotina de lubrifica-o, existe uma organizao de suprimento deleo lubrificante. O leo armazenado emtambores e codificado. Uma vez colocado emrecipientes menores, estes tambm seguemcom o mesmo cdigo. E, em cada caixa demancal, existe uma etiqueta de alumnio como cdigo do lubrificante que ali usado. Des-sa forma, garante-se a correta colocao dolubrificante.

5.5 Lubrificao de turbinas a vaporExiste uma exceo em turbinas a vapor

com regulador de velocidade mecnico. Exis-tem trs copos de leo, sendo dois para osmancais LA e LOA e um para o mecanismode controle de velocidade.

Importantssimo: os copos de leo dosmancais tm a funo de manter o nvelde leo, enquanto o copo do regulador fun-ciona por gotejamento e tem a funo defornecer lubrificante ao mecanismo deregulagem de velocidade. Portanto, o copodo regulador sempre ter seu nvel dimi-nudo ao longo do tempo.

Etiqueta para cada ponto de insero de lubrificante.Fonte: O AUTOR

Recipientes menores para leo.Fonte: O AUTOR

Tambores de leo.Fonte: O AUTOR

Etiqueta

Copos de leo lubrificante em turbina a vapor com reguladormecnico.Fonte: O AUTOR

Copo domancal LA

Copo domancal LOA

Copo doregulador

(gotejador)

Anotaes

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6Ejetores6.1 Restrio no escoamento

A queda de presso de um fludo em es-coamento atravs de uma tubulao, como jfoi estudado, aumenta ao longo da tubulao.A variao da presso sofre alterao quando introduzida uma restrio na tubulao.

Na figura a seguir a restrio resultanteda colocao de um disco com um orifcio cen-tral. O valor da presso comea a cair nas pro-ximidades da restrio, caindo abruptamentelogo depois dela. Continua a cair, alcana ummnimo e depois sobe lentamente, at atingircerto valor. Este valor um pouco inferior aoobtido no mesmo ponto quando no havia res-trio. Assim, o valor da presso, em conse-qncia da introduo da restrio, no caso umorifcio, sofre uma queda brusca, atingindoposteriormente um mnimo e depois uma re-cuperao lenta sem, contudo, alcanar o va-lor mnimo primitivo.

Restrio no escoamento.

A velocidade do fluido ao passar pelo ori-fcio sofre um efeito inverso ao da presso. Hum aumento considervel da velocidade dofluido ao passar atravs do orifcio.

Quando a restrio na tubulao forma-da por um bocal, o fenmeno semelhante. Oaumento de velocidade obtido pela absorode uma certa quantidade de energia do fluido.Esta absoro de energia tanto mais alta quan-to maior a velocidade do fluido.

Restrio tipo bocal.

6.2 EjetorO funcionamento de um ejetor, baseado

na transferncia de energia, provocada pelochoque de um jato de fluido alta velocidade(fluido acionador), contra outro fluido (fluidoarrastado), parado ou baixa velocidade. Istoresulta em uma mistura de fluidos a uma velo-cidade intermediria e reduzida, de forma aoriginar numa presso final superior pressoinicial do fluido mais lento.

O jato de fluido a alta velocidade produ-zido pela passagem de um fluido de pressoelevada atravs de um bocal.

As partes essenciais de um ejetor so asseguintes:

Bocal; e Difusor.O bocal serve para transformar a elevada

presso do fluido acionador, em alta velocidade.O difusor uma cmara de mistura e ser-

ve para transformar a velocidade residual empresso.

Nas proximidades do bocal, criada umaregio de alta velocidade baixa presso queprovoca a suco do fluido arrastado, de for-ma a se misturar com o fluido acionador.

Partes do ejetor.


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O fluido acionador pode ser um lquidoou um gs e o fluido arrastado pode ser umlquido ou gs, sendo passiveis todas as com-binaes, de lquido arrastando gs, de gs ar-rastando lquido, etc.

O termo edutor geralmente reservadopara os casos de ejetores com lquidos tantocomo fluido acionador, como fluido arrastado.Fluidos muito utilizados como acionadores soo ar comprimido e o vapor dgua sob presso.

6.3 Usos do ejetorO ejetor apresenta as particularidades se-

guintes: No tem partes mveis; de construo simples; Necessita pouca manuteno; Simples operao; Manipula grande quantidade de gs; Necessita de um fluido acionador de

alta presso.O ejetor muito prtico nos casos em que

as necessidades so intermitentes e necessita-se um equipamento barato, quando a corroso crtica e quando deseja-se uma combinaode aquecimento e bombeamento, ou umacombinao de mistura e bombeamento. Almde utilizao para mistura e bombeamento, oejetor pode ser empregado para a criao devcuo.

Anotaes

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7Leitura

Complementar 1Cavitao

Colapso de bolha em trs situaes caractersticas.

7.2 Conceituao clssica de cavitao o fato aceito tradicionalmente que, se a

presso absoluta em qualquer ponto de um sis-tema de bombeamento atingir valor igual ouinferior presso de vapor lquido, na tem-peratura de bombeamento, parte deste lqui-do se vaporizar. Vamos supor que as bolhasformadas continuem em trnsito com o lqui-do bombeado. Nestas condies, quando estamistura atingir alguma regio onde a pressoabsoluta for novamente superior presso devapor do lquido na temperatura de bombea-mento, haver o colapso das bolhas com re-torno fase lquida. Entretanto, como o volu-me especfico do lquido inferior ao volumeespecfico do vapor, o colapso das bolhasimplicar a existncia de um vazio, proporcio-nando o aparecimento de onda de choque, con-forme ilustrado na figura a seguir.

Cavitao , seguramente, um dos tpicosmais importantes no estudo de bombas. Estaimportncia se reflete no s na necessidadede um adequado entendimento do fenmenopara execuo de projeto ou seleo do equi-pamento, bem como para soluo de diversosproblemas operacionais dele decorrentes.

Objetivando oferecer ao leitor uma se-qncia didtica, abordaremos inicialmente adiscrio do fenmeno de cavitao para, emseguida, j de posse dos conceitos fundamen-tais, particularmente para o estudo de cavita-o em bombas.

7.1 Descrio do fenmeno de cavitaoO entendimento da cavitao foi moder-

namente bastante ampliado pelo conhecimen-to da influncia da tenso superficial do lqui-do e da presena de impurezas no desenvolvi-mento do fenmeno. Entretanto, por facilida-

Extrado do livro: FALCO, Reinaldo de. Bombas indus-triais . Rio de Janeiro: McKlausen Editora Ltda., 1992,p. 115 117.

de didtica, vamos iniciar nosso estudo apre-sentando a conceituao tradicional.


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Na realidade, a penetrao de lquido nadepresso originada pela deformao da bo-lha produz um microjato na ocasio do colap-so. Desta forma, o efeito mais severo quan-do o colapso ocorre em local junto ou prxi-mo superfcie metlica. Neste caso, o micro-jato incide diretamente sobre a superfcie en-quanto que, no caso de bolhas que colapsamna corrente lquida, o impacto transmitidoatravs de ondas de choque.

Esta seqncia de acontecimentos pode serfacilmente visualizada pelo escoamento de umlquido atravs de um tubo venturi. Neste caso,a velocidade mxima e, conseqentemente apresso mnima, ocorrem na garganta do tubo.Ento, se formos aumentando a vazo, chega-remos a uma situao em que a presso devapor atingida na garganta, propiciando oincio da cavitao. interessante notar que ocolapso das bolhas ocorre em regio logo apsa garganta do tubo venturi.

Cavitao em tubo venturi.

No caso particular das bombas centrfu-gas, a regio de mnima presso, crtica paraefeito de anlise de cavitao, a entrada(olho) do impelidor. Nesta regio a presso mnima, pois o lquido ainda no recebeu ne-nhuma adio de energia por parte do impeli-dor e teve sua energia reduzida pelas perdas decarga na linha de suco e entrada da bomba.

Na hiptese de aparecimento de bolhasnesta regio, o colapso se dar naquela onde apresso for novamente superior presso devapor, provavelmente no canal do impelidorou, posteriormente, na entrada da voluta oucanal das ps difusoras, dependendo do tipode bomba.

Regio para incio da cavitao (entrada do impelidor) (Seco 2).

7.3 Comparao entre cavitao evaporizao

interessante observar que, na vaporiza-o convencional, o aparecimento de bolhas resultante de aumento de temperatura com apresso mantida constante, enquanto que nacavitao o mesmo fato ocorre com reduode presso, mantida a temperatura constante.

7.4 Inconvenientes da cavitaoOs principais inconvinientes da cavitao

so barulho, vibrao, alterao das curvascaractersticas e danificao do material. Va-mos estuda-los nesta ordem:

7.4.1 Barulho e vibraoEstes dois inconvenientes so provocados,

fundamentalmente, pela instabilidade geradapelo colapso das bolhas.

7.4.2 Alterao das curvas caractersticasA alterao no desempenho devida di-

ferena de volume especfico entre o lquido eo vapor, bem como turbulncia gerada pelofenmeno. Esta alterao das curvas caracte-rsticas mais drstica no caso de bombas cen-trfugas. Neste caso, tendo em vista que o ca-nal de passagem do lquido mais restrito, apresena de bolhas influencia consideravel-mente o desempenho do equipamento.

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Influncia de bolhas no canal de escoamento de diferentes tipos de bombasa) Bomba centrfuga; b) Bamba de fluxo misto; c) Bomba axial.

Desta forma, supondo que uma determinada bomba centrfuga instalada em um sistemacavita quando opera em uma vazo (Q), as suas curvas caractersticas fogem do comportamentonormal.

Queda nas curvas caractersticas de uma bomba centrfuga.

Ento, o ponto real de operao ser o ponto (2) e no o ponto (1), apresentando, em conse-qncia, queda na vazo, carga e eficincia esperada. O equacionamento da cavitao e a efetivadeterminao da vazo a partir da qual haver cavitao em uma bomba instalada em um siste-ma ser objeto de estudo posterior. No obstante, da anlise efetuada at este momento, poss-vel notar que o incio da cavitao depende das condies de suco do sistema pois, quantomenor for a altura manomtrica de suco hs, mais vivel ser o aparecimento de presso P igualou menor que a presso de vapor Pv na temperatura de bombeamento no olho do impelidor.Se considerarmos ainda que a velocidade de entrada do lquido na bomba e a perda de cargaentre o flange e suco e o olho da bomba aumentam com a vazo, poderemos concluir que oincio da cavitao e conseqente queda nas curvas caractersticas ocorrero em vazes menores medida que hs diminui, isto , medida que as condies de suco se tornem mais crticas.


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Curvas caractersticas para diversas condies de suco.

Um outro fato que merece considerao que as alterao possveis efetuadas no dimetroexterno do impelidor, permanecendo inalteradas as condies de suco, no afetam o compor-tamento das curvas caractersticas quanto cavitao.

Curvas caractersticas para diferentes dimetros externos de impelidor e mesmas condies de suco.

Em bombas de fluxo misto, tendo em vista o canal de escoamento ser mais amplo, existeuma queda gradual das curvas caractersticas antes da verticalizao das curvas ter efeito, con-forme mostra a figura a seguir.

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Curvas caractersticas para bomba de fluxo misto em diferentes condies de suco.

Finalmente, no caso das bombas axiais, no se caracteriza um canal de escoamento fechado.Nestas a influncia gradual, no existindo um ponto definido de queda nas curvas caractersti-cas conforme mostra a seguir.

Curvas caractersticas para bomba de fluxo axial em diferentes condies de suco.

7.4.3 Danificao do material o fato que, quando uma bomba opera

por um certo tempo em cavitao, haver da-nificao do material adjacente zona de co-lapso das bolhas, sendo a quantidade de mate-rial perdido dependente das caractersticas domaterial e da severidade da cavitao. O me-canismo atravs do qual a danificao ou per-da de material tem efeito, merece uma anliseadicional. Inicialmente, o colapso das bolhas

implica, dependendo da posio relativa dabolha em relao superfcie metlica, em ummicrojato ou onda de choque atingindo o ma-terial. Esta ao mecnica a principal res-ponsvel pela danificao do mesmo. Este fatofica bastante evidente se considerarmos queuma grande quantidade de bolhas colapsa empequeno intervalo de tempo nas proximidadesda regio afetada.


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Cada bolha tem um ciclo entre crescimen-to e colapso da ordem de poucos milsimosde segundo e induz altssimas presses queatingem concentradamente a zona afetada.Para se ter uma idia deste processo, Shepherdmenciona que este ciclo repetido numa fre-qncia que pode alcanar a ordem de 25 000ciclos por segundo enquanto que Knaap, emfuno de diversos estudos tericos e experi-mentais existentes, sugere a ordem de grande-za de 1000 atm como presso provavelmentetransmitida s superfcies metlicas adjacen-tes ao centro de colapso das bolhas. Um se-gundo aspecto que merece ateno que, ten-do em vista o carter cclico do fenmeno, asaes mecnicas repetidas na mesma regiometlica ocasionam um aumento local de tem-peratura. Wheeler menciona a possibilidade deocorrerem aumentos de temperatura local deat 800oC no material adjacentes ao colapsodas bolhas. Desta forma, este aumento de tem-peratura funciona como facilitador da danifi-cao do material pois altera a sua resistnciamecnica atravs de modificao estrutural.

7.5 Cavitao, eroso e corrosoGostaramos neste ponto de enfatizar que,

como visto no item anterior, a deteriorao domaterial devido cavitao nada tem a ver comos desgastes provenientes de eroso ou corro-so. Como sabemos, a eroso decorre da aode partculas slidas em suspenso sendodeslocadas em velocidade. Por outro lado, cor-roso em bombas decorre normalmente de in-compatibilidade do material com o lquido,propiciando reao qumica destrutiva, ou dautilizao de materiais muito afastados na ta-bela de potencial, em presena de um lquidoque aja como eletrlito, propiciando a oportu-nidade de uma ao galvnica. No obstante,nada impede que estes fenmenos coexistamem um determinado sistema acelerando o pro-cesso de deteriorao do material.

7.6 Conceituao moderna de cavitaoA teoria clssica estipula que a cavitao

inicia quando em qualquer ponto do sistema apresso reduzida ao valor da presso de vapordo lquido na temperatura de operao. Na reali-dade, o problema no to simples, pois, paraque uma cavidade possa ser criada h necessida-de de ruptura do lquido e esta ao no medi-da pela presso de vapor e sim pela resistncia tenso, correlacionada tenso superficial do l-quido na temperatura de operao.

Esta evidncia implicou necessidade deuma anlise mais profunda do fenmeno pois,como comprovado por Knaap e Pearshal, l-quidos puros e homogneos podem resistir avalores bastantes altos de presso negativa outenso, sem cavitar. Desta forma, se as opera-es industriais fossem realizadas apenas comlquidos puros e homogneos, cavitao seriaum fenmeno desconhecido e sem significn-cia prtica porque s ocorreria em circunstn-cias muito especiais de velocidades tremen-damente altas ou de altas temperaturas. Entre-tanto, na realidade isto no acontece e a cavi-tao normalmente inicia quando a presso dosistema em um ponto atinge valores da ordemda presso de vapor. Este fato levou conclu-so de que impurezas devem estar presentesno lquido ocasionando a diminuio de suaresistncia tenso. Realmente, em quase to-dos os casos prticos, os lquidos no se apre-sentam em uma forma pura mas contamina-dos por gases. Estas impurezas, comumentechamadas de ncleos, so as responsveis peladiminuio da resistncia tenso e propiciamo incio da cavitao.

Ento, quando a presso atinge um valorcrtico, prximo presso de vapor, o que real-mente acontece a oportunidade para o cres-cimento de bolhas j existentes no seio do l-quido. Assim sendo, o incio da cavitao se-ria melhor definido como sendo o aparecimen-to de bolhas macroscpicas a partir de bolhasmicroscpicas ou ncleos existentes comoimpureza no seio do lquido quando a pressoatinge um valor crtico. O restante do proces-so de cavitao se comporta de acordo com omodelo clssico com os inconvenientes dacavitao dependentes do colapso das bolhase de suas conseqncias.

7.6.1 Presso crtica para o incio da cavitaoDo que foi visto conclui-se que seria alta-

mente interessante uma determinao efetivada presso mnima a partir da qual um sistemaapresentaria cavitao.

Lamentavelmente, as tentativas realizadasno sentido de equacionamento das foras emao sobre uma bolha no conduziram a equa-es de aplicao prtica posto que eram de-pendentes de variveis no mensurveis no diaa dia industrial. Apenas como contribuio aoentendimento didtico do problema apresen-tamos, a seguir, uma anlise simplificada dascondies de equilbrio esttico de uma bolhaesfrica. Para isto, consideremos que o lquido

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contem ncleos de vapor, gs, ou ambos e queo incio da cavitao ocorrer quando estesncleos ficarem instveis e crescerem a valo-res macroscpicos devido queda da pressodo lquido a nvel crtico.

Equilbrio estatstico de foras em uma bolha esfrica.

As condies para tal crescimento podem ser estabelecidas a partir do equilbrio esttico dasforcas internas e externas atuantes no ncleo esfrico. Internamente temos as forcas produzidaspelas presses parciais do vapor e do gs dentro do ncleo, enquanto que externamente, tenden-do a conter o crescimento do ncleo, temos a presso ambiente do lquido e a presso devido tenso superficial na interface ncleo/lquido. Adotemos a seguinte simbologia:

A equao est plotada na figura a seguir para duas condies diferentes de gs contido nabolha.

Pode-se observar que, para presses ambientes maiores que a presso crtica, a bolha secomporta de uma forma estvel com seu crescimento contido, enquanto que para pressesambientais iguais ou inferiores crtica, teremos o crescimento instvel da bolha. Na curvasuperior a presena de gs maior, o que mostra que a presso crtica para incio da cavitaoaumenta com a quantidade de gs presente.

Condies de equilbrio esttico para duas bolhas de diferentes condies de gs contido.


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Lamentavelmente a equao e similaresno permitem o clculo preciso da presso cr-tica pois, alm de estar baseada em hiptesessimplificadoras, normalmente no conhece-mos o valor da constante (K) e do raio da bo-lha (R). Entretanto, ela permite qualitativamen-te entender a influncia da presena de gases everificar que apesar da presso crtica no serexatamente igual presso de vapor, este va-lor pode ser utilizado para fins prticos. Estahiptese particularmente aceitvel se con-siderarmos que normalmente ser utilizadocoeficiente de segurana adicional.

7.7 Anlise da cavitao em bombasExistem dois aspectos a serem estudados

no que concerne cavitao em bombas. Oprimeiro, que constitui o objetivo principal, determinar as condies que devemos satisfa-zer para evitar o fenmeno o que normal-mente conseguido. O segundo aspecto apre-sentar procedimentos que atenuam os efeitosda cavitao, caso seja impossvel ou imprati-cvel evitar a sua existncia.

Para isto procederemos ao equacionamen-to do fenmeno. Nesta anlise consideraremosque a cavitao normalmente tem origem naentrada (olho) do impelidor, devido insufi-cincia do sistema em manter, naquela regio,uma presso acima da crtica. Como explica-do no item anterior, adotaremos para fins pr-ticos o valor da presso de vapor do lquido natemperatura de bombeamento como pressocrtica.

7.8 Equacionamento da cavitao embombas

Consideremos o sistema de suco na fi-gura a seguir:

Sistema de suco e entrada da bomba.

Vimos anteriormente que a altura mano-mtrica de suco (hs) representao a energiamanomtrica por unidade de peso existente noflange de suco e era expressa por:

Ento, a energia em termos absolutos noflange de suco seria:

Onde: Pa = presso atmosfrica local

Se desta energia subtrairmos a parcelacorrespondente perda de carga (hfi) entre oflange de suco e o olho do impelidor, obte-remos a energia em termos absolutos nesteltimo.

Finalmente, como nosso objetivo deter-minar a presso mnima no olho do impelidorprecisaremos subtrair deste valor a parte cor-respondente energia cintica absoluta nomesmo, (V1

2/ 2 g), e uma parcela da energiacintica relativa, (l Vr12 / 2 g), que correspon-de a uma queda de presso local (perda de car-ga) devido acelerao sofrida pelo fluido aoentrar propriamente no olho do impelidor. Con-siderando que a cavitao inicia quando estapresso mnima igual presso de vapor, aequao do incio da cavitao toma a seguin-te forma:

Observando a equao acima, verificamosque o primeiro membro no depende da bom-ba, s dependendo das caractersticas do sis-tema e do lquido bombeado. Este membroabaixo, repetido, recebe comumente a deno-minao de NPSH disponvel e interpretadofisicamente como sendo a energia absoluta porunidade de peso existente no flange de suc-o, acima da presso de vapor.

O termo NPSH proveniente de nomen-clatura inglesa constituindo as iniciais de NetPositive Suctins Head.

Continuando a observar a equao, veri-ficamos que o segundo membro da equaono depende das caractersticas do sistema, sdependendo daquelas da bomba e, sob certosaspectos, do lquido bombeado. Este membro

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abaixo repetido, recebe comumente a denomi-nao de NPSH requerido e interpretado fi-sicamente como sendo a quantidade mnimade energia absoluta por unidade de peso aci-ma da presso de vapor, que deve existir noflange de suco para que no haja cavitao.

7.9 Curva NPSHr x vazo

Observando a equao acima, verificamosque o NPSH requerido funo de velocidadee conseqentemente, para uma mesma bom-ba, aumenta com a vazo.

Esta informao normalmente forneci-da pelo fabricante para cada uma das bombasde sua linha de fabricao atravs das curvasde NPSH requerido versus vazo, conformeilustrado na figura a seguir.

Curva de NPSH requerido versus vazo.

7.10 Clculo do NPSH disponvelConsiderando o sistema da figura a seguir,

o NPSH disponvel pode ser calculado por:

onde:hs = altura manomtrica de suco.Ps = presso manomtrica no reservat-

rio de suco.Zs = altura esttica de suco.hfs = perdas na linha de suco.Pa = presso atmosfrica local.Pv = presso de vapor na temperatura de

bombeamento.

Vfs = velocidade mdia do lquido noflange de suco.

Pfs = presso manomtrica no flange desuco.

g = peso especfico na temperatura debombeamento.

Ilustrao tpica de sistema de suco.

>=

7.11 Critrios de avaliao das condiesde cavitao

O nosso problema, ento, calcular oNPSH disponvel para a vazo de operaopretendida e comparar com o valor do NPSHrequerido tirado da curva NPHS requerido xvazo fornecida pelo fabricante.

Falamos que o NPSH disponvel deve sermaior que o requerido; resta definir esta mar-gem de segurana.

De um modo geral, a margem usada napratica de 2 ft (0,6m) de lquido; ento:

NPSHdisponvel NPSHrequerido + 0,6 m de lquido

Nesta oportunidade cabe recordar a anli-se da influncia de impurezas no incio da ca-vitao. Desta forma, em condies desfavo-rveis, seria desejvel um maior rigor quanto margem de segurana.

7.11.1Clculo da vazo mxima permissvel deuma bomba em um sistema

O critrio expresso pela equao acimapermite verificar as condies de cavitaopara uma determinada vazo. Entretanto, se ob-servarmos a equao abaixo repetida, veremosque o NPSH disponvel funo das perdasna linhas de suco e conseqentemente davazo bombeada.

Assim sendo, se arbitrarmos valores devazo e computarmos os correspondentes va-lores NPSH disponvel, tendo em vista que asperdas crescem com a vazo, os valores resul-tantes sero decrescentes com o aumento damesma. Desta forma, se plotamos estes valo-res em funo da vazo, a conseqente curva


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NPSH disponvel versus vazo ser decrescen-te conforme ilustrado na figura a seguir.

Curva de NPSH disponvel x vazo.

Considerando que a curva de NPSH re-querido versus vazo crescente, a intersecodestas curvas determinar a vazo mxima deuma bomba em um sistema (como na figura aseguir). Esta a vazo correspondente ao in-cio da cavitao e queda nas curvas caracte-rsticas conforme anteriormente ilustrado nafigura anterior.

Vazo mxima para efeito de cavitao.

interessante notar que no possvelestabelecer regra geral para determinar a va-zo mxima pois a mesma bomba em outrosistema teria vazo mxima diferente devido variao da curva do NPSH disponvel. Destaforma, a queda nas curvas caractersticas sedaria em vazes diferentes para diferentes sis-temas ou condies de suco, conforme an-teriormente ilustrado na figura anterior. Por ou-tro lado, bombas diferentes em um mesmo sis-tema tambm acarretariam vazes mximas di-ferentes devido variao da curva do NPSHrequerido. Finalmente, importante frisar quea vazo mxima assim determinada correspon-de vazo mxima terica para efeitos do in-cio de cavitao. A vazo mxima permiss-vel do ponto de vista prtico seria aquela quemantivesse a diferena de 2 ft (0,6m) entre oNPSH disponvel e o NPSH requerido.

Um outro critrio eventualmente usadopara fixar o limite de operao de uma bombaem um sistema, quanto cavitao, a cha-mada altura mxima de suco.

7.11.2 Altura mxima de sucoEste valor, eventualmente dado por fabri-

cantes como meio de limitar as condies per-missveis de suco, corresponde teoricamente

ao valor da altura esttica de suco mxima(Zs mx.) que a bomba pode aceitar, conformeilustrado na Figura a seguir.

Altura esttica de suco.

Neste caso, j considerando a margem desegurana entre o NPSH disponvel e o NPSHrequerido, a altura esttica mxima (Zs mx.)seria determinada a partir da equao.

Normalmente, este critrio s utilizadoem instalaes cujo reservatrio de suco atmosfrico (Ps = 0) e em instalaes de bom-beamento dgua. Neste caso o valor da alturamxima de suco , eventualmente, forneci-do pelo fabricante.

7.12 Fatores que modificam o NPSHdisponvel

Se observarmos a equao para clculo doNPSH disponvel, veremos que a alterao dedeterminadas variveis pode distorcer comple-tamente o resultado final. Assim sendo, con-vm analisarmos a influncia dos seguintes fa-tores:

altura esttica de suco (Zs); altitude do local de instalao; temperatura de bombeamento do lquido; tipo de lquido bombeado; tipo de entrada, dimetro, comprimen-

to e acessrios da linha de suco; vazo; presso no reservatrio de suco (Ps).

7.12.1Altura esttica de suco (Zs)Variando a altura esttica de suco (Zs)

variar o valor do NPSH disponvel. Comodevemos analisar as condies crticas, NPSHdisponvel mnimo, utilizaremos a altura est-tica mnima no caso de Zs positivo e a alturamxima no caso de Zs negativo.

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7.12.2 Altitude do local da instalaoVariando a altitude variar a presso at-

mosfrica e portanto o NPSH disponvel. Parabombas instaladas acima do nvel do mar po-demos considerar uma diminuio da pressoatmosfrica de 1 in.Hg para cada 1000 ft dealtitude.

7.12.3 Temperatura de bombeamentoQuanto maior a temperatura maior a pres-

so de vapor, influenciando tambm no pesoespecfico e na perda de carga atravs da vis-cosidade.

7.12.4 Tipo de lquido bombeadoEventualmente, uma mesma instalao

pode trabalhar com mais de um lquido. ne-cessrio verificar o caso crtico, NPSH dispo-nvel mnimo, analisando os valores da pres-so de vapor, peso especfico e viscosidade dosprodutos.

7.12.5 Tipo de entrada, comprimento, dimetroe acessrios da tubulao de suco

necessrio ter em mente que qualqueralterao nas caractersticas fsicas da tubula-o de suco ou nos acessrios instalaode um filtro ou vlvula de p, por exemplo modificam o valor do NPSH disponvel.

7.12.6 VazoNaturalmente, alterao na vazo de opera-

o implica alterao na perda de carga de suc-o e conseqentemente no NPSH disponvel.

7.12.7 Presso no reservatrio de suco (Ps)Tem influncia direta no valor de NPSH

disponvel.

7.13 Fatores que modificam o NPSHrequerido e procedimentos para melhoraro desempenho das bombas quanto cavitao

Naturalmente, a preocupao fundamen-tal quanto a minimizar o NPSH requerido do fabricante. Entretanto, interessante tam-bm para o usurio alguma noo do proble-ma. Para isto observemos a equao abaixorepetida:

Logicamente, qualquer fator que altere osvalores dos componentes da equao resulta-r em modificao do NPSH requerido. Aban-

donando, por enquanto, a possibilidade de in-fluncia do lquido bombeado, os seguintesfatores merecem apreciao:

possibilidade de reduo da perda naentrada da bomba (hfi);

possibilidade de reduo das velocida-des absoluta e relativa no olho do im-pelidor (V1) e (Vr1);

uso do indutor; variao da rotao.Vamos analisa-los nesta ordem.

7.13.1 Possibilidade de reduo da perda naentrada da bomba (hfi)

Esta possibilidade explorada pelos fa-bricantes atravs de projeto de canal de entra-da hidronicamente adequado e cuidado com ograu de acabamento.

7.13.2 Possibilidade de reduo das velocidadesabsoluta e relativa no olho do impelidor (V1) e (Vr1)

A velocidade (V1) pode ser reduzida atra-vs de aumento da rea de entrada do impeli-dor tendo em vista que V1 = Q/rea de entradado impelidor. Entretanto, a anlise no podeser feita to simplesmente, pois alm de cui-dados necessrios com a hidrodinmica da suc-o, a variao da rea de entrada tambmimplica variao da velocidade relativa con-forme ilustrado na figura a seguir.

Diferentes condies de olho de impelidor.

Assim sendo, a anlise deve considerar tam-bm a influncia em Vr1. Por exemplo, podemosverificar a variao de Vr1, com o dimetro maior(d2) da suco atravs da seguinte equao:


53

Assim sendo, para valores conhecidos deQ, d1 e N resulta um grfico similar ao ilustra-do na figura a seguir.

A velocidade relativa na suco pode sertambm reduzida atravs da utilizao de psguias na entrada do impelidor. Este procedi-mento gera uma pr-rotao e o aparecimentoda componente perifrica da velocidade abso-luta na entrada do impelidor (Vu1), conformeilustrado na figura a seguir.

Pr-rotao no olho do impelidor.

Notar que este procedimento apresenta oinconveniente de reduzir a capacidade de trans-ferncia de energia. Neste caso, de acordo coma teoria do impelidor, temos:

H = (U2Vu2 U1Vu1)/gc.

7.13.3 Uso do indutorO indutor (Figura a seguir) nada mais

que um rotor normalmente axial ou de fluxomisto, colocado na frente do impelidor con-vencional de uma bomba.

Indutor visto isoladamente e no con-junto de uma bomba centrfuga (Cor-tesia da Worthington S. A).

O principal objetivo do indutor funcio-nar como auxiliar do impelidor principal, re-duzindo o NPSH requerido pela bomba (ilus-trada na figura a seguir). O indutor, ofereci-do em grande nmero de projetos como com-ponente opcional.

Curvas caractersticas de uma bomba centrfuga com e semindutor (Cortesia da Worthington S.A.).

7.13.4 Variao da rotaoSe observarmos a ltima equao citada

no item 7.8 veremos que o NPSH requeridovaria com o quadrado da rotao.

NPSH requerido a N2

Verificamos que Q a N e H a N2. Estefato, associado ao expresso pela equao aci-ma permite as seguintes consideraes:

Na determinao da curva de NPSH re-querido versus vazo, para uma rota-o diferente da original h necessida-de de considerar a variao de ambos NPSH requerido e Q com a rotao.

Tendo em vista que, como regra geral,Q a N e H a N2, prefervel usar rota-es altas, pois, para um mesmo pontode trabalho, conduzem a bombas me-nores e, provavelmente, sem conside-rar caractersticas especiais de projeto,a um menor custo.

Variao de Vr1 com d2.

54


Anotaes

Entretanto, considerando a equao an-terior, usual a utilizao de menores rota-es em situaes onde as condies de suc-o so desfavorveis como, por exemplo, nasbombas de condensado.

Finalmente, considerando que o NPSHrequerido e H so proporcionais aoquadrado da rotao, possvel definiro parmetro adimensional (sTHOMA)tambm conhecido como


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8LeituraComplementar 28.1 Variveis caractersticas em bombascentrfugas8.1.1 Curva carga (H) x vazo (Q)

Carga de uma bomba, pode ser definidacomo energia por unidade de massa ou ener-gia por unidade de peso que a bomba tem con-dies de fornecer ao fluido para uma deter-minada vazo. Embora a definio usandomassa como grandeza fundamental seja maisconsistente para anlises tericas, existe umatradio no campo prtico de bombas no sen-tido de usar energia por unidade de peso. As-sim sendo, as curvas de cargas versus vazofornecidas pelos fabricantes, normalmente,apresentam a carga com uma das seguintesunidades:

kgf x m lbf x ftm ou ft

kgf lbf= =

A curva carga x vazo recebe diferentesdenominaes de acordo com a forma queapresenta, assim temos:

8.1.2 Curva inclinada (Rising)Nesta curva a carga aumenta continuamente

com a diminuio da vazo (Figura abaixo).

8.1.3 Curva ascendente/descendente (Drooping)Nesta curva a carga na vazo zero me-

nor que a desenvolvida para outras vazes (Fi-gura abaixo).

Curva inclinada (Rising).

8.1.4 Curva altamente descendente (Steep) uma curva inclinada em que existe uma

grande diferena entre a carga desenvolvidana vazo zero (shutoff) e a desenvolvida navazo do projeto (Figura abaixo).

Curva ascendente/descendente (Drooping).

Curva altamente descendente.

8.1.5 Curva plana (flat)Nesta curva a carga varia muito pouco com

a vazo, desde o shutoff (vazo zero) at oponto de projeto (Figura abaixo).

Curva plana.

Extrado do livro: FALCO, Reinaldo de. Bombas indus-triais . Rio de Janeiro: McKlausen Editora Ltda., 1992,p. 115117.

56


a) Curvas tipo estvelSo aquelas em que para uma determi-nada carga temos uma s vazo (Exem-plo: tipos A, C, D).

b) Curvas tipo instvelSo aquelas em que a um determinadovalor de carga pode corresponder duasou mais vazes (Exemplo: tipo B)

8.2.2 Potncia absorvida pela bomba (Potabs) a potncia que a bomba recebe ou ab-

sorve do acionador (motor, turbina, etc.). Ana-logamente potncia cedida, a potncia ab-sorvida pode ser expressa como:

E as correspondentes frmulas preparadasseriam:

Finalmente, a curva de potncia absorvi-da versus vazo, normalmente fornecida pelofabricante do equipamento, toma a seguinteforma (Figura a seguir).

Curva pot. Absorvida x vazo.

8.3 Curva rendimento total (h) x vazo (Q)O rendimento total (h) pode ser definido

como h = hH . hv . hm. Uma outra forma dedefini-lo :

h = Potncia til cedida ao fluido = Potc

Potncia absorvida pela bomba Potabs

8.2 Curvas de potncia absorvida xvazo

De modo geral, a nossa preocupao coma potncia absorvida pela bomba, pois esta apotncia requerida do acionador e, portanto,usada na sua seleo. Entretanto importantefazer distino entre as seguintes potncias.

Potncia til cedida ao fluido (Potc) Potncia absorvida pela bomba (Potabs)

8.2.1 Potncia til cedida ao fluido (Potc)Novamente, dependendo da escolha da

grandeza bsica como sendo massa ou peso, apotncia cedida (Potc) pode ser escrita como:

Potc = rQH, onde H usado em energia/massa.

Potc = gQH, onde H usado em energia/peso.

So muito usadas, no clculo da potnciacedida, as seguintes frmulas preparadas:


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A curva de rendimento versus vazo, aser fornecida pelo fabricante do equipamento, ilustrada na Figura a seguir.

Curva de rendimento versus vazo.

8.4 Formas de apresentao das curvascaractersticas

As curvas carga x vazo, potncia ab-sorvida x vazo e rendimento x vazo apre-sentadas anteriormente, so normalmente for-necidas em conjunto, conforme mostra a Fi-gura a seguir.

Curvas caractersticas para bombas centrfugas.

Uma outra forma de apresentar a curva derendimento mostrada na figura abaixo onde,para um par de valores Q x H, determina-se ovalor do rendimento (h). No exemplo dadopara o par Q1 H1 o rendimento seria obtidopor interpolao entre h3 e h4.

Curvas caractersticas para bombas centrfugas.

Famlia de curvas caractersticas (Cortesia da Gould PumpsInc.).

8.5 Caractersticas do sistemaA curva de carga da bomba versus va-

zo nos diz claramente a energia por unidadede peso que a bomba capaz de fornecer aofluido em funo da vazo. Entretanto, paraque possamos determinar o ponto de trabalho,torna-se necessrio determinar qual a energiapor unidade de peso que o sistema solicitarde uma bomba em funo da vazo bombea-da. A esta sua caracterstica d-se o nome dealtura manomtrica do sistema. representa-da pelo mesmo smbolo (H) utilizado para car-ga da bomba. Esta energia por unidade de pesosolicitada pelo sistema ento, para cada va-zo, funo da altura esttica de elevao dofluido, da diferena de presses entre a suc-o e a descarga e das perdas existentes no cr-culo.

Assim sendo, para uma determinada va-zo, se considerarmos a Figura a seguir, a bom-ba deve fornecer uma carga suficiente paracompensar a altura manomtrica do sistema,ou seja:

compensar a altura geomtrica (h)

compensar a diferena de presses (Pd Ps)

compensar as perdas na suco e des-carga

Uma terceira maneira muito usual de apre-sentar as curvas caractersticas ilustrada nafigura a seguir. Neste caso, o rendimento e apotncia absorvida so fornecidos na forma decurvas de isorendimento e isopotncia, respec-tivamente. Vemos pela primeira vez que narealidade possvel gerar uma famlia de cur-vas atravs da alterao do dimetro externodo impelidor. Na realidade, isto tambm seriapossvel atravs de variao da rotao.

58


Sistema de bombeamento.

Portanto, voltamos a frisar que carga umacaracterstica da bomba enquanto que a alturamanomtrica uma caracterstica do sistema,apenas devendo-se considerar que a carga ex-pressa em medida linear nos diz a altura ma-nomtrica que a bomba capaz de vencer emdeterminada vazo.

8.5.1 Conceituao da altura manomtrica dosistema

Acabamos de ver o que se entende por al-tura manomtrica, que representamos pela le-tra H devido sua correspondncia com a car-ga da bomba. Resta-nos agora saber comocalcul-la. Para este efeito consideramos no-vamente a Figura acima.

A altura manomtrica total (H) ser entocalculada atravs da frmula H = hd hs, onde:H = altura manomtrica total, ou seja, a ener-gia por unidade de peso que o sistema solicitada bomba para uma determinada vazo, sendoutilizadas as unidades:

hs = altura manomtrica de suco, ouseja, a quantidade de energia por uni-dade de peso j existente no flange desuco (ponto 1) para uma determina-da vazo.

hd = altura manomtrica de descarga,ou seja, a quantidade de energia por uni-dade de peso que deve existir no flangede descarga (ponto 2) para que o fluidoalcance o reservatrio de descarga nascondies exigidas de vazo e presso.

A frmula H = hd hs torna-se, ento debastante simples entendimento, pois se daquantidade de energia por unidade de peso quedeve existir no recalque (ponto2) subtrairmos

a quantidade de energia por unidade de pesoj existente na suco (ponto 1), o resultados poder ser a altura manomtrica total, ouseja, a quantidade de energia por unidade depeso que o sistema solicita para que possa serconseguida uma determinada vazo, ou emoutras palavras, a carga que uma bomba insta-lada neste sistema dever fornecer.

Ento se dispusermos de meios para cal-cular hs e hd, teremos calculado o H.

8.5.2 Calculo de altura manomtrica de suco (hs)Tendo em vista que hs representa a ener-

gia manomtrica por unidade de peso existen-te no flange de suco, duas alternativas exis-tem para seu clculo. A primeira alternativaconsiste em aplicar o teorema de Bernoullientre um ponto tomado na superfcie livre doreservatrio de suco e o flange de suco dabomba, isto :

Energia por unidade Perda na linha dehs de peso no ponto de suco para a vazo

tomada de suco considerada

=

A segunda alternativa consiste em medirlocalmente a quantidade de energia por unida-de de peso existente no flange de suco. Na-turalmente, esta alternativa s pode ser utili-zada mediante um teste quando a instalao jest funcionado. Neste caso, teramos:


59

Clculo de hs para sistema com nvel de lquido no reservatrio de suco abaixo da linha de centro de suco da bomba.

Apresentamos a seguir uma srie de aplicaes (Figuras a seguir) do clculo de hs paradiferentes configuraes de linhas de suco.

Clculo de hs para sistema com reservatrio de suco pressurizado.

Clculo de hs para sistema com reservatrio de suco aberto para a atmosfera.

Smbolos usados nas frmulas de hsZs = altura esttica de sucoPs = presso manomtrica no reserva-

trio de sucohfs = perda de carga na linha e acessrios

de suco incluindo a perda naentrada da tubulao

hs =suction head (valor positivo de hs)(hs) =suction lift (valor negativo de hs)Pb = presso medida no flange de suc-

o (manomtrica)Vb = velocidade mdia computada no

flange de suco (manomtrica)

8.5.3 Clculo da altura manomtrica dedescarga (hd)

Como sabemos, hd representa a energiamanomtrica por unidade de peso que deveexistir no flange de descarga para que o fluidoatinja o ponto final de descarga atendendo ascondies do processo. Desta forma, analoga-mente ao utilizado no clculo do hs, duas al-ternativas se apresentam. A primeira consisteem aplicar o teorema de Bernouilli entre oflange de descarga e o ponto final de descar-ga, isto :

Energia por unidade Perdas na linha dehd de peso no ponto final recalque para a vazo

de descarga considerada

=

60


A segunda alternativa consiste em medirlocalmente a quantidade de energia por unida-de de peso no flange de descarga. Mais umavez, cabe ressaltar que esta alternativa, natu-ralmente, s pode ser usada mediante um tes-te quando a instalao j est funcionando.Neste caso, teramos:

Apresentarmos a seguir, uma srie de apli-caes do clculo de hd (Figuras a seguir) paradiferentes configuraes de linha de recalque.

Clculo de hd para reservatrio de recalque pressurizado.

Clculo de hd para reservatrio de recalque aberto para aatmosfera.

Clculo de hd para a descarga livre.

Clculo de hd considerando o efeito de sifo.

Clculo de hd considerando o efeito de sifo.

Sistema de bombeamento


61

Clculo de hd com reservatrio de descarga abaixo de linhade centro da bomba.

Smbolos usados nas frmulas de hdZd = altura esttica de descargaPd = presso manomtrica no reservat-

rio de descargahfd = perda de carga na linha e acessrios

da descarga incluindo a perda nasada do lquido da tubulao

Pc = presso manomtrica medida noflange de descarga

g = peso especficoVc = velocidade no flange de descargag = acelerao

8.5.4 Clculo da altura manomtrica total (H)Estamos agora em condies de determinar a altura manomtrica total do sistema.Para isto,

basta calcular hd e hs e obter a diferena, conforme exemplo a seguir. Considerando o sistemailustrado na Figura abaixo.

Ento:

Usando a segunda alternativa de clculo,o valor da altura manomtrica (H) obtidoatravs dos valores das presses e velocida-des nos pontos b e c; neste caso, possveldeterminar diretamente a diferena entre asquantidades de energia por unidade de pesonestes pontos. Este mtodo encontra aplica-o quando j existe a instalao pois, nestecaso, manmetros forneceriam as presses emb e c enquanto que as velocidades seriam fa-cilmente obtidas por:

onde:Ds dimetro da linha no flange de

sucoDr dimetro da linha no flange de

recalque

Neste caso a frmula aplicada seria:

.

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Na equao anterior consideramos que ospontos b e c esto na mesma horizontal; casohouver diferena sensvel de cotas, esta dife-rena deve ser considerada e adicionado (Zc Zb)ao valor computado pela equao.

8.6 Determinao da curva do sistemaDenominamos por curva do sistema uma

curva que mostra a variao da altura mano-mtrica total a vazo ou, em outras palavras,mostra a variao da energia por unidade depeso que o sistema solicita em funo da va-zo. Para determinar a curva do sistema, va-mos considerar a situao geral ilustrada naFigura anterior. Como vimos, a altura mano-mtrica total pode ser expressa por:

O procedimento, em detalhes, ser entoo seguinte:

Fixam-se arbitrariamente valores de va-zo, em torno de seis, estando entre es-tes a vazo zero e a vazo com a qualdesejamos que o sistema opere.Objetivando a cobertura de uma amplafaixa de vazo, as quatro vazes res-tantes devem ser fixadas da seguinteforma: duas de valor inferior vazo preten-

dida para operao duas de valor superior vazo

pretendida para operao Observando a equao abaixo, vemos

claramente, que para a vazo zero,

Para as demais vazes, a determinaode H feita somando ao valor do Hesttico a perda de carga do sistemapara cada vazo.

Ento poderemos determinar a corres-pondncia entre os valores de Q e H.

Curva do sistema.

8.7 Determinao do ponto de trabalhoSe locarmos a curva no sistema, no mes-

mo grfico onde esto as curvas caractersti-cas da bomba, obteremos o ponto normal detrabalho na interseo da curva Q x H da bom-ba com a curva do sistema, conforme mostra aFigura a seguir.

De posse dos pares de valores (Q, H)resta-nos apenas locar os pontos econstituir uma curva que apresenta umaforma semelhante da Figura a seguir.

Ponto de trabalho (QT, HT, PT, hT).

Ento, a bomba teria como ponto normalde trabalho:

vazo (QT) carga ou head (HT) potncia absorvida (PotT) rendimento da bomba no ponto de tra-

balho (hT)Deve-se considerar que existem diversos

recursos para modificar o ponto de trabalho edeslocar o ponto de encontro das curvas Q x Hda bomba e do sistema.


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Exerccios 08. Em uma injeo de selagem (flushing) queopera com produto quente necessrio umresfriador para a reduo da temperatura. Quala principal falha que pode ocorrer nesse siste-ma e qual a conseqncia dessa falha?

09. Em uma bomba que opera com querosenede aviao est havendo contaminao da cai-xa de mancal com gua. Quais as possveiscausas desse problema?

10. Quais os cuidados devem ser observadosao partir uma bomba centrfuga?

11. Uma bomba acionada por uma turbina estcom baixa presso de descarga. Oque pode ser feito na turbina, a nvel operacio-nal, para aumentar a presso de descarga?

12. Uma bomba acionada por uma turbina estoperando em carga plena com fluido (lquido)bastante viscoso, determinando abertura totalda vlvula parcializadora. Em algum momen-to, veio um bolso de gs na bomba e em se-guida verificou-se que a bomba parou. Por quea bomba parou?

13. Quais os cuidados devem ser observadosao partir uma turbina a vapor?

14. Houve suspeita de vazamento de gs, noC-2501-A, da cmara de compresso para ocrter. Um tcnico de manuteno solicitouanlise do leo e, baseado no resultado desta,determinou a troca do leo imediatamente. Quevarivel (fator) considerada para essa tomadade deciso?

15. Uma bomba alternativa com acionador avapor parou (cessou seu movimento). O quepode ter ocorrido?

16. Quais cuidados devem ser observados aopartir uma bomba dosadora?

17. Uma bomba de fuso helicoidal (volumtrica),recentemente submetida reviso total, estoperando e no atinge a presso de descargaesperada. O que est ocorrendo no sistema?

18. Uma bomba centrfuga estava com vazonormal e repentinamente perdeu vazo. Queao do operador pode ter ocorrido para de-sencadear tal fato?

01. O Operador detectou que por algum moti-vo um a bomba encontra-se parada e sem aproteo do acoplamento. Qual a atitude a sertomada?

02. O Operador passou ao lado de uma bombae acidentalmente enroscou, derrubou e quebrouo copo de leo lubrificante da caixa de mancaisdesta. A bomba reserva est removida paramanuteno e, consequentemente, se esta forparada implica em uma parada da UNIDADEDE CRAQUEAMENTO. Alm disso, o fatose deu em uma Sexta-feira s 22:00 horas.

Nesse caso:Qual a soluo que o operador deve adotar?Caso o operador abandone o local e no

avise ningum, o que poder ocorrer nos pr-ximos dias?

03. Uma bomba dosadora (alternativa) foicompletamente revisada inclusive seu filtro desuco foi limpo e o tanque que fornece pro-duto ao sistema est com nvel adequado.

Ocorre que o nvel do tanque no baixa. Oque est ocorrendo?

04. Foi detectado que um mancal de uma bom-ba est excessivamente quente (800C na parteinferior). Como voc verifica se o sistema derefrigerao est resfriando esse manca!?

05. Foi detectado que um soprador de fornoparou por que caiu a zero a vazo de ar. O ope-rador da rea foi avisado pelo rdio para veri-ficar o soprador no local. Este verificou que omotor est funcionando em rotao normal.

Novamente, confirmou via rdio com pai-nel que a vazo zero. Ento, observou que oeixo do soprador est parado. Qual a falha me-cnica que ocorreu?

06. Foi observado que em uma bomba que ope-ra com gaxetas est vazando produto (resduode vcuo). Como a bomba tem flushing comdiesel deveria vazar diesel. Considere que abomba possui folgas adequadas e as gaxetasforam recentemente ajustadas. Por que estvazando produto?

07. Qual a consequncia da obstruo de umfiltro de selagem?

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Referncias BibliogrficasMATTOS, Edson Ezequiel; FALCO, Reinaldode. Bombas Industriais. 2. ed. Rio de Janei-ro : McKlausen, 1992.

KARASSIK, I. J.; CARTER, R. CentrifugalPumps. McGraw Hill Book Company, 1960.

KARASSIK, I. J.; KRUTZSCH, W. C.;FRAZER, W. H.; MESSIAN, J. P. PumpHandbook. McGraw Hill Book Company,1976.

19. Qual a diferena entre um compressor cen-trfugo e uma bomba centrfuga?

20. Qual a diferena, em termos de aplicao,entre um compressor centrfugo e um compres-sor alternativo?

21. Em um compressor centrfugo aberto, foiobservada a existncia de quatro impelidorescom dimetros diferentes. Por que existemquatro impelidores e por que seus dimetrosso diferentes?

22. Um compressor alternativo de dois est-gios perdeu eficincia e apresenta rudo nocabeote do primeiro estgio. Qual a falhamecnica provvel?

23. Em um compressor centrfugo para com-presso de gs de processo, nota-se a existn-cia de dois sistemas de leo. Um sistema destinado lubrificao. Qual a finalidade dooutro?

Anotaes


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No UnicenP, a preocupao com a construo e reconstruo doconhecimento est em todas as aes que so desenvolvidas pelos pr-reitores, diretores de Ncleos, coordenadores de Cursos e professores.Uma equipe coesa e unida, em busca de um s objetivo: a formao docidado e do profissional, que capaz de atuar e modificar a sociedadepor meio de suas atitudes. Preparar este cidado e este profissional umaresponsabilidade que esta equipe assume em suas atividades no CentroUniversitrio Positivo, que envolvem, principalmente, as atividades emsala de aula e laboratrios, bem como a utilizao contnua dos recursosdisponibilizados pela Instituio em seu cmpus universitrio. Esta equipetrabalha em trs ncleos bsicos da rea de graduao Ncleo deCincias Humanas e Sociais Aplicadas, Ncleo de Cincias Biolgicas e daSade, Ncleo de Cincias Exatas e Tecnolgicas alm das reas de ps-graduao e de extenso.

O UnicenP oferece em seus blocos pedaggicos 111 laboratrios, clnicasde fisioterapia, nutrio, odontologia e psicologia, farmcia-escola,biotrio, central de estagio, centro esportivo e salas de aula, nos quais encontrada uma infra-estrutura tecnolgica moderna que propicia aintegrao com as mais avanadas tcnicas utilizadas em cada rea doconhecimento.

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Principios ticos da PetrobrasA honestidade, a dignidade, o respeito, a lealdade, odecoro, o zelo, a eficcia e a conscincia dos princpiosticos so os valores maiores que orientam a relao daPetrobras com seus empregados, clientes, concorrentes,parceiros, fornecedores, acionistas, Governo e demaissegmentos da sociedade.

A atuao da Companhia busca atingir nveis crescentesde competitividade e lucratividade, sem descuidar dabusca do bem comum, que traduzido pela valorizaode seus empregados enquanto seres humanos, pelorespeito ao meio ambiente, pela observncia s normasde segurana e por sua contribuio ao desenvolvimentonacional.

As informaes veiculadas interna ou externamente pelaCompanhia devem ser verdadeiras, visando a umarelao de respeito e transparncia com seusempregados e a sociedade.

A Petrobras considera que a vida particular dosempregados um assunto pessoal, desde que asatividades deles no prejudiquem a imagem ou osinteresses da Companhia.

Na Petrobras, as decises so pautadas no resultado dojulgamento, considerando a justia, legalidade,competncia e honestidade.

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