manual de bombas hidráulicas seção 2.2.1

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GRUNDFOS INDUSTRY MANUAL DE BOMBAS

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Page 1: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

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MANUAL DE BOMBASM

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Page 2: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

MANUAL DE BOMBA

Copyright 2004 GRUNDFOS Management A/S. Todos os direitos reservados.

As leis de direitos autorais e tratados internacionais protegem este material. Nenhuma parte deste material pode ser reproduzida sob qualquer forma ou por qualquer meio sem prévia permissão por escrito da GRUNDFOS Management A/S.

Isenção de ResponsabilidadeTomamos todo cuidado necessário para garantir a exatidão do conteúdo deste ma terial, entretanto, a GRUNDFOS Management A/S não será responsável por qualquer perda, quer seja direta, indireta, incidental ou consequente que possa surgir do uso ou confiança depositada sobre qualquer conteúdo deste material.

Page 3: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Introdução

A indústria fabril tem uma elevada demanda pesada por bombas, quando se trata de uma ótima operação, alta confiabilidade e baixo consumo de energia. Por esse motivo, a Grundfos desenvolveu o Manual de Bomba, que, de maneira simples, aborda com várias considerações ao dimensionar bombas e sistemas de bombas.Elaboramos um manual para engenheiros e técnicos que trabalham com o projeto e instalação de bombas e sistemas de bombas, contendo respostas para uma ampla variedade de perguntas técnicas específicas sobre as bombas. O Manual de Bombas pode ser lido do princípio ao fim ou parcialmente sobre tópicos específicos.

O manual está dividido em 5 capítulos, os quais abordam as diferentes fases do projeto de sistemas de bombas.

No capítulo 1 fazemos uma apresentação geral de diferentes tipos de bombas e componentes. Aqui também descrevemos quais precauções tomar ao lidar com líquidos viscosos. Além disso, os materiais mais usados, assim como os diferentes tipos de corrosão são apresentados aqui. As terminologias mais importantes relacionadas à leitura do desempenho das bombas são apresentadas no capítulo 2. O Capítulo 3 aborda os sistemas hidráulicos e alguns dos fatores mais importantes a considerar para se obter uma ótima operação do sistema de bombas. Visto que é frequentemente necessário ajustar o desempenho da bomba por meio de vários métodos de ajuste, estes métodos são abordados no capítulo 4. O capítulo 5 descreve os custos do ciclo de vida uma vez que o consumo de energia desempenha um papel importante nas bombas e sistemas de bombas de hoje.

Esperamos sinceramente que você faça uso do Manual de Bomba e o considere útil no seu trabalho diário.

Diretor de Segmento Especialista em Aplicação

Mogens Roy Olesen Christian R. Bech

Page 4: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Capítulo 1 Design de bombas e motores ................................7

Seção 1.1 Construção de bombas ...............................................81.1.1 A bomba centrífuga ..............................................................81.1.2 Curvas das bombas ............................................................... 91.1.3 Características da bomba centrífuga ..........................111.1.4 Tipos mais comuns de bombas de sucção axial e em linha .................................................. 121.1.5 Tipos de rotores (forças axiais) ...................................... 141.1.6 Tipos de carcaças (forças radiais) .................................. 151.1.7 Bombas monoestágio ...................................................... 151.1.8 Bombas multiestágio .........................................................161.1.9 Bombas com acoplamento longo e curto 16

Seção 1.2 Tipos de bombas .........................................................171.2.1 Bombas padrão ................................................................... 171.2.2 Bombas bi-partida ............................................................ 171.2.3 Bombas hermeticamente seladas ............................ 181.2.4 Bombas sanitárias .............................................................201.2.5 Bombas de efluentes ...................................................... 211.2.6 Bombas imersíveis ........................................................... 221.2.7 Bombas submersas ......................................................... 231.2.8 Bombas de descolamento positivo ............................24

Seção 1.3 Vedações de eixos mecânicos ..............................271.3.1 Componentes e função da vedação de eixo mecânico ................................................................291.3.2 Vedações de eixos mecânicos balanceados e não balanceados ............................................................301.3.3 Tipos de vedações de eixos mecânicos ...................... 311.3.4 Combinações de materiais da face da vedação.............................................................................341.3.5 Fatores que afetam o desempenho da vedação.............................................................................36

Seção 1.4 Motores ......................................................................... 391.4.1Padrões .................................................................................... 401.4.2 Partida no motor ................................................................ 461.4.3 Tensão de alimentação ................................................... 471.4.4 Conversor de frequência ................................................ 47

1.4.5 Proteção do motor ............................................................ 49Seção 1.5 Líquidos ...........................................................................531.5.1 Líquidos viscosos ........................................................................... 541.5.2 Líquidos Não Newtonianos ...................................................... 551.5.3 Impacto dos líquidos viscosos sobre o desempenho de uma bomba centrífuga ........................................................ 551.5.4 Seleção da bomba correta para um líquido com anticongelante .....................................................................561.5.5 Exemplo de cálculo ...................................................................... 581.5.6 Seleção da bomba com auxílio de computador para líquidos densos e viscosos ............................................... 58

Seção 1.6 Materiais ....................................................................... 591.6.1 O que é corrosão? .................................................................601.6.2 Tipos de corrosão ..................................................................611.6.3 Metais e ligas metálicas ....................................................651.6.4 Cerâmica ..................................................................................711.6.5 Plástico ......................................................................................711.6.6 Borracha ...................................................................................721.6.7 Revestimentos .......................................................................73

Capítulo 2 Instalação e leitura dodesempenho ....................................................................................75

Seção 2.1 Instalação da bomba ...............................................762.1.1 Nova instalação ....................................................................762.1.2 Substituição-instalação existente ................................762.1.3 Fluxo do tubo para instalação de bomba única .........................................................................772.1.4 Limitação de ruídos e vibrações .....................................782.1.5 Nível de som (L) .....................................................................81

Seção 2.2 Desempenho da bomba ........................................832.2.1 Termos hidráulicos ...............................................................832.2.2 Termos elétricos ....................................................................902.2.3 Propriedades dos líquidos.................................................93

Índice

Page 5: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Capítulo 3 Sistema hidráulico .....................................................95

Seção 3.1 Características do sistema ......................................963.1.1 Resistências únicas ..............................................................973.1.2 Sistemas abertos e fechados ...........................................98

Seção 3.2 Bombas conectadas em série e paralelas ...........1013.2.1 Bombas em paralelo .........................................................1013.2.2 Bombas conectadas em série .......................................103

Capítulo 4 Ajuste do desempenho das bombas .....................................................................................105

Seção 4.1 Ajuste do desempenho das bombas ................1064.1.1 Controle por estrangulamento ...................................1074.1.2 Controle de desvio ............................................................1074.1.3 Modificação do diâmetro do rotor ............................1084.1.4 Controle de velocidade ...................................................1084.1.5 Comparação dos métodos de ajuste ........................1104.1.6 Eficiência geral do sistema da bomba .....................1114.1.7 Exemplo: Consumo de energia relativo quando o fluxo é reduzido em 20% ..........................111

Seção 4.2 Soluções para bomba com velocidade controlada ..................................................1144.2.1 Controle de pressão constante ...................................1144.2.2 Controle de temperatura constante .........................1154.2.3 Pressão do diferencial constante em um sistema de circulação .............................................1154.2.4 Controle da pressão diferencial com compensada por fluxo ........................................116

Seção 4.3 Vantagens do controle de velocidade......................................................................117

Seção 4.4 Vantagens das bombas com conversor de frequência integrado ......................... 1184.4.1 Curvas de desempenho de bombas com velocidade controlada ....................................................1194.4.2 Bombas com velocidade controlada em diferentes sistemas .........................................................119

Seção 4.5 Conversor de frequência.......................................1224.5.1 Funções e características básicas ................................1224.5.2 Componentes do conversor de frequência .....................................................................1224.5.3 Condições especiais referentes aos conversores de frequência ............................................124

Capítulo 5 Cálculo dos custosdo ciclo de vida ..............................................................................127

Seção 5.1 Equação de custos do ciclo de vida ...................1285.1.1 Custos iniciais, preço de compra (C

ic) .........................129

5.1.2 Custos de Instalação e comissionamento (C

in) ....................................................129

5.1.3 Custos de energia (Ce) .......................................................130

5.1.4 Custos operacionais (Co) ..................................................130

5.1.5 Custos ambientais (Cenv

) ..................................................1305.1.6 Custos de manutenção e reparos (C

m) .....................131

5.1.7 Custos de tempo de parada, perda de produção (C

s) ..................................................131

5.1.8 Custos de desmantelamento e descarte (C

o) .....................................................................131

Seção 5.2 Cálculo dos custos do ciclo de vida – um exemplo ..................................132

Apêndice ...........................................................................................133

A) Notações e unidades .......................................................134B) Tabelas de conversão de unidades ............................135C) Prefixos SI e alfabeto grego ..........................................136D) Pressão do vapor e densidade da água em diferentes temperaturas........................................137E) Orifício ................................................................................138F) Mudança na pressão estática devido à mudança do diâmetro do cano...............................139G) Injetores ................................................................................140H) Nomograma para perdas de carga em curvas e válvulas ...........................................141I) Nomograma para perda do tubo de água limpa a 20˚C ............................................................142J) Sistema periódico .............................................................143K) Padrões de bombas .........................................................144L) Viscosidade para líquidos diferentes como função da temperatura do líquido ...............145

Índice remissivo ............................................................................151

Page 6: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Capítulo 1. Design de bombas e motores

Seção 1.1: Construção da bomba

1.1.1 A bomba centrífuga1.1.2 Curvas da bomba1.1.3 Características da bomba centrífuga1.1.4 Tipos mais comuns de bombas de sucção axial e em linha1.1.5 Tipos de rotor (forças axiais)1.1.6 Tipos de carcaças (forças radiais)1.1.7 Bombas monoestágio1.1.8 Bombas multiestágio1.1.9 Bombas com acoplamento longo e curto

Seção 1.2 Tipos de bombas

1.2.1 Bombas padrão1.2.2 Bombas bi-partida1.2.3 Bombas hermeticamente seladas1.2.4 Bombas sanitárias1.2.5 Bombas de efluentes1.2.6 Bombas imersíveis1.2.7 Bombas submersa1.2.8 Bombas de deslocamento positivo

Page 7: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Seção 1.1 Construção da bomba

1.1.1 Bomba centrífuga

Em 1689, o físico Denis Papin inventou a bomba centrífuga e este tipo de bomba é o mais usado ao redor do mundo. A bomba centrífuga é construída sobre um princípio simples: O líquido é levado até o cubo do rotor e, através da força centrífuga, ele é lançado na direção da periferia dos rotores. A construção é razoavelmente barata, robusta e simples e sua alta velocidade possibilita conectar a bomba diretamente a um motor assíncrono. A bomba centrífuga oferece um fluxo de líquido uniforme e pode facilmente ser acelerado sem causar danos a bomba.

Agora, vamos observar a figura 1.1.1, que mostra o fluxo do líquido através da bomba. A entrada da bomba leva o líquido para o centro do rotor giratório de onde é lançado para a periferia. Esta construção oferece alta eficiência e é apropriada para lidar com líquidos puros. As bombas, que têm que lidar com líquidos impuros, como bombas de efluentes, são equipadas com um rotor que é construído especialmente para evitar que objetos fiquem armazenados no interior da bomba, consulte a seção 1.2.5.Se ocorrer diferença de pressão no sistema enquanto a bomba centrífuga não estiver funcionando, o líquido ainda consegue passar através da mesma devido ao seu desenho aberto.Como se pode ver na figura 1.1.2, a bomba centrífuga pode ser classificada em diferentes grupos: Bombas de fluxo radial, bombas de fluxo misto e bombas de fluxo axial. As bombas de fluxos radial e as bombas de fluxo misto são os tipos mais comuns utilizados. Portanto, iremos nos concentrar somente nestes tipos de bombas nas próximas páginas.

Entretanto, apresentaremos brevemente a bomba de deslocamento positivo na seção 1.2.8.

As diferentes exigências de desempenho das bombas centrífugas, especialmente em relação à altura manométrica total, fluxo e instalação, junto com as exigências de operação econômica, são somente algumas das razões porque existem tantos tipos de bombas. A Figura 1.1.3 mostra os diferentes tipos de bombas em relação ao fluxo e pressão.

Fig. 1.1.2: Diferentes tipos de bombas centrífugas

Fig. 1.1.1: O fluxo do líquido através da bomba

Bomba de fluxo radial Bomba de fluxo misto Bomba de fluxo axial

Fig. 1.1.3: Fluxo e altura manométrica total para diferentes tipos de bombas centrífugas

1 2

2

4

4

6

6

10

10

246

100

246

1000

246

10000H [m]

Q [m3/h]2 4 6 100 2 4 6 10002 4 6 10000 100000

Bombas de fluxo radial

multiestágios

Bombas de fluxo radial monoestágios

Bombas de fluxo misto

Bombas de fluxo axial

8

Page 8: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

1.1.2 Curvas das bombas

Antes de aprofundarmos no mundo da construção e tipos de bombas apresentaremos as características básicas das curvas de desempenho das bombas. O desempenho de uma bomba centrífuga é mostrado por um conjunto de curvas de desempenho. As curvas de desempenho para uma bomba centrífuga são mostradas na figura 1.1.4. Altura manométrica total, consumo de energia, eficiência de consumo e NPSH são mostrados como uma função no fluxo.

Normalmente, as curvas das bombas nas apostilas de dados cobrem somente a parte da bomba. Portanto, o consumo de energia, o valor P

2 que também está

listado nas apostilas de dados, cobre somente a energia que entra na bomba – consulte a figura 1.1.4. O mesmo vale para o valor eficiência, que cobre somente a parte da bomba (η = η

P).

Em alguns tipos de bombas com motor integrado e conversor de frequência possivelmente integrado, por exemplo, bombas com motor blindado (consulte a seção 1.2.3), a curva de consumo de energia e a curva η cobrem o motor e a bomba. Neste caso, é o valor P

1 que deve ser levado em consideração.

No geral, as curvss das bombas são projetadas de acordo com o ISO 9906 Anexo A, que especifica as tolerâncias das curvas:•Q +/- 9%, •H +/-7%, •P +9% • -7%.

Mostramos a seguir uma breve apresentação das diferentes curvas de desempenho de bombas.

Altura manométrica total, a curva QHA curva QH mostra a altura manométrica total, que a bomba é capaz de executar em um determinado fluxo. A altura manométrica total é medida em metros de coluna de líquido/metros [mLC]; normalmente a unidade metro [m] é aplicada. A vantagem de se usar a unidade [m] como unidade de medida da altura manométrica total da bomba é que a curva QH não é afetada pelo tipo de líquido que bomba tem que manejar, consulte a seção 2.2 para mais informações.

H [m]

η[%]

50

4070

Eficiência60

50

40

20

10

2

12

4

6

8

10

0

30

30

20

10

0

10

024

68

0 10 20 30 40 50 60 70 Q [m 3/h]P2

[kW]NPSH(m)

Consum o de energia

NPSH

Fig. 1.1.4: Curvas de desempenho típicas para uma bomba centrífuga. Altura manométrica total, consumo de energia, eficiência e NPSH são mostrados como uma função do fluxo

Fig. 1.1.5: As curvas para consumo de energia e eficiência normalmente cobrem somente a parte da bomba da unidade – i.e. P

2 e η

P

P1 P2 HM3~

ηM ηP

Q

H[m]

50

60

40

30

20

10

00 10 20 30 40 50 60 70 80 Q [m3/h

Fig. 1.1.6: Curva QH típica para uma bomba centrífuga; fluxo baixo resulta em altura manométrica total alta e fluxo alto resulta em altura manométrica total baixa

9

Page 9: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Eficiência, a curva η

A eficiência é a relação entre a energia fornecida e a quantidade de energia utilizada. No mundo das bombas, a eficiência ηP é a relação entre a energia, que a bomba fornece para a água (PH) e a entrada de energia no eixo (P2):

onde:ρ é a densidade do líquido em kg/m3,g é a aceleração da gravidade em m/s2,Q é o fluxo em m3/h e H é a altura manométrica total em m.

Para água a 20oC e com Q medido em m3/h e H em m, a energia hidráulica pode ser calculada como:

Como aparece a partir da curva de eficiência, a eficiência depende do ponto de operação da bomba. Portanto, é importante selecionar uma bomba que seja compatível com os requisitos de fluxo e que assegure que a bomba esteja funcionando na área de fluxo mais eficiente.

Consumo de energia, a curva P2

A relação entre o consumo de energia da bomba e o fluxo é mostrada na figura 1.1.8. A curva P2 da maioria das bombas centrífugas é semelhante à curva na figura 1.1.8 onde o valor P2 aumenta quando o fluxo aumenta.

Curva NPSH (Altura Manométrica de Sucção Positiva Líquida)

O valor NPSH de uma bomba é a pressão mínima absoluta (consulte a seção 2.2.1) que deve estar presente no lado de sucção da bomba para evitar cavitação. O valor NPSH é medido em [m] e depende do fluxo; quando o fluxo aumenta, o valor NPSH também aumenta; figura 1.1.9. Para mais informações sobre cavitação e NPSH, vá para a seção 2.2.1.

50

60

70

80

40

30

20

10

00 10 20 30 40 50 60 70 Q [m 3/h]

η[%]

8

10

6

4200 10 20 30 40 50 60 70 Q [m 3/h]

P2[kW]

Fig. 1.1.7: Curva de eficiência de uma bomba centrífuga típica

Fig. 1.1.8: Curva de consumo de energia de uma bomba centrífuga típica

10

024

68

0 10 20 30 40 50 60 70 Q [m 3/h]

NPSH [m]

ηp =

PH

P2

=ρ . g . Q . H

P2

x 3600

Fig. 1.1.9: Curva NPSH de bomba centrífuga típica

PH = 2.72 . Q . H [W]

10

Seção 1.1 Construção da bomba

= Q . H . g .ρ

3600 x ηp

P2

Page 10: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

1.1.3 Características da bomba centrífuga

A bomba centrífuga possui várias características e as mais importantes serão apresentadas nesta seção. Mais adiante neste capítulo forneceremos uma descrição mais detalhada dos diferentes tipos de bombas.

•NúmerodefasesDependendo do número de rotores na bomba, uma bomba centrífuga pode ser uma bomba monoestágio ou uma bomba multiestágio.

•PosiçãodoeixodabombaAs bombas monoestágio e multiestágio são produzidas com eixos de bomba verticais ou horizontais. Estas bombas normalmente são normalmente designadas como bombas horizontais ou verticais. Para mais informações, vá para seção 1.1.4.

•Rotoresdesucçãosimplesoudesucçãodupla Dependendo da construção do rotor, uma bomba pode ser equipada com um rotor de sucção simples ou rotor de sucção dupla. Para mais informações, vá para a seção 1.1.5.

•AcoplamentodeestágiosOs estágios da bomba podem ser arranjados de duas maneiras diferentes: em série e em paralelo, consulte a figura 1.1.10.

•ConstruçãodacarcaçadabombaDiferenciamos entre dois tipos de carcaça de bomba: Carcaça Voluta e carcaça de canal de retorno com palhetas guia. Para mais informações, vá para a seção 1.1.6.

Fig 1.1.10: Bomba dupla com rotores acoplados em paralelo

11

Page 11: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

1.1.4Tiposmaiscomunsdebombadesucçãoaxialeemlinha

Bomba de sucção axial = O líquido entra diretamente no rotor. A entrada e a saída possuem um ângulo de 90°. Consulte a seção 1.1.9

Bomba em linha = O líquido passa diretamente pela bomba em linha. O cano de sucção e o cano de descarga são colocados opostos um ao outro e podem ser montados diretamente no sistema de encanamento

Bomba com carcaça bipartida = Bomba com carcaça dividida axialmente. Consulte a seção 1.2.2

Bomba horizontal = Bomba com eixo horizontal

Bomba vertical = Bomba com eixo vertical

Bomba monoestágio = Bomba com rotor único. Consulte a seção 1.1.7

Bomba multiestágio = Bomba com vários rotores acoplados em série. Consulte a seção 1.1.8

Bomba com acoplamento longo = Bomba conectada ao motor através de um acoplamento flexível. O motor e a bomba possuem construções de rolamentos separados. Consulte a seção 1.1.9

Bomba com acoplamento curto = bomba conectada ao motor através de um acoplamento rígido. Consulte a seção 1.1.9

Horizontal

Acoplamento curto Acoplamento curto

Sucção axial

Monoestágio

Acoplamento longo

Multiestágio

Seção 1.1 Construção da bomba

12

Page 12: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Multiestágio

Horizontal / Vertical

Monoestágio

Acoplamento longo Acoplamento curto Acoplamento curto

Em linha

Bipartida

Monoestágio

Acoplamento longo

Horizontal

13

Page 13: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

1.1.5Tiposderotores(forçasaxiais)

A bomba centrífuga gera pressão que exerce forças sobre as peças fixas e giratórias da bomba.As peças das bombas são feitas para suportar essas forças. Se as forças axiais e radiais não forem contrabalanceadas na bomba, as forças devem ser consideradas ao selecionar o sistema de acionamento da bomba (rolamento de contato angular no motor). Em bombas equipadas com rotor de sucção simples, podem ocorrer grandes forças axiais, figuras 1.1.11 e 1.1.12. Estas forças são balanceadas em uma das seguintes formas:

• Mecanicamente por meio de rolamentos de impulso. Estes tipos de rolamentos são especialmente projetados para absorver as forças axiais dos rotores

• Por meio de orifícios de balanceamento no rotor, consulte a figura 1.1.13

• Por meio de regulagem do acelerador a partir de um anel de vedação montado na traseira dos rotores, consulte a figura 1.1.14

• Impacto dinâmico a partir da traseira do rotor, consulte a figura 1.1.15

• O impacto axial sobre a bomba pode ser evitado usando rotores de sucção dupla (consulte a figura 1.1.16).

Fig. 1.1.13: Balanceando as forças axiais em uma bomba centrífuga monoestágio com orifícios de balanceamento somente

Fig. 1.1.14: Balanceando as forças axiais em uma bomba centrífuga monoestágio com lacuna de vedação no lado de descarga e orifícios de balanceamento

Fig. 1.1.15: Balanceando as forças axiais em uma bomba centrífuga monoestágio com lâminas na traseira dos rotores

Fig. 1.1.16: Balanceando as forças axiais em um sistema de rotor de sucção duplo

Fig. 1.1.11: : Rotor de sucção simples

Fig. 1.1.12: Bomba padrão com rotor de sucção simples

Forças Axiais

Seção 1.1 Construção da Bomba

14

Page 14: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

1.1.6Tiposdecarcaças(forçasradiais)

As forças radiais resultam da pressão estática na carcaça. Portanto, podem ocorrer deflexões axiais que levam à interferência entre o rotor e a carcaça. A magnitude e a direção da força radial dependem da taxa do fluxo e altura manométrica total.

Ao projetar a carcaça da bomba, é possível controlar as forças radiais hidráulicas. Vale a pena mencionar dois tipos de carcaças: a carcaça voluta simples e a carcaça voluta dupla. Como se pode observar na figura 1.1.18, as duas carcaças têm o formato de voluta. A diferença entre as duas é que a voluta dupla possui uma palheta guia.

A bomba de voluta simples é caracterizada por uma pressão simétrica na voluta no ponto de eficiência ótimo, que leva à carga radial zero. Em todos os outros pontos, a pressão ao redor do rotor não é regular e consequentemente há presença de força radial.

Como se pode observar na figura 1.1.19, a carcaça voluta dupla desenvolve uma força de reação radial baixa constante em qualquer capacidade.

Os canais de retorno (figura 1.1.20) são usados em bombas multiestágio e têm a mesma função básica que as carcaças volutas. O líquido é levado de um rotor para o outro ao mesmo tempo, a rotação da água é reduzida e a pressão dinâmica é transformada em pressão estática. Devido ao projeto circular da carcaça do canal, não há forças radiais presentes.

1.1.7 Bombas monoestágio

Geralmente, as bombas monoestágio são usadas em aplicações que não exigem uma altura manométrica total de mais de 150 m. Normalmente, as bombas monoestágio operam no intervalo de 2-100 m.

As bombas monoestágio são caracterizadas por fornecer uma altura manométrica baixa em relação ao fluxo, consulte a figura 1.1.3. A bomba monoestágio é produzida no desenho vertical e horizontal, consulte as figuras 1.1.21 e 1.1.22.

Q/Qopt1.0

Carcaça Voluta

Carcaça voluta dupla

Força Radial

Carcaça voluta dupla

Forças radiaisFig. 1.1.17: Rotor de sucção simples

Fig. 1.1.19: Força radial para carcaça voluta simples e dupla

Fig. 1.1.22: Bomba com acoplamento curto em linha monoestágio vertical

Fig. 1.1.21: Bomba com acoplamento curto de sucção axial monoestágio

Fig. 1.1.20: Bomba em linha multiestágio vertical com carcaça de canal de retorno

Canal de retorno

15

Fig. 1.1.18: Carcaça voluta simples

Page 15: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Fig. 1.1.25: Bomba com acoplamento longo com acopla mento básico

Fig. 1.1.26: Bomba com acoplamento longo com acopla mento de espaçador

1.1.8 Bombas multiestágio

Bombas multiestágio são usadas em instalações onde uma altura manométrica elevada é necessária. Diversas fases são conectadas em série e o fluxo é guiado desde a saída de uma fase até a entrada da próxima. A altura manométrica final que uma bomba multiestágio pode proporcionar é igual à soma da pressão que cada estágio pode proporcionar.

A vantagem das bombas multiestágio é que elas proporcionam uma altura manométrica elevada em relação ao fluxo. Como as bombas monoestágio, as bombas multiestágio estão disponíveis nas versões vertical e horizontal,

consulte as figuras 1.1.23 e 1.1.24.

1.1.9 Bombas com acoplamento longo e bombas com acoplamento curto

Bombas com acoplamento longoBombas com acoplamento longo são bombas com acoplamento flexível que conecta a bomba e o motor. Este tipo de acoplamento está disponível como acoplamento básico ou como acoplamento de espaçador.

Se a bomba estiver conectada ao motor por um acoplamento básico, é necessário desmontar o motor quando a bomba precisar de manutenção. Portanto, é necessário alinhar a bomba na montagem, consulte a figura 1.1.25.

Por outro lado, se a bomba estiver equipada com um acoplamento de espaçador, é possível fazer a manutenção na bomba sem desmontar o motor. Deste modo, o alinhamento não é um problema, consulte a figura 1.1.26.

Bombas com acoplamento curtoEstas bombas podem ser construídas nas duas maneiras a seguir: A bomba tem o rotor montado diretamente sobre o eixo estendido do motor ou a bomba tem um motor padrão e um acoplamento rígido ou acoplamento de espaçador, consulte as figuras 1.1.27 e 1.1.28.

Fig. 1.1.24: Bomba de sucção axial multiestágio horizontalFig. 1.1.23: Bomba

em linha multiestágio vertical

Fig. 1.1.27: Bomba com acoplamento curto com acoplamento rígido

Tipo acoplam ento básico

Bomba com acoplamento longo com acoplamento flexível

Bomba com acoplamento curto com acoplamento rígido

Acoplam ento de espaçador (opcional)

Fig. 1.1.28: Diferentes tipos de acoplamento

Seção 1.1 Construção da bomba

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Page 16: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Fig. 1.2.1:Bomba padrão com acoplamento longo

Fig. 1.2.2: Bomba padrão com eixo simples

Fig. 1.2.3: Bomba com carcaça bipartida com acoplamento longo

Fig. 1.2.4: Bomba com carcaça bipartida com rotor de sucção dupla

1.2.1 Bombas padrão

Poucas normas internacionais tratam de bombas centrífugas. Na verdade, muitos países possuem seus próprios padrões, que mais ou menos sobrepõem uns aos outros. Uma bomba padrão é aquela compatível com as regulamentações oficiais, como, por exemplo, o ponto de operação da bomba. Relacionamos abaixo alguns exemplos de padrões internacionais para bombas:

• EN 733 (DIN 24255) se aplica às bombas centrífugas de sucção axial, também conhecidas como bombas de água padrão com pressão nominal (PN) de 10 bar.

• EN 22858 (ISO 2858) se aplica às bombas

centrífugas, também conhecidas como bombas químicas padrão com pressão nominal (PN) de 16 bar, consulte o apêndice K.

As normas mencionadas acima cobrem as dimensões de instalação e os pontos de operação de diferentes tipos de bombas. Quanto às peças hidráulicas destas bombas, elas variam de acordo com o fabricante - deste modo, não há padrões internacionais determinados para estas peças.

Bombas, que são projetadas de acordo com os padrões, oferecem vantagens ao usuário final relacionadas à instalação, assim como serviço, peças de reposição e manutenção.

1.2.2 Bombas com carcaça bipartida

Uma bomba com carcaça bipartida é uma bomba cuja carcaça é dividida axialmente em duas partes. A Figura 1.2.4 mostra uma bomba monoestágio com carcaça bipartida com rotor de sucção dupla. A construção com entrada dupla elimina as forças axiais e assegura uma expectativa de vida útil mais longa dos rolamentos. Geralmente, as bombas com carcaça bipartida são mais eficientes, tem manutenção mais fácil e uma faixa de desempenho ampla.

Seção 1.2 Tipos de bomba

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Page 17: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Seção 1.2 Tipos de bomba

1.2.3 Bombas hermeticamente seladas

Não é de surpreender que a guia de entrada do eixo da bomba deve ser selada. Geralmente, isto é feito através de um retentor mecânico do eixo, consulte a figura 1.2.5. A desvantagem do retentor mecânico do eixo são suas propriedades deficientes quando se trata de manipulação líquidos tóxicos e agressivos, que, consequentemente, levam a vazamento. Até certo ponto estes problemas podem ser resolvidos usando um retentor mecânico duplo do eixo. Outra solução para estes problemas é usar uma bomba hermeticamente selada.

Diferenciamos estes dois tipos de bombas hermeticamente seladas: Bombas com motor blindado e bombas com acionamento magnético. Informações adicionais sobre estas bombas são encontradas nos próximos parágrafos.

Bombas com motor blindado

Uma bomba com motor blindado é uma bomba hermeticamente selada com o motor e a bomba integrados em uma unidade sem retentor, consulte as figuras 1.2.6 e 1.2.7. O líquido bombeado entra na câmara do rotor que é separado do estator por uma blindagem fina do rotor. O rotor pode servir como uma barreira hermeticamente selada entre o líquido e o motor. As bombas químicas são feitas de materiais como plástico ou aço inoxidável que podem suportar líquidos agressivos.

O tipo mais comum de motor blindado é a bomba circuladora. Este tipo de bomba é usado tipicamente em circuitos de aquecimento, pois sua construção produz baixo ruído e a operação é livre de manutenção.

Fig. 1.2.5: Exemplo de bomba padrão com retentor mecânico do eixo

Liquido

Atmosfera

Retentor

Fig. 1.2.7: Bomba circuladora com motor blindado

Blindagem do Motor

Fig. 1.2.6: Bomba química com motor blindado

Blindagem do motor

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Page 18: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Bombas com acionamento magnético

Nos últimos anos, as bombas com acionamento magnético têm se tornado cada vez mais populares para transferência de líquidos tóxicos e agressivos.

Como mostrado na figura 1.2.8, a bomba com acionamento magnético é composta por dois grupos de magnetos; um magneto interno e um magneto externo. Uma blindagem não magnetizada pode separar estes dois grupos. A blindagem serve como uma barreira hermeticamente selada entre o líquido e a atmosfera. Como ilustrado na figura 1.2.9, o magneto externo é conectado ao acionamento da bomba e o magneto externo é conectado ao eixo da bomba. Por meio disto, o torque do acionamento da bomba é transmitido para o eixo da bomba. O líquido bombeado serve como lubrificante para os rolamentos da bomba. Portanto, ventilação suficiente é crucial para os rolamentos.

Fig. 1.2.8: Construção do acionamento magnético

Fig. 1.2.9: Bomba multiestágio com acionamento magnético

Blindagem

Magnetos internosMagnetos externos

Magnetos externos

Magnetos internos

Blindagem

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Page 19: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Fig. 1.2.10: Bomba sanitária

Fig.1.2.11: Bomba sanitária com canal lateral de auto-escorvamento

1.2.4 Bombas sanitárias

As bombas sanitárias são usadas principalmente por indústrias de alimentos, bebidas, farmacêuticas e de biotecnologia onde é muito importante que o líquido bombeado seja manipulado suavemente e que as bombas sejam fáceis de limpar.

Para atender as exigências de processamento destas indústrias, as bombas devem ter uma superfície áspera entre 3,2 e 0,4 μm Ra. Isto pode ser melhor obtido usando aço inoxidável forjado ou laminado rolado como materiais de construção, consulte a figura 1.2.12. Estes materiais possuem uma superfície compacta não porosa que pode ser facilmente trabalhada para atender os vários requisitos de acabamento de superfície.

As principais características das bombas sanitárias são facilidade de limpeza e de manutenção.

Os fabricantes líderes de bombas sanitárias projetaram suas bombas para atender os padrões a seguir:

EHEDG – [Grupo de Design de Equipamento Higiênico Europeu]

QHD – [Design Higiênico Qualificado]

3-A – Padrões Sanitários:

3A0/3A1: Padrão Industrial/Higiênico Ra ≤ 3.2 µm 3A2: Padrão Estéril Ra ≤ 0.8 µm 3A3: Padrão Estéril Ra ≤ 0.4 µm

Areia fundida

Fundição de precisão

Aço rolado

Fig.1.2.12: Aspereza da superfície do material

Seção 1.2 Tipos de bomba

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Page 20: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Fig. 1.2.14: Bomba de efluentes para instalações secas

Rotor de vórtice

Rotor de canal simples

Rotor de canal duplo

Fig.1.2.13: Detalhe de uma bomba de esgoto para instalações úmidas

1.2.5 Bombas de efluentes

Uma bomba de efluentes é um equipamento lacrado com uma bomba e um motor. Devido a sua construção, a bomba de efluentes é apropriada para instalação submersa em poços. Trilhos duplos com sistema de autoacoplamento normalmente são usados em instalações submersas. O sistema de autoacoplamento facilita a manutenção, reparo e substituição da bomba. Devido à construção da bomba, não é necessário entrar no poço para executar o serviço. Na verdade, é possível conectar e desconectar a bomba automaticamente de fora do poço. As bombas de efluentes também podem ser instaladas secas como bombas convencionais em instalações horizontais ou verticais. Da mesma forma, este tipo de instalação é de fácil manutenção e reparo e proporciona operação ininterrupta da bomba no caso de inundação da poço seco, consulte a figura 1.2.14.

Normalmente, as bombas de efluentes têm que ser capazes de manejar partículas grandes. Portanto, elas são equipadas com rotores especiais para evitar bloqueio e entupimento. Existem vários tipos de rotores: rotores de canal simples, rotores de canal duplo, rotores de três e quatro canais e rotores de vórtice. A Figura 1.2.15 mostra os diferentes desenhos de rotores.

As bombas de efluentes geralmente são produzidas com um motor seco, com proteção IP68 (para mais informações sobre classes de IP, vá para a seção 1.4.1). O motor e a bomba possuem um eixo estendido comum com um sistema de retentor mecânico duplo do eixo em uma câmara de óleo intermediária, consulte a figura 1.2.13.As bombas de efluentes podem operar intermitenteou continuamente de acordo com a instalação em questão.

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1.2.6 Bombas imersíveis

A bomba imersível é um tipo de bomba onde uma parte dela fica submersa no líquido bombeado e o motor é mantido seco. Normalmente, as bombas imersíveis são montadas no topo ou na parede de tanques ou reservatórios. As bombas imersíveis são usadas, por exemplo, na indústria de máquinas, ferramenta de solda, esmerilhadoras, centros de usinagem e unidades de resfriamento ou em outras aplicações envolvendo tanques e reservatórios, lavanderias industriais e sistemas de filtragem.

As bombas para tornos podem ser divididas em dois grupos: Bombas para o lado limpo do filtro e bombas para o lado sujo do filtro. As bombas com rotores fechados normalmente são usadas para o lado limpo do filtro por que fornecem alta eficiência e alta pressão se necessário. Bombas com rotores abertos ou semi-abertos normalmente são usadas para o lado sujo do filtro por que podem lidar com cavacos e partículas.

Fig. 1.2.16: Bomba imersível

Seção 1.2 Tipos de bomba

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Page 22: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Fig. 1.2.17: Bomba submersível

1.2.7 Bombas submersas

Há dois tipos de bombas submersas: A bomba submersa para sondagem com motor submersível e a bomba de poços profundos com motor seco, que é conectado à bomba por eixo longo. Estas bombas normalmente são usadas junto com o fornecimento e irrigação de água. Os dois tipos de bombas são feitos para serem instalados em poços submersos estreitos, assim sendo, possuem um diâmetro reduzido, que as tornam mais longas do que outros tipos de bombas,consulte a figura 1.2.17.

As bombas submersas são especialmente projetadas para serem submersas em líquido e desse modo são equipadas com motor submersível, com proteção de IP68. A bomba é produzida nas versões monoestágio e multiestágio (a versão multiestágio sendo a mais comum) e é equipada com uma válvula de retenção no cabeçote.

Atualmente, a bomba de poço profundo tem sido mais ou menos substituída pelo tipo de bomba submersível. O eixo longo da bomba de poço profundo é uma desvantagem, que dificulta a instalação e execução do serviço. Como o motor da bomba de poço profundo é refrigerado a ar, a bomba frequentemente é utilizada em aplicações industriais para bombear água quente de tanques abertos. A bomba submersível não opera em altas temperaturas por que o motor fica submerso no líquido que tem que resfriá-lo.

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1.2.8 Bombas de deslocamento positivo

A bomba de deslocamento positivo fornece um fluxo constante aproximado a uma velocidade fixa, apesar das mudanças na contrapressão. Existem dois tipos de bombas de deslocamento positivo:

• Bombas rotativas• Bombas reciprocantes

A diferença no desempenho entre uma bomba centrífuga, uma bomba rotativa e uma bomba reciprocante está ilustrada à direita, figura 1.2.18. Dependendo do tipo de bomba que você estiver lidando, uma pequena alteração na contrapressão da bomba resulta em diferenças no fluxo.

O fluxo de uma bomba centrífuga mudará consideravelmente, o fluxo de uma bomba rotativa mudará um pouco enquanto que o fluxo de uma bomba reciprocante não mudará nada. Mas por que existe uma diferença entre as curvas de bombas para bombas reciprocantes e bombas rotativas? A superfície da face de vedação real é maior para bombas rotativas do que para bombas reciprocantes. Então, apesar de as duas bombas serem projetadas com as mesmas tolerâncias, a perda da bomba rotativa é maior.

As bombas são tipicamente projetadas com as melhores tolerâncias possíveis para obter a eficiência e capacidade de sucção mais alta possível. Entretanto, em alguns casos, é necessário aumentar as tolerâncias, por exemplo, quando as bombas têm que lidar com líquidos altamente viscosos, líquidos contendo partículas e líquidos de alta temperatura.

As bombas de deslocamento vibram, o que significa que o volume do fluxo dentro de um ciclo não é constante.A variação no fluxo e a velocidade levam à flutuação de pressão devido à resistência no sistema de tubulação e nas válvulas.

Q

H

H

23

1

3

2 1

Fig. 1.2.18: Relação típica entre fluxo e altura manométrica para 3 tipos diferentes de bombas:

1) Bombas centrífugas2) Bombas rotativas3) Bombas reciprocantes

Seção 1.2 Tipos de bomba

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Page 24: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Bombas dosadoras

As bombas dosadoras pertencem à família de bombas de deslocamento positivo e tipicamente é do tipo de diafragma. As bombas de diafragma não apresentam vazamento por que o diafragma forma uma vedação entre o líquido e os arredores.

A bomba de diafragma está equipada com duas válvulas de retenção – uma no lado de sucção e uma no lado de descarga da bomba. Em relação às bombas de diafragma menores, o diafragma é ativado pela biela, que é conectada a um eletroímã. Com isso, a bobina recebe a quantidade exata de cursos necessários, consulte a figura 1.2.21.

Em relação às bombas de diafragma maiores, o diafragma é tipicamente montado na biela, que é ativado por um eixo de comando. O eixo de comando é girado por meio de um motor assíncrono padrão, consulte a figura 1.2.22.

O fluxo de uma bomba de diafragma é ajustado alterando a extensão do curso e/ou a frequência dos cursos. Se for necessário aumentar a área de operação, os conversores de frequência podem ser conectados às bombas de diafragma maiores, consulte a figura 1.2.22.

Há outro tipo de bomba de diafragma. Neste caso, o diafragma é ativado por uma biela excentricamente acionada por um motor escalonador ou motor assíncrono, figuras 1.2.20 e 1.2.23. Ao usar o acinamento de um motor escalonador, a área dinâmica da bomba aumenta e melhora sua precisão consideravelmente. Com esta construção, não é mais necessário ajustar a extensão do curso da bomba por que a biela é montada diretamente no diafragma. O resultado é que as condições de sucção são otimizadas e os recursos de operação são excelentes.

Portanto, é simples controlar os lados de sucção e de descarga da bomba. Comparado às bombas de diafragma com acionamento eletromagnético tradicional que fornecem pulsações potentes, bombas de diafragma acionadas por motor escalonador possibilitam obter uma dosagem de aditivo mais estável.

Fig.1.2.21: Mola de retorno da solenoide

+

1.2.22: Mola de retorno de acionamento do came

1.2.23: Acionamento da manivela

Fig. 1.2.20: Bomba dosadora

+

25

Page 25: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Capítulo 1. Desenho de bombas e motores

Seção1.3:Retentoresdoeixomecânico

1.3.1 Componentes e função do retentor do eixo mecânico1.3.2 Vedações de eixo balanceado e não balanceado1.3.3 Tipos de retentores de eixos mecânicos1.3.4 Combinações de materiais da face do retentor1.3.5 Fatores que afetam o desempenho do retentor

Page 26: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Seção 1.3Retentoresdeeixosmecânicos

A partir da metade da década de 1950 os reten-tores de eixos mecânicos ganharam terreno em favor do método de vedação tradicional l- Caixa de empanque. Comparados às caixas de empan-que, os retentores dos eixos mecânicos oferecem as seguintes vantagens:

•Elas se mantêm firmes nos menores deslocamentos e vibrações no eixo

•Eles não requerem ajuste

•As faces do retentor proporcionam uma pequena quantidade de atrito e assim perda de potência

•O eixo não desliza sobre nenhum componente da vedação e deste modo não é danificado por causa de desgaste (custos de reparo reduzidos).

O retentor de eixo mecânico é a peça da bomba que separa o líquido da atmosfera. Na figura 1.3.1 pode-se observar alguns exemplos onde o retentor do eixo mecânico é montado em diferentes tipos de bombas.

A maioria dos retentores de eixos mecânicos é produzida de acordo com a norma europeia EN 12756.

Antes de escolher um retentor de eixo, há certas coisas que você deve saber sobre o líquido e assim a resistência do retentor ao líquido:

•Determinar o tipo de líquido

•Determinar a pressão a que o retentor de eixo será exposto

•Determinar a velocidade a que o retentor de eixo será exposto

•Determinar as dimensões internas

Apresentaremos nas páginas seguintes como um retentor de eixo mecânico funciona, os diferentes tipos de retentor, de que tipo de material os retentores de eixo mecânico são feitos e que fatores afetam o desempenho dos retentores de eixos mecânicos.

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Fig. 1.3.1: Bombas com retentores de eixos mecânicos

Page 27: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

1.3.1 Componentes e função do retentordeeixomecânico

O retentor de eixo mecânico é formado por dois componentes principais: uma parte giratória e uma parte estacionária; e consiste das peças listadas na figura 1.3.2. A Figura 1.3.3 mostra onde as diferentes peças estão localizadas no retentor.

• A parte estacionária do retentor é fixada na carcaça da bomba. A parte giratória do retentor é fixada no eixo da bomba e gira quando a bomba está em operação.

• As duas faces do retentor primário são empurradas uma contra a outra pela mola e pressão do líquido. Durante operação um filme líquido é produzido na lacuna estreita entre as duas faces do retentor. Este filme evapora antes de entrar na atmosfera, tornando o líquido do retentor do eixo mecânico firme, consulte a figura 1.3.4.

• O retentor secundário impede que haja vazamento entre a montagem e o eixo.

• A mola une as faces do retentor mecanicamente.

• A mola retentora transmite torque do eixo para o retentor. Em relação aos retentores de eixo dos foles mecânicos, o torque é transferido diretamente pelos foles.

Lacuna de vedação

Durante a operação, o líquido forma um filme lubrificante entre as faces da vedação. Este filme lubrificante consiste de um filme hidrostático e um filme hidrodinâmico.

• O elemento hidrostático é gerado pelo líquido bombeado que é forçado para dentro da lacuna entre as duas fases.

•O filme lubrificante hidrodinâmico é criado pela pressão gerada pela rotação do eixo.

Fig. 1.3.4: Retentor do erixo mecânico em operação

Filme de lubrificação

Força líquida

Força da mola VaporEvaporação inicia

Fig. 1.3.3: Principais componentes do retentor do eixo mecânico

Peça giratória

Parte estacionária

Eixo

Retentor primário

Retentor secundário

Retentor primário

Retentor secundário

Mola

Mola retentora

Retenetor do eixo mecânico Designação

Face do retentor (retentor primário)

Retentor secundário

Mola

Mola retentora (transmissão de torque)

Base (faces do retentor, retentor primário)

Retenro estático (retentor secundário)

Parte giratória

Parte estacionária

Fig. 1.3.2: Componentes do retentor de eixo mecânico

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Page 28: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Fig. 1.3.5: Relação ideal entre as propriedades de lubrificação fina e vazamento limitado

Seção 1.3Retentoresdoeixomecânico

Fig. 1.3.6: Interação de forças sobre a vedação de eixo balanceada

Fig. 1.3.7: Interação de forças sobre a vedação de eixo não balanceada

A

Forças da mola

Forças hidráulicas

Área de Contato das faces da vedação

BA B

Forças hidráulicas

Área de Contato das faces da vedação

A espessura do filme lubrificante depende da velocidade da bomba, da temperatura do líquido, da viscosidade do líquido e das forças axiais da vedação de selo mecânico. O líquido é constantemente trocado na lacuna de vedação por causa

•da evaporação do líquido para a atmosfera

•movimento circular do líquido

A figura 1.3.5 mostra relação ideal entre as propriedades de lubrificação fina e vazamento limitado. Como se pode observar, a relação ideal é quando o filme de lubrificação cobre toda a lacuna de vedação, exceto por uma zona de evaporação estreita próximo ao lado atmosférico da vedação de selo mecânico.

Vazamentos devido a depósitos nas faces da vedação são observados com frequência. Ao usar refrigerantes, os depósitos são criados rapidamente pela evaporação no lado de atmosfera da vedação. Quando o líquido evapora na zona de evaporação, sólidos microscópicos no líquido permanecem na lacuna de vedação como depósitos criados por desgaste. Estes depósitos são observados em muitos tipos de líquidos. Mas quando o líquido bombeado tem a tendência para cristalização, isso pode se tornar um problema. A melhor maneira de prevenir o desgaste é selecionar faces de vedação feitas de material rígido, como carboneto de tungstênio (WC) ou carboneto de silício (SiC). A estreita lacuna de vedação entre estes materiais (aprox. 0.3 μm Ra) minimize o risco de sólidos entrarem na lacuna de vedação, minimizando com isso a quantidade de acúmulo de depósitos.

1.3.2Vedaçõesdeeixosbalanceadase não balanceadasPara obter uma pressão de face aceitável entre as faces de vedação primárias, há dois tipos de vedação de eixo: balanceada e não balanceada.

VedaçãodeeixobalanceadaA figura 1.3.6 mostra uma vedação de eixo balanceada indicando onde as forças interagem sobre a vedação.

VedaçãodeeixonãobalanceadaA figura 1.3.7 mostra uma vedação de eixo não balanceada indicando onde as forças interagem sobre a vedação.

Várias forças diferentes causam um impacto axial sobre as faces da vedação. A força da mola e a força hidráulica do líquido bombeado pressionam a vedação enquanto que a força do filme lubrificante na lacuna de vedação neutraliza isso. Em relação à alta pressão do líquido, as forças podem ser tão potentes que o lubrificante na vedação não consegue neutralizar o contato entre as faces da vedação. Como a força hidráulica é proporcional à área que a pressão do líquido afeta, o impacto axial pode ser reduzido somente conseguindo uma redução da área com pressão.

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Page 29: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Fig. 1.3.8: Taxa de desgaste para razões diferentes

de balanceamento

Temperatura (oC)0 20 40 60 8 0 100 120 140

Taxas de desgaste comparativas válidas para água

K = 1.15

K = 1.00

K = 0.85

Temperatura (oC)0 20 40 60 8 0 100 120 140

Taxas de desgaste comparativas válidas para água

K = 1.15

K = 1.00

K = 0.85

Fig. 1.3.9: Anel de

vedaçãoVantagens e desvantagens do anel de vedação

Vantagens:Apropriado para líquidos quentes e aplicações de alta pressão

Desvantagens: Depósitos no eixo, como ferrugem, podem impedir o movimento axial do anel de vedação

Fig. 1.3.10: Vedação de fole de borracha

Vantagens e desvantagens da vedação de fole de borracha

Vantagens: Insensível a depósitos, como ferrugem, no eixo

Apropriada para bombear líquidos contendo sólidos

Desvantagens: Imprópria para líquidos quentes e aplicações dealta pressão

Vedação de fole de borracha com geometria de foles dobráveis

A razão de balanceamento (K) de uma vedação de selo mecânico é definida como a relação entre a área A e a área (B) : K=A/B

K = Razão de balanceamentoA = Área exposta à pressão hidráulicaB = Área de contato das faces da vedação

Para vedações de eixo balanceadas, a razão de balanceamento geralmente é K=0.8 e para vedações de eixo não balanceadas a razão de balanceamento normalmente é K=1.2.

1.3.3Tiposdevedaçõesdeselomecânicos

Apresentamos abaixo uma descrição breve dos principais tipos de vedações de eixos: anel de vedação, fole de vedação e a vedação de uma unidade – o cartucho de vedação.

Anéis de vedaçãoEm um anel de vedação, a vedação entre o eixo giratório e a face de vedação giratória é feita através de um anel de vedação (figura 1.3.9). O anel de vedação deve ser capaz de deslizar livremente na direção axial para absorver deslocamentos axiais como resultado das mudanças de temperatura e desgaste. O posicionamento Incorreto do assentamento estacionário pode resultar em atrito, resultando em desgaste necessário no anel de vedação e no eixo. Os anéis de vedação são feitos de diferentes tipos de borracha como NBR, EPDM e FKM, dependendo das condições operacionais.

Vedação de foleUma característica comum das vedações de foles é um fole de metal ou borracha que funciona como um elemento de vedação dinâmico entre o anel giratório e o eixo.

Vedações de foles de borrachaOs foles de vedação de borracha (consulte a figura 1.3.10) podem ser feitos com diferentes tipos de borracha, como NBR, EPDM e FKM, dependendo das condições operacionais. Dois princípios geométricos diferentes são usados para o desenho dos foles de borracha:

• Foles de rolo• Foles dobráveis.

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Vedações de fole de metalEm uma vedação de selo mecânico comum, a mola produz a força de fechamento necessária para fechar as faces da vedação. Em uma vedação de fole de metal (figura 1.3.11) a mola foi substituída por fole de metal com uma força semelhante. O fole de metal atua tanto como uma vedação dinâmica entre o anel giratório e o eixo e como uma mola. O fole possui uma quantidade de ondulações que proporciona a eles o força desejada.

Vedações de cartuchoEm uma vedação de selo mecânico, todas as peças formam uma unidade compacta sobre a luva do eixo, pronta para ser instalada. A vedação de cartucho oferece muitos benefícios comparados às vedações de eixos mecânicas convencionais, figura 1.3.12.

Descarga

Em certas aplicações, é possível estender o desempenho da vedação de selo mecânico instalando uma descarga, consulte afigura 1.3.13. A descarga pode abaixar a temperatura da vedação de selo mecânico e impedir a formação de depósitos. A descarga pode ser instalada internamente ou externamente. A descarga interna é feita quando um fluxo pequeno do lado de descarga da bomba é desviado para a área da vedação. A descarga interna é usada principalmente para prevenir a geração extra de calor em aplicações de aquecimento. A descarga externa é feita por um líquido de limpeza e é usado para assegurar uma operação livre de problemas ao lidar com líquidos abrasivos ou sólidos que causam entupimento.

Fig. 1.3.11: : Vedação de fole com cartucho de metal

Vantagens e desvantagens da vedação de fole de cartucho de metal

Vantagens:Insensíveis a depósitos, como ferrugem e cal no eixo

Apropriada para líquidos quentes e aplicações de alta pressão

Baixa razão de balanceamento leva a baixa taxa de desgaste e consequentemente vida mais longa

Desvantagens: Falha por fadiga da vedação de selo mecânico pode ocorrer quando a bomba não está corretamente alinhada

Pode ocorrer fadiga como resultado de pressões ou temperaturas excessivas

Fig. 1.3.12: Vedação de cartucho

Vantagens da vedação de cartucho:

• Manutenção fácil e rápida

• O desenho protege as faces da vedação

• Mola pré-carregada

• Manipulação segura

Fig 1.3.13: Dispositivo de descarga de uma vedação de selo mecânico simples

Seção 1.3Retentoresdeeixosmecânicos

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Retentoresdeeixosmecânicosduplos

Os retentores de eixos mecânicos duplos são usadas quando a expectativa de vida de retentores de eixos mecânicos simples é insuficiente devido ao desgaste causado por sólidos ou pressões e temperaturas muito altas / baixas. Além disso, as vedações de selo mecânicos são usadas com líquidos tóxicos, agressivos e explosivos para proteger os arredores. Há dois tipos de retentores de eixos mecânicos duplos: A vedação de selo mecânico em tandem e a vedação dupla em um arranjo sequencial.

Vedação dupla em tandemEste tipo de vedação dupla consiste de retentores de eixos mecânicos montadas em tandem, que é uma atrás da outra, colocadas em uma câmara de vedação separada, consulte a figura 1.3.14.

O arranjo de vedação em tandem deve ser equipado com um sistema de liquido de resfriamento para •absorver vazamento•monitorar a taxa de vazamento•lubrificar e resfriar a vedação para prevenir congelamento•proteger contra funcionamento a seco •estabilizar o filme lubrificante•impedir a entrada de ar na bomba no caso de vácuo

A pressão do líquido de resfriamento deve sempre ser mais baixa que a pressão do líquido.

Tandem - circulaçãoCirculação do líquido de resfriamento via tanque sem pressão, consulte a figura 1.3.14. O líquido de resfriamento do tanque elevado é circulado pela ação do termossifão e/ou ação de bombeamento na vedação.

Tandem - terminalLíquido de resfriamento de um tanque elevado, consulte a figura 1.3.15. Não dissipação de calor do sistema.

Tandem - drenagemO líquido de resfriamento flui diretamente pela câmara de vedação para ser coletado para reuso, ou direcionado para drenagem, consulte a figura 1.3.16.

Fig. 1.3.16: Arranjo com vedação em tandem com líquido de resfriamento para drenagem

Fig. 1.3.15: Arranjo de vedação em tandem com terminal de líquido de resfriamento

Fig. 1.3.14: Arranjo de vedação em tandem com circulação de liquido de resfriamento

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1.3.4 Combinações de materiais da face da vedação

Apresentamos abaixo a descrição das combinações de materiais mais importantes usadas em retentores de eixos mecânicos para aplicações industriais: Carboneto de tungstênio/carboneto de tungstênio, carboneto de silício/carboneto de silício e carboneto de carbono/ tungstênio ou carboneto de carbono/silício.

Carboneto de tungstênio/carboneto de tungstênio(WC/WC)

Carboneto de tungstênio cementado cobre o tipo de metais duros que são baseados em uma fase do carboneto de tungstênio duro (WC) e geralmente uma fase de aglutinante metálico mais macio. O termo correto é carboneto de tungstênio cementado, entretanto, o termo abreviado para carboneto de tungstênio (WC) é usado para conveniência.WC com liga de cobalto (Co) é somente resistente à corrosão na água se a bomba incorporar base metal como ferro fundido.WC com liga de crômio-níquel-molibdênio é tem resistência à corrosão igual à EN 14401.WC sem ligas sinterizadas tem a resistência à corrosão mais elevada. Entretanto, a resistência à corrosão em líquidos, como hipoclorito não é tão alta. O par de materiais WC/WC possui as seguintes características:

•Extremamente resistente a desgaste•Muito robusto, resiste à manipulação bruta•Propriedades de funcionamento a seco deficientes. No caso de funcionamento a seco, a temperatura aumenta para várias centenas de graus Celsius em poucos minutos e consequentemente danifica os anéis de vedação.

Se determinada temperatura e pressão forem excedidas, a vedação pode gerar ruído. Ruído é uma indicação de condições operacionais deficientes que a longo prazo podem causar desgaste na vedação. Os limites de uso dependem do diâmetro e desenho da face da vedação.

Para uma combinação da face da vedação WC/WC, o período de tempo esperado para aparecimento de ruído pode durar de 3-4 semanas, embora tipicamente, não há ocorrência de ruído nos primeiros 3-4 dias.

Vedação dupla sequencialEste tipo de vedação é a solução ideal para manipular líquidos abrasivos, agressivos, explosivos que causariam desgaste, dano ou bloqueio em uma vedação de selo mecânico.

A vedação dupla sequencial consiste de duas vedações de eixos montadas em sequência em uma câmara de vedação separada, consulte a figura 1.3.17. Este tipo de vedação protege o ambiente ao redor e as pessoas que trabalham com a bomba.

A pressão na câmara de vedação dever 1-2 bares mais alta que a pressão da bomba. A pressão pode ser gerada por:

•Uma fonte de pressão separada existente. Muitas aplicações incorporam sistemas pressurizados.

•Uma bomba separada, por exemplo, bomba dosadora.

Fig. 1.3.17: Arranjo de vedação sequencial

Câmaradevedaçãocom barreira de pressão do líquido

Líquido bombeado

Barreira de pressão do líquido

Seção 1.3Retentoresdeeixosmecânicos

34

Page 33: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Carboneto de silício/carboneto de silício(SiC/SiC)

Carboneto de silício/carboneto de silício (SiC/SiC) é uma alternativa para o WC/WC e é usada onde a resistência à corrosão mais elevada é necessária.

A combinação de materiais SiC/SiC possui as seguintes características:

•Material muito frágil que exige manipulação cuidadosa

•Extremamente resistente à água

•Resistência à corrosão extremamente boa. SiC (Q 1s, Q 1P e Q 1G ) corrosão difícil, independente do tipo de líquido bombeado. Entretanto, a exceção é água com condutividade deficiente, como água desmineralizada, que ataca as variantes SiC Q 1s e Q 1P, enquanto que Q 1G é resistente à corrosão neste líquido

•No geral, estas combinações de materiais possuem propriedades deficientes para funcionamento a seco. Entretanto, o material Q 1G / Q 1G material suporta um período de funcionamento a seco limitado por causa do conteúdo de grafite no material

Para finalidades diferentes, há diversas variantes de SiC/SiC:

Q 1s, SiC de granulação fina e sinterização direta

SiC de granulação fina de sinterização direta com uma pequena de poros minúsculos.

Por alguns anos, esta variante de SiC foi usada como material padrão para vedação selo mecânico. Os limites de pressão e temperatura são ligeiramente menores que aqueles do WC/WC.

Q 1P, SiC de granulação fina, sinterizado, poroso

É uma variante do SiC de sinterização densa. Esta variante de SiC possui poros fechados circulares grandes. O grau de porosidade é de 5-15% e o tamanho dos poros é 10-50 μm Ra. Os limites de pressão e temperatura excedem aqueles do

WC/WC.Consequentemente, em água quente Q 1P / Q 1P combinação gera menos ruído que a combinação WC/WC. Entretanto, o ruído de vedações de SiC poroso é esperado durante o período de desgaste de amaciamento de 3 a 4 dias.

Q 1G SiC auto-lubrificante, sinterizado

Variantes materiais SiC contendo lubrificantes secos estão disponíveis no mercado. A designação Q

1G

aplica-se ao material SiC, que é apropriado para uso em água destilada ou desmineralizada, como oposto aos materiais acima.

Os limites de pressão e temperatura de Q 1G / Q 1G são similares a do Q 1P / Q 1P.

Os lubrificantes secos, por exemplo grafite, reduzem o atrito no caso de funcionamento seco, que é de importância decisiva para a durabilidade de uma vedação durante o funcionamento a seco.

Características do carboneto de carbono/tungstênio ou carbono/silício

Vedações com uma face de carbono possuem as seguintes características:

•Material muito frágil que exige manipulação cuidadosa

•Desgaste por líquidos contendo partículas sólidas

•Boa resistência à corrosão

•Boas propriedades de funcionamento a seco (funcionamento a seco temporário)

•As propriedades auto-lubrificantes do carbono tornam a vedação apropriada para uso mesmo em condições de lubrificação insatisfatórias (alta temperatura) sem geração de ruído. Entretanto, estas condições causarão desgaste na face de carbono da vedação levando à redução da vida útil. O desgaste depende da pressão, temperatura, diâmetro líquido e desenho da vedação. Velocidades básicas reduzem a lubrificação entre as faces da vedação; como resultado, pode se esperar aumento de desgaste. Entretanto, normalmente este não é o caso porque a distância que as faces da vedação têm para se mover é reduzida.

35

Page 34: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

36

•Carbono impregnado de metal (A) oferece resistência à corrosão limitada, mas resistência mecânica melhorada, condutividade de calor e desse modo, redução do desgaste

•Com resistência mecânica reduzida, mas maior resistência à corrosão, carbono impregnado de resina sintética (B) cobre um campo amplo de aplicações. O carbono impregnado de resina sintética é aprovado para água potável •O uso de carbono/SiC para aplicações com água quente pode causar bastante desgaste no SiC, dependendo da qualidade do carbono e da água. Este tipo de desgaste se aplica ao Q1S/carbono. O uso de Q1P, Q 1G ou carbono/ WC causa muito menos desgaste. Assim, carbono/ WC, carbono/Q1P ou carbono/Q1G para sistemas de água quente

1.3.5 Fatores que afetam o desempenho da vedação

Como mencionado anteriormente, nenhuma vedação é totalmente pressionada. Nas próximas páginas, apresentaremos os fatores que têm impacto sobre o desempenho da vedação: Consumo de energia, ruído e vazamento. Estes fatores serão apresentados individualmente. Entretanto, é importante destacar que eles estão intimamente relacionados e assim sendo, devem ser considerados como um todo.

Consumo de energia

Não é novidade que a vedação precisa de energia para girar. Os seguintes fatores contribuem para o consume de energia, que é a perda de energia de uma vedação de selo mecânico:

•Ação centrífuga de bombeamento das peças giratórias. O consume de energia aumenta dramaticamente com a velocidade da rotação (para a terceira energia).

•Atrito da face da vedação. O atrito entre as duas faces da vedação consiste de – atrito no filme de do líquido fino – atrito devido aos pontos de contato entre as faces da vedação.

O nível de consumo de energia depende do desenho da vedação, condições de lubrificação e materiais da face da vedação.

A figura 1.3.18 é um exemplo típico de consumo de energia de uma vedação de selo mecânico. A figura mostra que o atrito de até 3600 rpm é o motivo principal do consumo de energia da vedação de selo mecânico. O consumo de energia é, principalmente em relação às caixas de espanque, um problema importante. Como se observar no exemplo, substituir uma caixa de empanque por uma vedação de selo mecânico leva a uma economia de energia considerável, consulte a figura 1.3.19.

Velocidade (rpm)0

0

50

100

150

200

250

2000 4000 6000 8000 10000 12000

Perda de energia (W)

3600

Ação de bombeamento

Atrito

Fig. 1.3.18: Consumo de energia de uma vedação de selo mecânico de 12 mm

Velocidade (rpm)0

0

50

100

150

200

250

2000 4000 6000 8000 10000 12000

Perda de energia (W)

3600

Ação de bombeamento

Atrito

Seção 1.3Retentoresdeeixosmecânicos

Page 35: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

37

Bar

25

20

15

10

5

010 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 °C

Ruído

Faixa de operação

Velocidade 3000 rpm

Velocidade 1800 rpm

Velocidade 1200 rpm

Velocidade 600 rpm

Fig. 1.3.20: Relação entre faixa de operação e velocidade

Bar

25

20

15

10

5

010 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 °C

Ruído

Faixa de operação

Velocidade 3000 rpm

Velocidade 1800 rpm

Velocidade 1200 rpm

Velocidade 600 rpm

Ruído

A escolha dos materiais da face da vedação é decisiva para o funcionamento e vida da vedação de selo mecânico. A geração de ruído é resultado das condições de lubrificação deficientes em vedações que manipulam líquidos de baixa viscosidade. A viscosidade da água diminui com o aumento da temperatura. Isto significa que as condições de lubrificação diminuem conforme a temperatura aumenta. Se o líquido bombeado atinge ou excede a temperatura de ebulição, o líquido na parte da face da vedação evapora, que resulta em um diminuição adicional nas condições de lubrificação. Uma redução na velocidade tem o mesmo efeito, consulte a figura 1.3.20.

Vazamento

Inversamente, menos vazamento significa piores condições de lubrificação e aumento de atrito. Na prática, a quantidade de vazamento de perda de energia que ocorre nas vedações de selo mecânicos pode variar. O motivo é que o vazamento depende de fatores que são impossíveis de quantificar teoricamente por causa do tipo das faces da vedação, tipo de líquido, mola, carga,etc. Portanto, a figura 1.3.21 deve ser entendida como uma orientação.

Para a leitura correta da curva da taxa de vazamento (figura 1.3.21), é necessário seguir os quatro passos abaixo:

Passo1: Ler a pressão – neste caso 5 bares

Passo2: Vedação não balanceada de 30 mm

Passo3: Velocidade 3000 rpm

Passo4: Taxa de vazamento 0,06 ml/h

Fig. 1.3.21: Taxas de vazamento

Fig. 1.3.19: Caixa de empanque versus vedação de selo mecânico

Bomba padrão 50 mLC; eixo 50 mm e 29OO rpm

Consumo de energiaCaixa de empanque 2.0 kWh

Ved. selo mecânico 0.3 kWh

VazamentoCaixa empanque 3.0 l/h (quando montada corretamente)

Ved. selo mecânico 0.8 ml/h

Page 36: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Capítulo 1. Desenho de bombas e motores

Seção 1.4: Motores

1.4.1 Normas1.4.2 Partida no motor1.4.3 Tensão de alimentação1.4.4 Conversor de frequência1.4.5 Proteção do motor

Page 37: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Motores são usados em muitas aplicações ao redor do mundo. A finalidade de um motor elétrico é criar rotação, ou seja, converter energia elétrica em energia mecânica. As bombas funcionam com energia mecânica que é fornecida por motores elétricos.

1.4.1Padrões

NEMAA National Electrical Manufacturers Association (NEMA) estabelece padrões para uma ampla gama de produtos elétricos, incluindo motores. A NEMA está principalmente associada a motores usados na América do Norte. Os padrões representam as práticas industriais gerais e são apoiados pelos fabricantes de equipamentos elétricos. Os padrões podem ser encontrados na Publicação de Padrões da NEMA No. MG1. Alguns motores grandes podem não se encaixar nas padrões da NEMA.

Diretrizesemétodosdeproteção–motoresEx

IECA International Electrotechnical Commission (IEC) estabelece padrões para motores usados em muitos países do mundo. O padrão IEC 60034 contém os práticas elétricas recomendadas que foram desenvolvidos pelos países participantes da IEC.

Fig. 1.4.1: Motor elétrico

Fig. 1.4.2: Padrões NEMA e IEC

Seção 1.4 Motores

40

Page 38: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

ATEX (ATmosphère EXplosible) refere-se a duas diretrizes européias sobre risco de explosão dentro de áreas diferentes. A diretriz ATEX envolve equipamento elétrico, mecânico, hidráulico e pneumático. Quanto ao equipamento mecânico, os requisitos de segurança na diretriz ATEX asseguram que os componentes de bombas, como vedações de eixos e rolamentos não aquecem e inflamam gás e poeira. A primeira diretriz ATEX (94/9/ EC) trata de requisitos para equipamentos para uso em áreas com risco de explosão. O fabricante deve satisfazer os requisitos e classificar seus produtos em categorias. A segunda diretriz ATEX (99/92/EC) trata dos requisitos mínimos de segurança e saúde que o usuário deve satisfazer, ao trabalhar em áreas com risco de explosão. Diferentes técnicas são usadas para prevenir que o equipamento elétrico se torne uma fonte de ignição. No caso de motores elétricos, os tipos de proteção d (à prova de fogo), e (segurança aumentada) e nA (sem faíscas) são aplicados em relação a gás e DIP (a prova de ignição por poeira) é aplicado em relação à poeira..

Motores a prova de fogoproteçãotipoEExd(de) Em primeiro lugar, motores a prova de fogo EExd (tipo de) são equipamentos de categoria 2G para uso na zona 1. A carcaça do estator e as flanges isolam as peças do motor a prova de fogo que podem incendiar em uma atmosfera potencialmente explosiva. Devido ao isolamento, o motor é capaz de suportar a pressão que acompanha a explosão de uma mistura explosiva dentro do motor. A propagação da explosão para a atmosfera ao redor do isolamento é assim evitada, pois a explosão é resfriada através das passagens de chamas. O tamanho das passagens é definido na norma EN 50018. A temperatura da superfície do isolamento a prova de fogo deve estar sempre de acordo com as classes de temperatura.

Motores de segurança aumentadaproteçãotipoEEx(e)Motores de segurança aumentada (tipo e) são equipamentos categoria 2G para uso na zona 1. Estes motores não são a prova de fogo e não construídos para suportar uma explosão interna. A construção deste motor é baseada na segurança contra

Usuário Fabricante

Zonas:Gás (G): 0, 1 e 2Poeira (D): 20, 21 e 22

Risco

Menor

Risco

Potencial

Risco

Constante

Equipamento Categoria 3(3G/3D)

Equipamento Categoria 2(2G/2D)

Equipamento Categoria 1(1G/1D)

Zona: 0 ou 20

Zona: 1 ou 21

Zona: 1 ou 21

Zona: 2 ou 22

Zona: 2 ou 22

Fig 1.4.4: A explosão ocorre dentro do motor e levado para fora do motor pelas passagens de chamas. A classificação da temperatura para motores à prova de fogo é válida para superfícies externas.

Fig 1.4.3: : A ligação entre as zonas e categorias de equipamentos é um requisito mínimo Se as regras nacionais forem mais rígidas, elas são aquelas que devem ser seguidas.

Fig 1.4.5: Para maior segurança, não pode ocorrer faíscas nos motores EExe. A classificação da temperatura cobre as superfícies internas e externas.

Fig 1.4.6: Com motores sem faísca ExnA, provavelmente não ocorre ignição.

41

Page 39: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

possíveis temperaturas excessivas e ocorrência de faíscas e arcos durante a operação normal e quando um erro previsível ocorre. A classificação de temperatura para segurança aumentada dos motores é válida tanto para superfície interna quanto externa, e portanto é importante observar a temperatura de enrolamento do estator.

Motoresantifaíscas–proteçãotipoEx(nA)Motores antifaíscas (tipo nA) são equipamento categoria 3G para uso em zona 2. Esses motores não podem de maneira alguma inflamar uma atmosfera potencialmente explosiva em operação normal ver figura 1.4.6.

ProvadePoeiraInflamável(DIP)Dois tipos de motores de Prova de Poeira Inflamável existem: 2D/categoria 2 equipamentos e 3D/categoria 3 equipamentos.

2D/categoria 2 equipamentosDe modo a evitar que a eletricidade estática cause ignição, a ventoinha de arrefecimento numa categoria de motor 2 DIP para uso em zona 21 (área com perigo potencial de explosão) é feito de metal. Da mesma forma, para minimizar o risco de ignição, o terminal de terra externo está sujeito a exigências de construção mais severas. A temperatura externa da superfície do recinto é a que está indicada na placa do motor e corresponde ao desempenho de funcionamento durante as piores condições permitidas para o motor. Motores para uso na zona 21 (área com perigo potencial de explosão) tem que ser protegido IP65, que é completamente protegido contra poeira.

3D/categoria 3 equipamentos

Tipo de proteção

CódigoPadrões Uso em A TEX

categoria/Zona

TPrincipio AplicaçãoCENELEC

ENIEC

60079

Requisitosgerais

- 50014 - 0 - Requisitos elétricos básicos Todos equipamentos

Imersão Óleo o 50015 - 6Categoria 2Zona 1

Componentes elétricos imersos em óleo excluindo atmosfera explosiva de ignição Transformadores

Pressurizador p 50016 - 2Categoria 2Zona 1

Equipamento do receptáculo é purgado para remover atmosfera explosiva e pressurizado para evitar o ingresso da atmosfera circundante

Comutação e gabinetes de controle, motores graneds

Preenchido pó q 50017 - 5Categoria 2Zona 1

Partes elétricas são circundadas com pó por ex. quartzo para evitar contato com atmosfera explosiva

Aparelhos elétricos, ex. capacitores, fusíveis.

À prova de fogo d 50018 - 1Categoria 2Zona 1

Equipamento elétrico do receptáculo o qual, se há uma explosão interna não in�amará a atmosfera circundante

Maior segurança

e 50019 - 7Métodos adicionais são usados para eliminar arcos, fagulhas, e superfície quente capaz de in�amar atmosfera in�amável

Segurança Intrínseca

ia

ib

50020

50020

- 11

- 11

Categoria 1Zona 0

Categoria 2Zona 1

Energia elétrica em no equipamento está limitada de modo que os circuitos não podem in�amar uma atmosfera por faíscas ou aquecimento

Equipamento de medida e controle, por ex. sensores, instrumentação

Encapsulamento m 50028 - 18Categoria 2Zona 1

Componentes elétricos incorporados em material aprovado para evitar contato com atmosfera explosiva

Aparelhos de medida e controle, válvulas solenoides

Tipo de proteçãoprotec

nA 50021 - 15Categoria 3Zona 2 Sem formação de arco e sem faísca

Nota: Grupo II Atmosferas Pó são cobertas pela CENELEC EN 50281-1 E EN 50281-2

Motores CA, painéis de controle, equipamentos de iluminação

Categoria 2Zona 1

Motores CA, terminais e cx. de conexão, equip. de iluminação, motores tipo gaiola de esquilo

Motores CA, caixas terminais, aparelhos de iluminação

Fig 1.4.7: Padrões e métodos de proteção

42

Seção 1.4 Motores

Page 40: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

A temperatura indicada na categoria 3 motor DIP para uso em zona 22 (áreas com menos perigo de explosão) corresponde ao desempenhos de funcionamento sob as piores condições permitidas para aquele motor especifico. Um motor para uso em zona 22 tem que ser protegido IP 55, que é protegido contra poeira. A proteção IP é a única diferença entre equipamento categoria 2D e equipamento categoria 3D.

Montagem(MontagemInternacional–IM)

Existem três modos diferentes de montagem: motor de montagem em pedestal, motor com flange de fixação com flange de orifício livre (FF) e motor com flange de fixação com flange de orifício roscados (FT). A figura 1.4.8 mostra as diferentes formas de montagem de um motor e as normas que se aplicam para as fixações. A montagem de motores é estabelecida de acordo com os seguintes padrões:

•IEC 60034-7 Código I, ou seja. designação IM seguida pelo código DIN 42590 anteriormente usado

•IEC 60034-7, Código II

Classe de proteção(ProteçãocontraaEntrada–IP)

A classe de proteção determina os graus de proteção do motor contra a entrada de objetos sólidos e água. A classe de proteção é determinada por meio de duas letras IP seguidas por dois dígitos, por exemplo IP55. O primeiro dígito corresponde a proteção contra contato e entrada de objetos sólidos e o segundo digito a proteção contra a entrada de água, ver figura 1.4.9.

Furos de drenagem permitem a fuga de água que possa ter entrado no estator, por exemplo, por condensação.Quando o motor está instalado num ambiente úmido, o furo da drenagem inferior deve ser aberto. Abrir o furo de drenagem muda de classe da caixa do motor de IP55 para IP44.

Fig 1.4.9: A classe de proteção é determinada por meio de dois dígitos IP seguidos por duas letras; por exemplo IP55

IM B3

IM 1001

IM B5

IM 3001

IM V1

IM 3011

IM B14

IM 3601

IM V18

IM 3611

Fig 1.4.8: Diferentes tipos de montagem

Motor de montagem em pedestal

Motor com flange de fixaçãocomflange de orifício livre

Motor com flange de fixaçãocom flange de orifício roscados

IM B35

IM 2001

43

Page 41: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Tamanho do chassi

Figura 1.4.11 dá uma visão geral da relação entre o tamanho do chassi, extremidade do eixo, potencia do motor e tipo de flange e tamanho. Para motores de tamanho de chassi 63 até e incluindo 315M. a relação está especificada em EN 50347. Para motores com tamanho de chassi 315L e maior, nenhum padrão cobre esta relação. A figura mostra onde no motor os diferentes valores que formam o tamanho do chassi são medidos.

Flanges e extremidade do eixo estão de acordo com EN 50347 e IEC 60072-1. Algumas bombas têm um acoplamento, o que requer uma extremidade de eixo do motor lisa ou uma extensão do eixo especial que não está definido nas normas.

Classe de Isolamento

A classe de isolamento é definida na norma IEC 60085 e diz algo sobre o quanto robusto o sistema de isolamento é para temperaturas. A vida de um material isolante é altamente dependente da temperatura à qual ele é exposto. Os vários materiais e sistemas isolantes estão classificados em classes de isolamento dependendo de suas habilidades a resistir a altas temperaturas.

IEC100L(NestecasoL=140mm)

100m

m

Distânciaentre orifícios

B3

Classe

B

F

H

Temperatura ambiente máxima

(°C)

40

40

40

Aumento máximo de temperatura

(K)

80

105

125

Zona de sobretemperatura

(K)

10

10

15

Temperatura máx. de enrolamento

(Tmax) (°C)

130

155

180

Fig 1.4.12: Diferentes classes de isolamento e seus aumentos de temperatura em voltagem nominal e carga

Fig 1.4.10: Tamanho chassi

140 mm

44

Seção 1.4 Motores

Page 42: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Fig 1.4.11: A relação entre o tamanho do chassi e entrada de energia

45

Page 43: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Partidadireta

Como o nome sugere, a partida direta significa que o arranque do motor é feito diretamente conectado diretamente à fonte na tensão nominal. A partida direta é adequada para fornecimentos estáveis e mecanicamente rígido e sistema de eixo bem dimensionados, por exemplo bombas. Sempre que formos aplicar o método de partida direta é importante consultar a autoridades locais.

Partidaestrela-triângulo

O objetivo deste método de inicialização, que é usado em motores de indução trifásicos, é reduzir a corrente de inicialização. Numa posição, o fornecimento de corrente para os enrolamentos do estator é conectado em estrela (Y) para a inicialização. Em outras posições, o fornecimento de corrente é reconectado aos enrolamentos em delta (Δ) uma vez que o motor ganhou velocidade.

Inicialização por autotransformador

Como o nome indica, a inicialização por autotransformador utiliza um autotransformador. O autotransformador é colocado em série com o motor durante a partida e varia a tensão para cima até tensão nominal entre dois a quatro passos.

Partidasuave

Uma partida suave é, como você esperaria, um dispositivo que garante uma partida suave de um motor. Isso é feito pelo aumento da tensão até um tempo de aumento de tensão pré-determinado.

Partidaporconversordefrequência

Conversores de frequência são designados para alimentação continua de motores, mas eles também podem ser usado para partida suave.

1.4.2 Inicialização do motor

Distinguimos entre modos diferentes de inicialização do motor: partida direto, partida estrela-triângulo, partida por autotransformador, partida suave e partida conversor de frequência. Cada um desses métodos tem seus prós e contras, ver figura 1.4.13.

Fig 1.4.13: Método de inicialização

46

Seção 1.4 Motores

Page 44: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

1.4.3 Tensão de alimentação

A tensão nominal do motor encontra-se dentro de certo intervalo de tensão. A figura 1.4.14 mostra exemplos típicos de tensão para motores de 50 Hz e 60 Hz.

De acordo com a norma internacional IEC 60038, o motor tem que ser capaz de operar com uma tolerância de tensão principal de ± 10%.

Para motores que são designados conforme a norma IEC 60034-1 com uma ampla faixa de tensão, por exemplo, 380-415V, a tensão principal tem uma tolerância de ± 5%.

A temperatura máxima admissível para a real classe de isolamento não é excedida quando o motor é operado dentro da faixa de tensão nominal. Para condições nos limites extremos, a temperatura sobre tipicamente aproximadamente 10 Kelvin..

1.4.4 Conversor de frequência

Conversores de frequência são habitualmente usados para controlar a velocidades das bombas, ver capitulo 4. O conversor de frequência converte a tensão de alimentação em uma nova tensão e frequência, fazendo que o motor funcione a uma velocidade diferente. Este modo de regular a frequência pode resultar em alguns problemas:

•Ruído acústico do motor, que é às vezes transmitido para o sistema como ruído perturbador

•Picos de alta tensão na saída do conversor de frequência para o motor

Fig 1.4.14: Tensões Típicas

Fig 1.4.15: Tensões principais de acordo com IEC 60038

47

Page 45: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Isolamento para motores com conversor de frequência

Em conexão com motores com conversores de frequência, nós distinguimos entre diferentes tipos de motores, com diferentes tipos de isolamento.

Motores sem isolamento de fasePara motores construídos sem o uso de isolamento de fase, tensões contínuas (RMS) acima de 460 V podem aumentar o risco de descargas perturbadoras nos enrolamentos e, portanto, a destruição do motor. Isso se aplica a todos os motores construídos de acordo com esses princípios. A operação contínua com picos de tensão acima de 650 V pode causar danos ao motor.

Motores com isolamento de faseEm motores trifásicos, o isolamento de fase normalmente é usado e consequentemente, precauções específicas não são necessárias se o fornecimento de tensão é menor do que 500V.

Motores com isolamento reforçadoEm conexão com tensões de alimentação entre 500 V e 690V, o motor tem que ter isolamento reforçado ou ser protegido com filtros delta U/delta t. Para alimentação de tensões de 690V e maiores, o motor tem que ser equipado com ambos os filtros de isolamento reforçado delta U/delta t.

Motores com rolamentos isoladosDe modo a evitar fluxos de corrente prejudiciais através dos rolamentos, os rolamentos do motor tem que ser eletricamente isolados. Isso se aplica para motores de chassi de tamanho 280 e acima.

Fig 1.4.16: Estator com isolamento de fase

Isolamento de fase também conhecido como papel de fase

48

Seção 1.4 Motores

Page 46: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Eficiênciadomotor

De modo geral, motores elétricos são bastante eficientes. Alguns motores têm eficiências de potencia eletricidade-para-eixo de 80-93% dependendo do tamanho do motor e as vezes até mais altas para motores maiores. Existem dois tipos de perda de energia em motores elétricos: perdas dependentes da carga e perdas independentes da carga.

Perdas dependentes da carga variam com o quadrado da corrente e cobrem:•Perdas do enrolamento do estator (perdas de cobre)•Perdas do rotor (perdas por escorregamento) •Perdas por dispersão (em diferentes partes do motor)

Perdas independentes da carga no motor se referem a:•Perdas de ferro (perdas do núcleo) •Perdas mecânicas (fricção)

Diferentes classificações de motor categorizam motores de acordo com a eficiência. As mais importantes são CEMEP na UE (EFF1, EFF2 e EFF3) e EPAct nos EUA.

Motores podem falhar por causa da sobrecarga por um longo período e, portanto a maioria dos motores são intencionalmente superdimensionados e apenas operam entre 75% a 80% de sua capacidade de carga total. Nesse nível de carga, a eficiência do motor e fator de potência permanecem relativamente altos. Mas quando a carga do motor é menos do que 25%, a eficiência e fator de potencia diminuem.A eficiência do motor cai rapidamente abaixo de certa porcentagem da carga nominal. Assim, é importante dimensionar o motor de forma que as perdas associadas com o funcionamento do motor muito abaixo da sua capacidade nominal sejam minimizadas. É comum escolher um motor de bomba que satisfaça os requisitos de potencia da bomba.

1.4.5Proteçãodomotor

Os motores quase sempre são protegidos contra temperaturas abrangentes as quais podem causar danos ao sistema de isolamento. Dependendo da construção do motor e da aplicação a proteção térmica também pode ter outras funções, por exemplo, prevenir que temperaturas danosas no conversor de frequência se ele está montado no motor.

O tipo de proteção térmica vária com o tipo do motor. A construção do motor juntamente com o consumo de potencia deve ser levada em consideração quando escolhendo a proteção térmica. De modo geral, os motores tem que ser protegidos contra as seguintes condições:

Errosquecausamaumentolentodetem-peratura nos enrolamentos:•Sobrecarga lenta•Longos períodos de inicialização•Resfriamento reduzido/falta de resfriamento•Temperatura ambiente aumentada•Partidas e paradas frequentes•Flutuação de frequência•Flutuação de tensão

Erroscausandoaumentorápidodetemper-atura nos enrolamentos:•Rotor bloqueado•Falha de fase

Por cento da carga nominal

Porc

ento

50 5 50500

00

0

40

0

0

0

0.4

0.

0.

E�ciênciaFator de potencia

Cos

j

Por cento da carga nominal75 55 75

5

75

7 5

75 7

E�ci

ênci

a %

Fig 1.4.17: Eficiência vs fator de potência da carga vs carga (desenho esquemático)

Fig 1.4.18: A relação entre eficiência e carga nominal de motores de tamanhos diferentes (desenho esquemático)

49

Page 47: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

ProteçãoTérmica(TP)

De acordo com a norma IEC 60034-11, a proteção térmica do motor tem que estar indicada na placa com a designação TP. A figura 1.4.19 mostra uma visão geral das designações TP.

TermistoresPTCTermistores PTC (Termistores de Coeficiente de Temperatura Positiva) podem ser equipados nos enrolamentos de um motor durante a produção ou adaptados depois. Geralmente, 3 PTCs são montados em série; 1 em cada fase de enrolamento. Eles podem ser comprados com temperaturas de disparo variando de 90ºC a 180ºC em 5 níveis de graus. PTCs têm que estar conectados a um relé de termistor, que detecta o aumento rápido na resistência do termistor quando ele alcança sua temperatura de disparo. Estes dispositivos são não-lineares. Na temperatura ambiente, a resistência de com conjunto de 3 será de aproximadamente 200-300 ohms, e isso aumentará rapidamente quando ter termistor alcança sua temperatura de disparo. Se a temperatura aumentar mais o termistor PTC pode atingir vários milhares de ohms. Os relés do termistor normalmente são configurados para disparar a 3000 ohms ou são pré-configurados para disparar de acordo com o que a norma DIN 44082 prescreve. A designação TP para PTCs para motores menores do que 11kW é TP 211 se os PTCs estão ajustados nos enrolamentos. Se os PTCs são retroajustados, a designação TP é TP 111. A designação TP para PTCs para motores maiores que 11 kW normalmente é TP111.

Fig 1.4.19: Designações TP

Interruptores térmicos e termostatosInterruptores térmicos são pequenas chaves bimetálicas que comutam devido à temperatura. Eles estão disponíveis com uma ampla gama de temperaturas de disparo; normalmente dos tipos aberto e fechado. O tipo mais comum é o fechado. Um ou dois em série são geralmente montados nos enrolamentos como termistores e podem ser diretamente conectados ao circuito da bobina contator principal. Desta forma, nenhum relé é necessário. Este tipo de proteção é mais barato do que termistores, mas, por outro lado, é menos sensível e não é capaz de detectar uma falha de rotor bloqueado.

Interruptores térmicos também são conhecidos como interruptores Thermik, Klixon e PTO (Proteção Térmica a Abertura). Interruptores térmicos sempre levam uma designação TP111.

Motores monofásicosMotores monofásicos normalmente vêm com proteção térmica incorporada. A proteção térmica normalmente tem um restabelecimento automático. Isso sugere que o motor tem que ser conectado à rede elétrica de um modo que garanta que acidentes causados pelo restabelecimento automático sejam evitados.

Motores trifásicosMotores trifásicos tem que ser protegidos de acordo com os regulamentos locais. Este tipo de motor normalmente tem contatos incorporados para reinicialização nos circuito de controle externo.

50

Page 48: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

51

AquecimentodeParalisação

Um elemento de aquecimento garante o aquecimento de paralisação do motor. O elemento de aquecimento é especialmente usado em conexão com aplicações que trabalham com umidade e condensação. Ao utilizar o aquecimento de paralisação, o motor está mais quente do que o ambiente e assim, a umidade relativa do ar dentro do motor é sempre inferior a 100%.

Manutenção

O motor deve ser verificado em intervalos regulares. É importante manter o motor limpo de modo a garantir a ventilação adequada. Se a bomba é instalada em um ambiente empoeirado, ela deve ser limpa e verificada regularmente.

Rolamentos

Normalmente, motores têm um rolamento bloqueado na extremidade de acionamento e um rolamento com folga axial na extremidade sem acionamento. A folga axial é exigida, devido às tolerâncias de produção, expansão térmica durante operação, etc. Os rolamentos do motor são mantidos no lugar por arruelas de pressão onduladas na extremidade sem acionamento, ver figura 1.4.21.

O rolamento fixo na extremidade de acionamento pode ser tanto um rolamento radial de esferas ou um rolamento de contato angular.

As folgas e tolerâncias de rolamentos são apresentadas de acordo com ISO 15 e ISO 492. Como os fabricantes de rolamentos tem que cumprir estas normas, os rolamentos são internacionalmente permutáveis.

De modo a rodar livremente, um rolamento de esferas deve ter certa folga interna entre a canalização e as esferas. Sem essa folga interna, as esferas podem ou ter dificuldade para rodar ou ficarem presas e serem incapazes de rodar. Por outro lado, demasiada folga interna resultará em um rolamento instável que pode gerar ruído excessivo ou permitir que o eixo oscile.

Dependendo de para qual tipo de bomba o motor está adaptado, o rolamento radial de esferas na extremidade de acionamento deve ter folga C3 ou C4. Rolamentos com folga C4 são menos sensíveis ao calor e tem capacidade de carga axial aumentada.

O rolamento transportando as forças axiais da bomba pode ter folga C3 se:

•a bomba tem alivio hidráulico completo ou parcial•a bomba tem muitos períodos de operação breve•a bomba tem longos períodos de inatividade

Rolamentos C4 são usados para bombas com forças axiais altas flutuantes. Rolamentos de contato angular são usados se a bomba exerce fortes forças axiais unidirecionais.

Fig 1.4.21: Desenho de corte transversal do motor

1.4.20: Estator com elemento de aquecimento

Page 49: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

52

Motores com rolamentospermanentemente lubrificadosPara rolamentos fechados permanentemente lubrificados, utilize um dos seguintes tipos de graxa resistentes a altas temperaturas:

•Graxa a base de lítio•Graxa a base de poliureia

As especificações técnicas devem corresponder à norma DIN – 51825 K2 ou melhor. A viscosidade básica do óleo deve ser maior do que:

•50 cSt (10-6m2/sec) a 40°C e•8 cSt (mm2/sec) a 100°C

Por exemplo, Kluberquiet BQH 72-102 com uma razão de preenchimento de graxa de: 30 -40%.

Motores com sistema de lubrificaçãoNormalmente motores de chassi com tamanho 160 e maiores tem bocais lubrificantes para os rolamentos tanto na extremidade de acionamento

quanto na extremidade sem acionamento.Os bocais lubrificantes são visíveis e de fácil acesso. O motor é projetado de tal modo que:

•há um fluxo de graxa em torno do rolamento•graxa nova entra no rolamento•a graxa velha é removida do rolamento

Motores com sistemas de lubrificação são fornecidos com uma instrução de lubrificação, por exemplo como uma etiqueta na tampa da ventoinha. Além disso, as instruções são dadas nas instruções de instalação e operação.

O lubrificante com frequência é a base de lítio, graxa de alta temperatura, por exemplo EXXON UNIREX N3 ou Shell Alvania Graxa G3. A viscosidade básica do óleo deve ser

• maior que 50 cSt (10-6m2/sec) a 40°C e• 8 cSt (mm2/sec) a 100°C

Fig:1.4.22: Tipos típicos de rolamento em motores de bomba

Seção 1.4 Motores

Page 50: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Capitulo 1. Design de bombas e motores

Seção 1.5: Líquidos

1.5.1 Líquidos viscosos1.5.2 Líquidos não newtonianos1.5.3 O impacto de líquidos viscosos no desempenho de uma bomba centrifuga1.5.4 Selecionando a bomba certa para um liquido com anticongelante1.5.5 Exemplo de calculo1.5.6 Seleção de bombas assistida por computador para líquidos densos e viscosos

Page 51: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Seção 1.5Líquidos

1.5.1 Líquidos viscosos

Não há dúvida sobre isso; a água é o liquido mais comum que uma bomba trata. Entretanto, em várias aplicações, as bombas tem que lidar com outros tipos de líquidos, por exemplo, óleo, propilenoglicol, gasolina. Comparado com água esses tipos de líquidos tem densidade e viscosidade diferentes.

A viscosidade é a medida da espessura do líquido.

Quanto mais alta a viscosidade mais espesso o liquido. Propilenoglicol e óleo de motor são exemplos de líquidos espessos ou de alta viscosidade. A gasolina e a água são exemplos de líquidos finos de baixa viscosidade.

Existem dois tipos de viscosidade:• A viscosidade dinâmica (μ), que é normalmente medida em Pa-s ou Poise. (1 Poise = 0,1 Pa⋅s)

• A viscosidade cinemática (ν) que é normalmente medida em centiStokes ou m2/s (1 cSt = 10-6 m2/s)

A relação entre a viscosidade dinâmica (μ) e a viscosidade cinemática (ν) é mostrada na formula à direita.

Nas páginas a seguir, nós focaremos apenas na viscosidade cinemática (ν).

A viscosidade de um liquido muda consideravelmente com a alteração da temperatura; óleo quente é mais fino do que óleo frio, Como podemos verificar na figura 1.5.1 um liquido 50% propilenoglicol aumenta sua viscosidade 10 vezes quando a temperatura muda de +20 para -20ºC.Para maiores informações relativas à viscosidade do liquido vá ao apêndice L.

54

ν=μρ

ρ = densidade do líquido

Fig. 1.5.1: Comparação de valores de viscosidade para água e alguns outros líquidos. Valores de densidade e temperaturas também são mostrados.

Page 52: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

1.5.2 Liquidos não newtonianos

Os líquidos discutidos até agora são conhecidos como fluidos newtonianos. A viscosidade de líquidos newtonianos não é afetada pela magnitude e a movimento aos quais eles estão expostos. Óleo mineral e água são exemplos típicos deste tipo de líquido. Por outro lado, a viscosidade de líquidos não newtonianos altera quando agitados.

Isso pede alguns exemplos:• Líquidos dilatantes como creme – a viscosidade aumenta quando agitado

• Fluidos plásticos como ketchup – tem um limite de escoamento, o qual tem que ser excedido antes que o fluxo inicie. Deste ponto em diante a viscosidade diminui com um aumento na agitação

• Líquidos tixotropico como pintura não gotejante – apresenta uma viscosidade decrescente com um aumento na agitação

Os líquidos não newtonianos não estão cobertos pela fórmula de viscosidade descrita anteriormente nesta seção.

1.5.3 O impacto de líquidos viscosos no desempenho de uma bomba centrifuga

Líquidos viscosos, que são líquidos com viscosidade mais alta e/ou maior densidade do que a água, afetam o desempenho das bombas centrifugas de diferentes formas:

• Aumenta o consumo de energia, isto é, um motor maior pode ser exigido para desempenhar a mesma função

• A eficiência da carga, taxa de fluxo e da bomba são reduzidas

Vamos dar uma olhada num exemplo. Uma bomba é usada para bombear um líquido em um sistema de arrefecimento com uma temperatura de liquido abaixo de 0°C. Para evitar que o líquido congele um agente anticongelante como propilenoglicol é adicionado à água.

Quando glicol ou um agente anticongelante similar é adicionado ao liquido bombeado, o liquido obtém as propriedades diferentes daquelas da água. O liquido terá:

• Ponto de congelamento mais baixo, tf [°C]

• Aquecimento especifico mais baixo, cp [kJ/

kg.K]• Condutividade térmica mais baixa, λ[W/m.K]• Ponto de ebulição mais alto, t

b [°C]

• Maior coeficiente de expansão, β[m/°C]• Maior densidade, ρ[kg/m3]• Maior viscosidade cinemática, ν [cSt]

Essas propriedades tem que ser mantidas em mente quando projetando um sistema e selecionando bombas. Como mencionado anteriormente, uma maior densidade exige potencia aumentada do motor e maior viscosidade reduz a carga e taxa de fluxo da bomba e a eficiência resulta necessidade acrescida da potencia do motor, veja figura 1.5.2.

Fig. 1.5.2: Carga alterada, eficiência e entrada de potencia para o liquido com mais alta viscosidade

55

Page 53: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

1.5.4 Seleção da bomba certa para um líquido anticongelante

As características da bomba normalmente são baseadas em água a aproximadamente 20°C, isto é, uma viscosidade cinemática de aproximadamente 1 cSt e uma densidade de aproximadamente 1.000 kg/m3.Quando as bombas são usadas para líquidos contendo anticongelante abaixo de 0°C, é necessário examinar se a bomba pode fornecer o desempenho exigido ou se é necessário um motor maior. A seção a seguir apresenta um método simplificado usado para determinar as correções da curva da bomba para bombas num sistema que tem que lidar com viscosidade entre 5 - 100 cSt e uma densidade de no máximo 1.300 kg/m3. Favor observar que este método não é tão preciso quanto o método computadorizado descrito mais adiante nesta seção.

Correções da curva da bomba para bombas manuseando líquido de alta viscosidadeBaseado no conhecimento sobre o ponto de funcionamento requisitado, Q

S, H

S, e a viscosidade

cinemática do líquido bombeado, os fatores de correção de H e P

2 podem ser encontrados, ver

figura 1.5.3.

Para obter o fator de correção para bombas multiestágio, a altura manométrica de um estágio tem que ser usada.

Fig. 1.5.3: É possível determinar o fator de correção para a altura manométrica e consumo de energia em diferentes valores de fluxo, altura manométrica e viscosidade.

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

0.9

1.0

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

1.00

1.05

1.20

1.15

1.10

1.25

1.30

1.35

0

H = 6 m

H =

10

mH =

20 m

H = 40 m

H = 60 m

10 cSt

20 cSt

40 cSt

60 cSt

100 cSt

5 cSt

10 cSt

20 cSt

40 cSt60 cSt

100 cSt

5 cSt

KH

KP2

Q [m3/h]

56

Seção 1.5Líquidos

Page 54: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

A figura 1.5.3 é lida da seguinte maneira: Quando k

H e k

P2 são encontrados na figura, a

altura manométrica equivalente para água limpa H

W e a potência real do eixo corrigida P

2S pode ser

calculado pela seguinte fórmula

OndeH

W : é a altura manométrica equivalente da

bomba se o líquido bombeado for água “limpa

P2W

: é a energia do eixo no ponto de funcionamento (Q

S,H

W) quando o liquido bombeado é água

(com agentes)

HS : é a altura manométrica desejada do líquido

bombeado (com agentes)

P2S

: é a potência do eixo no ponto de trabalho (Q

s,H

s) quando o líquido bombeado for água

(com agentes)

ρs : é a densidade do líquido bombeado

ρw

: é a densidade da água = 998 kg/m3

A seleção da bomba baseia-se nas folhas de dados/curvas normais que se aplicam à água. A bomba deve cobrir o ponto de funcionamento Q,H = Q

S,H

W, e o motor deve ser suficientemente

poderoso para lidar com P2S

no eixo.

A figura 1.5.4 mostra como proceder ao selecionar uma bomba e testar se o motor está dentro da faixa de potência permitida.

ρP2S = KP2

. P2w

. ( )sw

Água

Água

Mistura

Mistura

HwH

w = kH

. HS

2

1

H

Hs

P2s

P

P2w

Qs Q

Q

5

3

4

ρ

Fig. 1.5.4: Correção da curva da bomba ao escolher a bomba certa para o sistema.

O procedimento de seleção da bomba e motor contém os seguintes passos:

• Calcule a altura manométrica) correta Hw

(baseado em H

S and k

H), ver figura 1.5.4 1-2

• Escolha uma bomba capaz de fornecer o desempenho de acordo com o ponto de funcionamento correto (Q

S, H

W)

• Leia a entrada de energia P2W

no ponto de funcionamento (Q

S,H

w), ver figura 1.5.4 3-4

• Baseado em P2W

, kP2

, ρW

, e ρS calcule a

potência de eixo exigida correta P2S

, ver figura 1.5.4 4-5

• Verificar se P2S

< P2 MAX

do motor. Se este for o caso o motor pode ser usado. De outro modo selecione um motor mais potente

HW=k

H .

H

S

ρs

ρwP

2S=k

P2.

P

2w . ( )

57

Page 55: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

1.5.5Exemplodecálculo

Uma bomba de circulação num sistema de refrigeração deve bombear um líquido com 40% (peso) de propilenoglicol à temperatura de - 10°C. O fluxo desejado é Q

S = 60 m3/h, e a altura

manométrica) desejada é HS = 12 m. Conhecendo

o ponto de funcionamento desejado é possível encontrar o QH característico para água e escolher uma bomba capaz de cobrir o ponto de funcionamento. Uma vez que determinamos o tipo de bomba necessário e tamanho, podemos verificar se a bomba está equipada com um motor que pode suportar a carga da bomba específica.

O líquido tem uma viscosidade cinemática de 20 cSt e uma densidade de 1049 kg/m3. Com Q

S = 60

m3/h, HS = 12 m e ν = 20 cSt, os fatores de correção

podem ser encontrados na figura 1.5.3.

kH=1.03

kP2=1.15

HW=k

H · H

S=1.03·12=12.4m

QS=60m3/h

A bomba tem que ser capaz de cobrir um ponto de funcionamento equivalente a Q,H = 60 m3/h, 12.4m. Uma vez que o tamanho de bomba necessário é determinado, o valor P

2 para o ponto

de funcionamento é encontrado, o que neste caso é P

2W = 2.9 kW. Agora é possível calcular

a potência do motor necessária para a mistura propilenoglicol:

O cálculo mostra que a bomba tem que ser equipada com um motor de 4 kW, que é o menor tamanho de motor capaz de cobrir o P

2S = 3.5 kW

calculado.

1.5.6 Seleção de bomba assistida por computador para líquidos densos e vis-cosos

Algumas ferramentas de seleção de bomba assistida por computador incluem um recurso que compensa para curvas de desempenho da bomba baseadas na entrada da densidade do líquido e viscosidade. A figura 1.5.5 mostra as curvas de desempenho da bomba a partir do exemplo que acabamos de abordar.

A figura mostra tanto as curvas de desempenho para a bomba quando ela opera líquido viscoso (as linhas cheias) quanto as curvas de desempenho quando ela opera com água (as linhas interrompidas). Como indicado, a altura manométrica), fluxo e eficiência são reduzidos, resultando num aumento do consumo de energia.O valor de P

2 is 3.4 kW, o que corresponde ao

resultado que obtemos no cálculo exemplar na seção 1.5.4.

H [m]

η[%

01

2

3

4

0

2

4

6

8

10

12

14

0 10 20010203040506070

30 40 50 60 70 80 Q [m 3/h]

Q [m 3/h]

P2 [kW]

Fig. 1.5.5: Curvas de desempenho da bomba

ρS

ρw

P2S=k

P2.

P

2w .

P2S =1.15.

2.9 .

1049

998=3.5kW

58

Seção 1.5Líquidos

Page 56: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Capitulo 1. Design de bombas e motores

Seção 1.6: Materiais

1.6.1 O que é corrosão?1.6.2 Tipos de corrosão1.6.3 Metal e ligas de metal1.6.4 Cerâmica1.6.5 Plásticos1.6.6 Borracha1.6.7 Revestimentos

Page 57: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

60

Seção 1.6Materiais

Nesta seção, você pode ler sobre diferentes materiais que são usados para construção da bomba. Nosso foco principal será sobre as características que cada metal simples e liga de metal tem a oferecer. Mas, antes de nos aprofundarmos mais no mundo dos materiais, nós daremos uma olhada mais de perto na corrosão. Além de explicar o que é corrosão, nós examinaremos os diferentes tipos de corrosão e o que pode ser feito para evitar que a corrosão ocorra.

1.6.1 O que é corrosão?

Corrosão é normalmente conhecida como a degradação do metal por reação química ou eletroquímica com seu ambiente, ver figura 1.6.1. Considerada amplamente, a corrosão pode ser encarada como a tendência do metal para voltar ao seu estado natural, semelhante ao óxido a partir do qual foi originalmente derretido. Somente metais preciosos tal como ouro e platina são encontrados na natureza em seu estado metálico.

Alguns metais produzem uma camada compacta de óxido protetor sobre a superfície, o que dificulta ainda mais a corrosão. Se a camada da superfície se quebrar, ela é autorregenerativa. Esses metais são passivados. Sob condições atmosféricas, os produtos de corrosão de zinco e alumínio formam uma camada bastante compacta e corrosões adicionais são impedidas. Da mesma forma, sobre a superfície de aço inoxidável uma camada compacta de ferro e óxido de crômio é formada e na superfície de titânio uma camada de óxido de titânio é formada. A camada protetora desses metais explica sua boa resistência à corrosão. A ferrugem, por outro lado, é um produto sem proteção contra corrosão no aço. A ferrugem é porosa, não firmemente aderente e não previne corrosão continuada, ver figura 1.6.2.

pH (acidez)Agentes oxidantes (tais como oxigênio) Temperatura Concentração de constituintes de solução (tais como cloretos)

Atividade biológica

Condições operacionais (tais como velocidade, procedimentos de limpeza e paralizações)

Variáveis ambientais que afetam a resistência da corrosão de metais e ligas

Fig. 1.6.1: Variáveis ambientais que afetam a resistência à corrosão de metais e ligas

Produtosemproteçãocontracorrosão

Produtocomproteçãocontracorrosão

Fig. 1.6.2: Exemplos de produtos de corrosão

Ferrugem no aço

Camadadeóxidosobreoaçoinoxidável

Page 58: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

1.6.2 Tipos de corrosão

Geralmente, a corrosão metálica envolve a perda de metal num ponto numa superfície exposta. A corrosão ocorre em várias formas que vão desde ataques uniformes sobre a superfície inteira até ataques locais graves. As condições químicas e físicas do ambiente determinam tanto o tipo como a taxa de ataques de corrosão. As condições também determinam o tipo de produtos de corrosão que são formados e as medidas de controle que necessitam ser tomadas. Em muitos casos, é impossível ou muito caro interromper completamente o processo de corrosão; entretanto, normalmente é possível controlar os processos a níveis aceitáveis.

Nas páginas a seguir abordaremos as diferentes formas de corrosão de modo a dar uma ideia de suas características.

Corrosão uniforme Corrosão uniforme ou geral é caracterizada pelos ataques corrosivos procedendo uniformemente sobre toda a superfície ou numa grande parte da área total. O desbaste geral continua até que o metal se partir. A corrosão uniforme é o tipo de corrosão onde a maior quantidade de metal é desperdiçada.

Exemplos de metais, que estão sujeitos à corrosão uniforme: • Aço em água gasosa• Aço inoxidável em ácidos de redução (tais como o EM 1.4301 (AISI 304) em ácido sulfúrico)

Corrosão alveolarA corrosão alveolar é uma forma localizada de ataques corrosivos. A corrosão alveolar forma buracos ou marcas na superfície do metal. Ela perfura o metal enquanto a corrosão total, medida pela perda de peso, pode ser bastante mínima. A taxa de penetração pode ser 10 a 100 vezes maior do que a corrosão geral, dependendo da agressividade do líquido. A corrosão alveolar ocorre mais facilmente em um ambiente estagnado.

Exemplo de metal sujeito à corrosão alveolar: • Aço inoxidável em água do mar

Fig. 1.6.3: Corrosão uniforme

Fig. 1.6.4: Corrosão alveolar

61

Page 59: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

1. Design of pumps and motors

1.1Pumpconstruction,(10)

Corrosão por frestasA corrosão por frestas - como a corrosão alveolar - é uma forma de ataque de corrosão localizado. Entretanto, a corrosão por frestas inicia mais facilmente que a alveolar. A corrosão por frestas ocorre em aberturas ou espaços estreitos entre duas superfícies de metal ou entre superfícies de metal e não metal e é normalmente associada a uma condição de estagnação na fresta. Frestas, tais como aquelas encontradas em juntas de flange ou conexões rosqueadas são, portanto, muitas vezes os pontos mais críticos para corrosão.

Exemplo de metal sujeito à corrosão por fresta: • Aço inoxidável em água do mar

Corrosão intergranularComo o nome indica, a corrosão intergranular ocorre nas bordas do grão. A corrosão intergranular também é chamada de corrosão intercristalina. Normalmente, esse tipo de corrosão ocorre quando os carbonetos de cromo se precipitam nas bordas do grão durante o processo de soldagem ou em conexão com tratamento de calor insuficiente. Uma região estreita em torno das bordas do grão pode, portanto, esgotar-se de cromo e tornar-se menos resistente à corrosão do que o resto do material, Isso é lamentável porque o cromo tem um papel importante na resistência à corrosão.

Exemplos de metais que estão sujeitos à corrosão intergranular:• Aço inoxidável – que é insuficientemente soldado ou tratado termicamente• Aço inoxidável EN 1.4401 (AISI 316) em acido nítrico concentrado

Corrosão seletivaA corrosão seletiva é um tipo de corrosão que ataca um único elemento de uma liga e dissolve o elemento na estrutura da liga. Consequentemente, a estrutura da liga é enfraquecida.

Exemplos de corrosão seletiva:• A desincificação de bronze não estabilizado, onde

uma estrutura porosa enfraquecida de cobre é produzida;

• Grafitização de ferro fundido cinzento, onde um frágil esqueleto de grafite é deixado por causa da dissolução do ferro.

Fig. 1.6.5: Corrosão por fresta

Fig. 1.6.6: Corrosão intergranular

Fig. 1.6.7: Corrosão seletiva

Cobre

ProdutosdacorrosãodozincoBronze

62

Seção 1.6Materiais

Page 60: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Corrosão por erosãoA corrosão por erosão é um processo que envolve corrosão e erosão. A taxa de ataque de corrosão é acelerada por um movimento relativo de um liquido corrosivo e uma superfície de metal. O ataque é localizado em áreas com velocidade alta ou fluxo turbulento. Os ataques de corrosão por erosão são caracterizados por estrias com padrão direcional.

Exemplos de metais que estão sujeitos à corrosão erosão:• Bronze em água do mar• Cobre em água.

Corrosão por cavitaçãoUm líquido bombeado com alta velocidade reduz a pressão. Quando a pressão cai abaixo da pressão de vapor do líquido, bolhas de vapor se formam (o liquido ferve). Em áreas onde as bolhas de vapor se formam, o líquido está fervendo. Quando a pressão aumenta novamente, as bolhas de vapor caem e produzem intensas ondas de choque. Consequentemente, a queda das bolhas de vapor remove metal ou óxido da superfície.

Exemplos de metais sujeitos à cavitação: • Ferro fundido em água em alta temperatura• Bronze em água do mar

Fissuraçãoemcorrosãosobtensão(SCC)A fissuração em corrosão sob tensão (SCC) refere-se à influencia combinada de tensão de tração (aplicada ou interna) e ambiente corrosivo. O material pode rachar sem qualquer deformação significante ou deterioração óbvia do material. Com frequência a corrosão alveolar está associada ao fenômeno de fissuração em corrosão sob tensão.

Exemplos de metais sujeitos à fissuração por corrosão sob tensão:• Aço inoxidável EN 1.4401 (AISI 316) em cloretos• Latão em amônia

Fig. 1.6.8: Corrosão por erosão

Fig. 1.6.9: Corrosão cavitação

Fig. 1.6.10: Fissuração em corrosão sob tensão

Fluxo

63

Page 61: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

1. Design of pumps and motors

1.1Pumpconstruction,(10)

< Corrosão por fadigaFadiga mecânica pura é quando um material sujeito a uma carga cíclica muito abaixo da resistência máxima de tração pode falhar. Se o metal é simultaneamente exposto a um ambiente corrosivo, a falha pode acontecer numa tensão ainda menor e depois de um tempo mais curto. Contrário a uma fadiga mecânica pura, não há limite de fadiga na fadiga auxiliada por corrosão.

Exemplos de metais sujeitos à corrosão por fadiga: • Estruturas de alumínio em atmosfera corrosiva

CorrosãogalvânicaQuando um eletrólito corrosivo e dois materiais metálicos estão em contato (célula galvânica), aumenta a corrosão sobre o material menos nobre (o anodo) e diminui no mais nobre (o catodo). O aumento na corrosão é chamado de corrosão galvânica. A tendência de um metal ou uma liga corroer em uma célula galvânica é determinada pela sua posição nas séries galvânicas. As séries galvânicas indicam a nobreza relativa de diferentes metais e ligas num dado ambiente (por exemplo, água do mar, ver figura 1.6.12). Quanto mais distantes os metais estiverem na série galvânica, maior será o efeito da corrosão galvânica. Metais ou ligas na extremidade superior são nobres, enquanto que aqueles na parte inferior são menos nobres. Exemplos de metais sujeitos à corrosão galvânica:• Aço em contato com 1.4401• Alumínio em contato com cobre

Os princípios da corrosão galvânica são usados na proteção catódica. A proteção catódica é um meio de reduzir ou evitar a corrosão de uma superfície de metal pelo uso de anodos sacrificiais (zinco ou alumínio) ou correntes impressas.

Séries galvânicas para metais e ligas em água do mar

Extremidade catódica, nobre (menos provável de corroer)

Platina

Ouro

Titânio (passivo)

Prata

Aço inoxidável (passivo)

Cobre

Bronze

Latão

Estanho

Aço inoxidável (ativo)

Aço

Alumínio

Zinco

Magnésio

Eextremidade anódica, Menos nobre (mais provável de corroer)

Fig. 1.6.11: Corrosão por fadiga

Fig. 1.6.12: Corrosão galvânica

Fig. 1.6.13: Séries galvânicas para metais e ligas em água do mar

Alumínio – menos nobre Cobre – mais nobre

64

Seção 1.6Materiais

Page 62: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

1.6.3 Metal e ligas de metal

Nas páginas a seguir você pode ler sobre as características de diferentes metais e ligas de metal usados para a construção de bombas.

Ligas ferrosas

Ligas ferrosas são ligas onde o ferro é o constituinte principal. As ligas ferrosas são o mais comum dos materiais por causa de sua disponibilidade, baixo custo e versatilidade.

AçoO aço é um material amplamente utilizado principalmente composto de ferro ligado com carbono. A quantidade de carbono no aço varia na faixa de 0,003% a 1,5% por peso. O teor de carbono tem um impacto importante na força do material, capacidade de solda, usinabilidade, aptidão à dobragem, e dureza. Como regra geral, um aumento no teor de carbono levará a um aumento na força e na dureza, mas a uma diminuição na aptidão a dobragem e capacidade de solda. O tipo mais comum de aço é aço carbono. O aço carbono está agrupado em quatro categorias, ver figura 1.6.14.

O aço está disponível na condição forjado bem como fundido. As características gerais da fundição de aço são intimamente comparáveis às dos aços forjados. A vantagem mais óbvia do aço é que ele é relativamente barato para fazer, formar e processar. Por outro lado, a desvantagem do aço é que sua resistência à corrosão é baixa comparada a materiais alternativos tais como o aço inoxidável.

Corrosão por cavitação de impulsor de bronze

Corrosão por erosão de impulsor de ferro fundido

Corrosão alveolar de EN 1.4401 (AISI 316)

Corrosão intergranular de aço inoxidável

Corrosão por fresta de EN 1.4462 (SAF 2205)

1 mm

Tipo de aço Teor de carbono

Aço ameno de baixo teor de carbono 0,003% a 0,30% de carbono

Aço Aço de médio teor de carbono 0,30% a 0,45% de carbono

Aço de alto teor de carbono 0,45% a 0,75% de carbono

Aço de teor de carbono muito elevado 0,75% a 1,50% de carbono

Fig 1.6.14: Quatro tipos de aço carbono

65

Page 63: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Ferronodular(flexível)

O ferro nodular contém por volta de 0,03-0,05% por peso de magnésio. O magnésio faz com que os flocos se tornem globulares assim o grafite é disperso em toda a matriz ferrita ou perlita na forma de esferas ou nódulos. Os nódulos de grafite não têm características marcantes. A forma redonda do grafite nodular reduz a concentração de tensões e, consequentemente, o material é muito mais flexível do que o ferro cinzento. A figura 1.6.16 mostra claramente que a resistência à tração é maior para o ferro nodular do que é o caso para o ferro cinzento. O ferro nodular normalmente é usado para peças de bombas com altos requisitos de resistência (aplicações de alta pressão ou alta temperatura).

AçoinoxidávelO aço inoxidável são ligas de aço contendo cromo. O teor mínimo de cromo em aço inoxidável padronizado é 10,5%. O cromo melhora a resistência à corrosão do aço inoxidável. A maior resistência à corrosão é devida ao filme de oxido de cromo que é formado na superfície do metal. Esta camada extremamente fina é autorreparadora sob as condições certas.Níquel, molibdênio e nitrogênio são outros exemplos típicos de elementos de ligação. Ligação com estes elementos apresenta diferentes estruturas cristalinas que permitem propriedades diferentes em conexão com a usinagem, formação, soldadura, resistência à corrosão, etc. Em geral, aço inoxidável tem uma maior resistência aos produtos químicos (isto é, ácidos) do que o aço e o ferro fundido têm.

Ferro FundidoO ferro fundido pode ser considerado uma liga de ferro, silício e carbono. Normalmente a concentração de carbono está entre 3-4% por peso, a maior parte está presente na forma insolúvel (exemplo, grafite em flocos ou nódulos). Os dois tipos principais são ferro fundido cinzento e ferro fundido nodular (flexível). A resistência à corrosão do ferro fundido é comparável a aquela do aço; e às vezes até mesmo melhor. O ferro fundido pode ser ligado com 13-16% por peso de silício ou 15-35% por peso de níquel (Ni-resist) respectivamente de modo a melhorar a resistência à corrosão. Vários tipos de ferros fundidos são amplamente usados na indústria, especialmente para válvulas, bombas, tubos e peças automotivas. O ferro fundido tem boa resistência à corrosão para líquidos neutros e alcalinos (alto ph). Mas sua resistência aos ácidos (baixo pH) é ruim.

Ferro cinzento

No ferro cinzento, o grafite é disperso em toda uma matriz de ferrita ou perlita em forma de flocos. Superfícies de fratura assumem uma aparência cinzenta (daí o nome!). Os flocos de grafite agem como concentradores de tensão sob cargas de tração, fornando-o fraco e quebradiço na tensão, mas forte e flexível na compressão. O ferro cinzento é usado para a construção de blocos de motor por causa da sua alta capacidade de amortecimento de vibração. O ferro cinzento é um material barato e relativamente fácil de fundir com um risco de mínimo de encolhimento.É por isso que o ferro cinzento é frequentemente usado para peças de bombas ecom requisitos moderados de resistência.

1. Design of pumps and motors

1.1Pumpconstruction,(10)

Designações de ferro cinzento

Resistência à tração N/mm, min.

Fig 1.6.15: Comparação e designações de ferro cinzento

Designações do ferro nodular

Resistência à tração N/mm, min.

Fig 1.6.16: Comparação e designações do ferro nodular

66

Seção 1.6Materiais

Page 64: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Em ambientes contendo cloretos, o aço inoxidável pode ser atacado pela corrosão localizada, por exemplo, corrosão alveolar e corrosão por frestas. A resistência do aço inoxidável a estes tipos de corrosão é altamente dependente de sua composição química. Tornou-se bastante comum usar os tão conhecidos valores PRE (Equivalente de Resistência Alveolar) como uma medida da resistência alveolar do aço inoxidável. Os valores PRE são calculados por fórmulas nas quais a influência relativa de alguns elementos de ligação

Composição química do aço inoxidável [w%]

Microestrutura Designação % % % % % PRE 5)

EN/AISI/UNS Carbon máx. Cromio Níquel Molibdênio Outros

Ferritico 1.4016/430/ S43000 0.08 16-18 17

Martensitico 1.4057/431/ S43100 0.12-0.22 15-17 1.5-2.5 16

Austenítico 1.4305/303/ S30300 0.1 17-19 8-10 S 0.15-0.35 18

Austenítico 1.4301/304/ S30400 0.07 17-19.5 8-10.5 18

Austenítico 1.4306/304L/ S30403 0.03 18-20 10-12 18

Austenítico 1.4401/316/ S31600 0.07 16.5-18.5 10-13 2-2.5 24

Austenítico 1.4404/316L/ S31603 0.03 16.5-18.5 10-13 2-2.5 24

Austenítico 1.4571/316Ti/ 0.08 16.5-18.5 10.5-13.5 2-2.5 Ti >5 x carbono 24 S31635 Ti < 0.70

Austenítico 1.4539/904L/ N08904 0.02 19-21 24-26 4-5 Cu 1.2-2 34

Austenítico 1.4547/nenhum / 0.02 20 18 6.1 N 0.18-0.22 43 S 31254 3) Cu 0.5-1

Ferrítico/ 1.4462/ nenhum/ 0.03 21-23 4.5-6.5 2.5-3.5 N 0.10-0.22 34austenítico S32205 2)

Ferrítico/ 1.4410/nenhum/ 0.03 25 7 4 N 0.24-0.32 43 austenítico S 32750 4)

Microestrutura Designação % % % % % PRE EN/ASTM/UNS Carbon máx. Crômio Níquel Molibdênio Outros

Austenítico 1) 1.4308/CF8/ J92600 0.07 18-20 8-11 19

Austenítico 1) 1.4408/CF8M/ J92900 0.07 18-20 9-12 2-2.5 26

Austenítico 1) 1.4409/CF3M/ J92800 0.03 18-20 9-12 2-2.5 N máx. 0.2 26

Austenítico 1.4584/nenhum/nenhum 0.025 19-21 24-26 4-5 N máx. 0.2 35 Cu 1-3Ferrítico/austenítico 1.4470/CD3MN/ J92205 0.03 21-23 4.5-6.5 2.5-3.5 N 0.12-0.2 35

Ferrítico/ 1.4517/CD4MCuN/ N 0.12-0.22austenítico J93372 0.03 24.5-26.5 2.5-3.5 2.5-3.5 Cu 2.75-3.5 38

(cromo, molibdênio e nitrogênio) sobre a resistência alveolar é levada em consideração. Quanto mais alto o PRE, mais alta a resistência à corrosão localizada. Esteja ciente de que o valor de PRE é uma estimativa muito grosseira da resistência alveolar de um aço inoxidável e só deve ser usado para comparação/classificação de diferentes tipos de aço inoxidável.A seguir, apresentaremos os quatro tipos principais de aço inoxidável: ferrítico, martensítico, austenítico e duplo.

1) Contém um pouco de ferrita 2) Também conhecido como SAF 2205, 3) Também conhecido como 254 SMO, 4)

Também conhecido como SAF 2507 5) Equivalente de Resistência Alveolar (PRE): Cr% + 3,3xMo% + 16xN%.

Fig 1.6.17: Composição química do aço inoxidável

67

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Ferrítico(magnético)O aço inoxidável ferrítico é caracterizado por propriedades de corrosão muito boas, resistência muito boa à fissuração por tensão e dureza moderada. Aço inoxidável ferrítico com liga baixa é usado em ambientes brandos (colheres, pias de cozinha, tambores de máquinas de lavar, etc.) onde há necessidade que o componente seja livre de manutenção e não enferruje.

Martensítico(magnético)O aço inoxidável martensítico é caracterizado pela alta força e resistência limitada à corrosão. Aços martensíticos são usados para molas, eixos, instrumentos cirúrgicos e para ferramentas de ponta afiada, tais como facas e tesouras.

Austenítico(nãomagnético)O aço inoxidável austenítico é o tipo mais comum de aço inoxidável e é caracterizado por uma alta resistência à corrosão, maleabilidade muito boa, dureza e capacidade de soldagem. O aço inoxidável austenítico, especialmente o EN 1.4301 e o EN 1.4401 são usados para quase qualquer tipo de componentes de bomba na indústria. Este tipo de aço inoxidável pode ser tanto forjado ou fundido. O EN 1.4305 é um dos mais populares tipos de aço inoxidável de todos os tipos de aço inoxidável sem usinagem. Devido ao seu alto teor de enxofre (0,15-0,35 w%), a capacidade de usinagem tem aumentado consideravelmente, mas infelizmente a custo de sua resistência à corrosão e sua capacidade de soldagem. Entretanto, ao longo dos anos graus sem usinagem com um baixo teor de enxofre e assim uma maior resistência à corrosão têm sido desenvolvidos.

Se o aço inoxidável é aquecido até 500°C - 800°C por período maior durante a soldagem, o cromo pode formar carbonetos de cromo com o carbono presente no aço. Isto reduz a capacidade do cromo de manter um filme passivo e pode levar à corrosão intergranular

1. Design of pumps and motors

1.1Pumpconstruction,(10)

também conhecida como sensibilização (ver seção 1.6.2).Se baixos teores de carbono de aço inoxidável forem usados, o risco de sensibilização é reduzido. O aço inoxidável com baixo teor de carbono é conhecido como EN 1.4306 (AISI 304L) ou EN 1.4404 (AISI 316L). Ambos os teores contêm 0,03% de carbono comparado ao 0,07% no tipo regular de aço inoxidável EN 1.4301 (AISI 304) e EN 1.4401 (AISI 316), ver ilustração 1.6.17.

As grades estabilizadas EN 1.4571 (AISI 316Ti) contêm uma pequena quantidade de titânio. Porque o titânio tem uma maior afinidade para carbono que cromo, a formação de carbonetos de cromo é minimizada. O teor de carbono é geralmente baixo no aço inoxidável moderno e com fácil disponibilidade de grades ‘L’ a utilização de grades estabilizadas diminuiu acentuadamente.

Ferrítico - austenítico ou duplo (magnéti-co)O aço inoxidável Ferrítico - austenítico (duplex) é caracterizado por alta força, boa dureza, alta resistência à corrosão e excelente resistência à fissuração de corrosão por tensão e corrosão por fadiga em especial. O aço inoxidável ferrítico-austenítico normalmente é usado em aplicações que exigem alta força, alta resistência à corrosão e baixa suscetibilidade à fissuração por corrosão de tensão ou uma combinação destas propriedades. O aço inoxidável EN 1.4462 é amplamente usado para fabricação de eixos de bombas e carcaças de bombas.

68

Seção 1.6Materiais

Page 66: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

LigasdeNíquel

Ligas à base de níquel são definidas como ligas nas quais o níquel está presente em maior proporção do que qualquer outro elemento de ligação. Os constituintes de ligação mais importantes são ferro, cromo, cobre, e molibdênio. Os constituintes de liga tornam possível formar uma ampla gama de classes de liga. O níquel e as ligas de níquel têm a capacidade de resistir a uma ampla variedade de condições operacionais severas, por exemplo, ambientes corrosivos, altas temperaturas, altas tensões ou uma combinação destes fatores.

Ligas Hastelloys™ são uma linha de ligas comerciais contendo Ni, Mo, Cr e Fe. As ligas à base de níquel, tais como Inconel™ Alloy 625, Hastelloys™ C-276 e C-22 são altamente resistentes à corrosão e não estão sujeitas à corrosão alveolar ou por frestas em água do mar de baixa velocidade e não sofrem erosão em alta velocidade. O preço da liga à base níquel limita seu uso a certas aplicações. As ligas de níquel estão disponíveis tanto em grades forjadas quanto fundidas. Entretanto, as ligas de níquel são mais difíceis de fundir do que os aços carbonos comuns e ligas de aço inoxidável. As ligas de níquel são especialmente utilizadas para peças da bomba na indústria de processamento químico.

Ligas de cobre

O cobre puro tem excelentes propriedades térmicas e elétricas, mas é um material muito macio e dúctil. Elementos de liga resultam em diferentes materiais de fundidos e forjados, que são adequados para uso na produção de bombas, tubulações, acessórios, vasos de pressão e para muitas aplicações marinhas, elétricas e de engenharia em geral.

Latões são os mais amplamente utilizados nas ligas de cobre por causa de seu baixo custo, sua fabricação e usinagem fáceis ou baratas. Entretanto, eles são inferior ao bronze em resistência e não devem ser usados em ambientes que causem dezincificação (ver seção sobre corrosão seletiva).Latão vermelho, bronze, níqueis de cobre em particular têm, em comparação ao ferro fundido, uma alta resistência aos cloretos em líquidos agressivos, tais como água do mar. Em tais ambientes o latão não é adequado por causa de sua tendência a dezincificar.Todas as ligas de cobre têm fraca resistência a líquidos alcalinos (alto pH), amônia e sulfetos e são sensíveis à erosão. Latão, latão vermelho e bronze são amplamente usados para fazer rolamentos, impulsores e carcaças de bombas.

Tipos comuns de ligas de cobra

Elementos principais de liga [w%]Material

Zinco Estanho Níquel Cobre

1)

Latão

Latão vermelho(metal de arma)

Bronze

Cuproníquel

descanso

descanso

descanso

descanso

2)

1) Chumbo pode ser adicionado como elemento de ligação para aumentar a capacidade de usinagem.2) O bronze pode ser ligado com o alumínio para aumentar a resistência.

Fig 1.6.18: Tipos comuns de ligas de cobre

69

Page 67: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Titânio

O titânio puro tem uma densidade baixa, é bastante flexível e tem uma força relativamente baixa. Entretanto, quando uma quantidade limitada de oxigênio for adicionada ele irá reforçar o titânio e produzir as famosas grades comerciais puras. As adições de vários elementos de ligação, tais como o alumínio e o vanaádio aumentam sua resistência significantemente, à custa da flexibilidade. O alumínio e o vanádio - de titânio ligado (Ti-6Al-4V) é a liga de “distribuição” da indústria do titânio. Ela é usada em muitos componentes de motores aeroespaciais e fuselagem. Porque o titânio é um material de preço alto, ainda não é um material frequentemente utilizado para fazer os componentes da bomba.

O titânio é um material muito reativo. Como é o caso do aço inoxidável, a resistência do titânio à corrosão depende da formação de um filme óxido. No entanto, o filme óxido é mais protetor do que aquele de aço inoxidável. Assim, o titânio tem um desempenho muito melhor do que o aço inoxidável em líquidos agressivos, tais como água do mar, cloro úmido ou cloretos orgânicos, que causam corrosão alveolar e por frestas.

1. Design of pumps and motors

1.1Pumpconstruction,(10)

Alumínio

O alumínio puro é um metal leve e macio com uma densidade de aproximadamente um terço daquele do aço. O alumínio puro tem uma condutividade elétrica e térmica alta. Os elementos de ligação mais comuns são silício (silumin), magnésio, ferro e cobre. O silício aumenta a capacidade de fundição do material, o cobre aumenta sua capacidade de usinagem e magnésio aumenta sua resistência à corrosão e força.

As vantagens óbvias do alumínio são que o material naturalmente gera um filme óxido protetor e é altamente resistente à corrosão se for exposto à atmosfera. Tratamentos, tais como a anodização, podem aumentar ainda mais esta propriedade. As ligas de alumínio são amplamente usadas em estruturas onde uma elevada resistência à relação de peso é importante, tais como na indústria de transporte. Por exemplo, o uso de alumínio em veículos e aeronaves reduz o peso e o consumo de energia.

Por outro lado, a desvantagem do alumínio é que não é estável em pH baixo e alto e em ambientes contendo cloretos. Esta propriedade torna o alumínio inadequado para exposição a soluções aquosas especialmente sob condições com alto fluxo. Isto é ainda mais enfatizado pelo fato de que o alumínio é um metal reativo, isto é tem uma posição baixa na série galvânica (ver seção sobre corrosão galvânica) e pode facilmente sofrer com a corrosão galvânica se acoplado a metais e ligas mais nobres.

Designação Elemento principal de liga

Série 1000 Não ligado (puro) > 99% Al

Série 2000 O cobre é o principal elemento de ligação, embora outros elementos (magnésio) possam ser especificados

Série 3000 O manganês é o principal elemento de ligação

Série 4000 O silício é o principal elemento de ligação

Série 5000 Magnésio é o principal elemento de ligação

Série 6000 Magnésio e silício são os principais elementos de ligação

Série 7000 O zinco é o principal elemento de liga, mas outros

elementos, tais como cobre, magnésio, cromo, e zircônia podem ser especificados

Série 8000 Outros elementos (incluindo estanhos e algumas

composições de lítio)

Graus CP com aumento no teor de oxigênio

Graus de TitânioASTM

Características da Liga Atributos

Grau 1,2,3,4

Grau 7,11

Grau 5

Graus CP com adição de paládio

6% Al, 4% V

Resistência à corrosão com facilidade de fabricação e soldagem

Resistência à corrosão melhorada para a redução de ácidos e corrosão por frestas

Liga de "distribuição" com alta força. Amplamente usada na indústria aeronáutica

Fig 1.6.19: Principais elementos de liga de alumínio

Fig 1.6.20: Graus de titânio e características da liga

70

Section 1.6Materials

Page 68: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

1.6.4Cerâmica

Materiais cerâmicos são definidos como materiais inorgânicos, não metálicos, que são normalmente de natureza cristalina. Eles são compostos de elementos metálicos e não metálicos. Cerâmicas técnicas comuns são o óxido de alumínio (alumina - Al

2O

3), carbeto de silício (SiC), carboneto de

tungstênio (WC) e nitreto de silício (Si3N

4).

As cerâmicas são adequadas para aplicações que exigem elevada estabilidade térmica, elevada força, alta resistência ao desgaste e elevada resistência à corrosão. A desvantagem da cerâmica é a baixa flexibilidade e alta tendência para fraturas frágeis. As cerâmicas são principalmente usadas para fazer rolamentos e faces de vedação para retentores do eixo.

1.6.5Plásticos

Alguns plásticos são derivados de substâncias naturais, tais como plantas, mas a maioria dos tipos é feita pelo homem. Esses são conhecidos como plásticos sintéticos. A maioria dos plásticos sintéticos vem do petróleo bruto, mas o carvão e o gás natural também são utilizados. Existem dois tipos principais de plásticos: termoplásticos e termoendurecidos (plásticos termoestáveis). Os termoplásticos são os tipos mais comuns de plásticos usados em todo mundo. Os plásticos com frequência contêm aditivos, que transferem certas propriedades adicionais ao material. Além disso, os plásticos podem ser reforçados com fibra de vidro ou outras fibras. Estes plásticos junto com aditivos e fibras também são conhecidos como compostos.

Exemplos de aditivos encontrados em plásticos:• Enchimento inorgânicos para reforço mecânico • Estabilizantes químicos, por exemplo, antioxidantes • Plastificantes • Retardadores de chamas

Termoplásticos

Polímeros termoplásticos consistem de moléculas de polímero longo que não estão ligadas uma a outra, isto é, não tem ligações cruzadas. Eles com frequência são fornecidos como grânulos e aquecidos para permitir fabricação por métodos, tais como moldagem ou extrusão.Uma ampla gama está disponível, de plásticos de matéria-prima de baixo custo (ex.: PE, PP, PVC) a termoplásticos de engenharia de alto custo (ex.: PEEK), e fluopolímeros resistentes a produtos químicos (ex,: PTFE, PVDF). O PTFE é um dos poucos termoplásticos que não é processável por fusão. Os termoplásticos são amplamente usados para fazer carcaças de bomba ou para revestimento de tubos e de carcaças de bombas.

Termoendurecidos

Os termoendurecidos endurecem permanentemente quando aquecidos, já que a reticulação impede flexões e rotações. A reticulação é alcançada durante a fabricação usando produtos químicos, aquecimento ou radiação; este processo é chamado cura ou vulcanização. Os termoendurecidos são mais duros, mais estáveis dimensionalmente e mais frágeis do que os termoplásticos e não podem ser fundidos novamente. Importantes termoendurecidos incluem epóxis, poliésteres e poliuretanos. Os termoendurecidos são, entre outras coisas, usados para revestimentos de superfície.

Cadeias de polímero linearTermoplásticos

Elastômeros

Termoendurecidos

Cadeias de polímero rami�cado

Cadeias de polímero fracamente reticulados

Cadeias de polímero fortemente reticulados

Fig 1.6.22: Diferentes tipos de polímeros

PPPEPVCPEEKPVDFPTFE*

Abreviação Nome do polímero

PolipropilenoPolietilenoPolicloreto de vinilaPolieter-éter-cetonaPoli�uoreto de vinilidenoPolitetra�uoroetileno

*Marca comercial: Teflon®

Fig 1.6.21: Visão geral dos nomes de polímero

71

Page 69: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

1. Design of pumps and motors

1.1Pumpconstruction,(10)

1.6.6 Borracha

O termo borracha inclui tanto borracha natural quanto borracha sintética. As borrachas (ou elastômeros) são polímeros de cadeia longa flexível que podem ser esticados facilmente por várias vezes seu comprimento quando não estivado e que rapidamente retornam a suas dimensões originais quando a tensão aplicada é liberada. As borrachas são reticuladas (vulcanizadas), mas têm uma baixa densidade de reticulação, ver figura 1.6.22. A reticulação é a chave para as propriedades elásticas ou de borracha destes materiais. A elasticidade fornece resiliência em aplicações de vedação. Diferentes componentes em uma bomba são feitos de borracha, por exemplo, juntas, e anéis O(ver seção 1.3 sobre retentores de eixo). Nesta seção apresentaremos diferentes tipos de qualidades de borracha e suas principais propriedades no que diz respeito à temperatura e resistência a diferentes tipos de grupos de líquidos.

Borrachanitrílica(NBR)Em temperaturas até aproximadamente 100°C a borracha nitrílica é um material barato que tem uma alta resistência ao óleo e combustível. Existem diferentes grades - quanto mais alto o teor de acrilonitrila (ACN), maior a resistência ao óleo, mas pior a baixa flexibilidade de temperatura. As borrachas nitrílicas têm alta resiliência e elevada resistência ao desgaste, mas força moderada. Além disso, a borracha tem resistência limitada ao intemperismo e fraca resistência a solventes. Ela pode ser usada geralmente a cerca de - 30°C, mas certas grades podem operar a temperaturas mais baixas.

Borrachadeetilenopropileno(EPDM)O etileno propileno tem excelente resistência à água que é mantida a altas temperaturas de aproximadamente 120- 140°C. O tipo de borracha tem boa resistência a ácidos, bases fortes e fluidos altamente polares, tais como metanol e acetona. No entanto, tem fraca resistência a óleo mineral e combustível.

Fluoroelastômeros(FKM)Fluoroelastômeros cobrem uma família inteira de borrachas designadas para suportar óleo, combustível e uma ampla gama de produtos químicos incluindo solventes não polares. O FKM oferece excelente resistência a operações no de altas temperaturas (até 200°C dependendo da grade) no ar e diferentes tipos de óleo. As borrachas FKM têm resistência limitada ao vapor, água quente, metanol e outros fluidos altamente polares. Além disso, este tipo de borracha tem fraca resistência a aminas, bases fortes e muitos fréons. Existem grades padrão e especiais – as últimas têm propriedades especiais tal como resistência a baixa temperatura e produtos químicos.

Borrachadesilicone(Q)As borrachas de silicone têm propriedades notáveis, tais como baixa compressão configurada numa larga faixa de temperaturas (entre -60°C a 200°C no ar), excelente isolamento elétrico e não são tóxicas. As borrachas de silicone são resistentes à água, alguns ácidos e produtos químicos oxidantes. Ácidos concentrados, alcalinos, e solventes não devem ser usados com borrachas de silicone. Em geral, estes tipos de borracha têm fraca resistência ao óleo e combustível. Entretanto, a resistência da borracha de silicone FMQ ao óleo e combustível é melhor do que a das borrachas de silicone dos tipos MQ, VMQ, e PMQ.

Perfluoroelastômeros(FFKM)Perfluoroelastômeros têm resistência muito alta a produtos químicos quase comparável àquela do PTFE (Politetrafluoroetileno, por exemplo, TeflonR). Eles podem ser usados em altas temperaturas, mas suas desvantagens são difíceis de processar, custo muito alto e uso limitado em baixas temperaturas.

Common types of copper alloys

NBR

Abreviação

Borracha nitrílica

EPDM, EPM Borracha de etileno-propileno

FKM Fluoroelastômeros VitonR

SilopreneR

Buna-NR

FFKM Per�uoroelastômeros ChemrazR

KalrezR

MQ, VMQ, PMQ, FMQ Borracha de silicone

Nome comum Exemplos de nome comerciais

NordelR

Fig 1.6.23: Tipos de borracha

72

Seção 1.6Materiais

Page 70: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

1.6.7Revestimentos

Revestimento de proteção – metálico, não metálico (inorgânico) ou orgânico – é um método comum de controle de corrosão. A principal função do revestimento é (além de revestimentos de galvanização, tais como zinco) fornecer uma barreira eficaz entre o metal (substrato) e seu ambiente. Eles permitem o uso de aço normal ou alumínio em vez de materiais mais caros. Na seção a seguir examinaremos as possibilidades de evitar a corrosão por meio de diferentes revestimentos:Revestimentos metálicos e não metálicos (inorgânicos) e revestimentos orgânicos.

Revestimentosmetálicos

Revestimentosmetálicosmenosnobresque o substratoRevestimentos de zinco são comumente usados para a proteção de estruturas de aço contra corrosão atmosférica. O zinco tem duas funções: ele age como um revestimento barreira e fornece proteção galvânica. Caso ocorra uma área exposta de aço, a superfície de zinco corroi preferencialmente a uma taxa lenta e protege o aço. A proteção preferencial é chamada de proteção catódica. Quando o dano é pequeno, a os produtos de proteção contra corrosão do zinco preencherão a área exposta e pararão o ataque.

Revestimentosmetálicosmaisnobresqueo substratoGalvanoplastia de níquel e revestimentos de cromo sobre o aço são exemplos de revestimentos metálicos que são mais nobres que o substrato. Ao contrário de revestimentos galvânicos onde o revestimento corroi perto das áreas onde o metal de base está exposto, qualquer cavidade ou dano em revestimento de barreira pode levar a um ataque imediato do metal de base.

Para proteger o aço base, o revestimento de zinco

sacri�ca a si mesmo lentamente pela ação galvânica.

Aço revestido com um metal mais nobre, tal como o níquel,

corroi mais rapidamente se o revestimento estiver dani�cado.

Proteção galvânica x barreira contra a corrosão

Fig 1.6.24: Proteção galvânica x barreira contra a corrosão

73

Page 71: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Tintas

Como mencionado acima, as tintas são uma classe importante de revestimento orgânico. A Figura 1.6.25 mostra vários tipos de revestimentos orgânicos. Uma formulação de tinta típica contém aglutinantes poliméricos, solventes, pigmentos e aditivos. Por razões ambientais, os solventes orgânicos estão sendo cada vez mais substituídos por água ou simplesmente eliminados, por exemplo, revestimento em pó. Estruturas metálicas pintadas normalmente envolvem duas ou mais camadas de revestimento aplicado sobre um revestimento primário, o qual está em contato direto com o metal.

1. Design of pumps and motors

1.1Pumpconstruction,(10)

<

Revestimentosnãometálicos(revestimentosinorgânicos)

Revestimentos de conversão são uma categoria importante de revestimentos não metálicos (inorgânicos).

RevestimentosdeconversãoRevestimentos de conversão são formados por uma reação de corrosão controlada do substrato numa solução oxidada. Exemplos bem conhecidos de revestimentos de conversão são anodização e cromagem de alumínio e tratamento do aço com fosfato. A anodização é usada principalmente para a proteção de superfícies de alumínio, enquanto a cromagem e a fosfatização são normalmente usadas para pré-tratamentos em conexão com a pintura. Além de melhorar a aderência da tinta, ela ajuda a prevenir a propagação da ferrugem sob camadas de tinta.

Revestimentosorgânicos

Os revestimentos orgânicos contêm compostos e estão disponíveis em uma ampla gama de tipos diferentes. Os revestimentos orgânicos são aplicados ao metal por métodos de pulverização, imersão, escovação, folheamento ou eletrorrevestimento (pintura aplicada por meios de uma corrente elétrica) e eles podem ou não requerer endurecimento a quente. Ambos os revestimentos termoplásticos, tais como poliamida, polipropileno, polietileno, PVDF e PTFE e revestimentos elastômeros são aplicados aos substratos metálicos para combinar as propriedades mecânicas do metal com a resistência química de plásticos, mas as tintas são de longe os revestimentos orgânicos mais amplamente utilizados.

Estados físicos de revestimentos orgânicos comuns

Tipo de A base A base Revesti- Liquido resina de de mento dois solvente água em pó componentes.

Acrílico X X XAlquídico X XEpóxi X X X XPoliéster X X XPoliuretano X X X XVinil X X X

Fig 1.6.25: Estados físicos de revestimentos orgânicos comuns

74

Seção 1.6Materiais

Page 72: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Capitulo 2. Instalação e leitura de desempenho

Seção 2.1: Instalação da Bomba

2.1.1 Nova instalação2.1.2 Instalação-substituição existente2.1.3 Fluxo de tubo para instalação de bomba única2.1.4 Limitação de ruído e vibrações2.1.5 Nível de som (L)

Seção 2.2 Desempenho das bombas

2.2.1 Termos hidráulicos2.2.2 Termos elétricos2.2.3 Propriedades dos líquidos

Page 73: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

A recomendação e seleção corretas do tipo de bomba para uma instalação têm uma implicação maior do que parece. Quanto maiores as bombas, maiores os custos no que diz respeito ao investimento, instalação, comissionamento, funcionamento e manutenção - basicamente o custo do ciclo de vida (LCC). Um porftólio abrangente de produto combinado com recomendação competente e serviço pós-venda é a fundação de uma seleção correta. A análise a seguir, recomendações e dicas são gerais para qualquer tipo de instalação, mas em maior parte relevantes para as instalações de médio e grande porte. Apresentaremos nossas recomendações para dois tipos de instalação: instalações novas e existentes.

2.1.1 Instalação nova

•Se a tubulação ainda não foi planejada, você pode basear a seleção do tipo de bomba em outro critério de seleção principal, por exemplo, eficiência, custos de investimento ou custos do ciclo de vida (LCC). Esses não serão cobertos nesta seção. Entretanto, as diretrizes gerais apresentadas também se aplicam para tubulação que ainda não foi planejada.

•Se a tubulação já foi planejada, a seleção da bomba é equivalente a substituir uma bomba numa instalação existente.

76

2.1.2Instalaçãoexistente–substituição

Os cinco passos a seguir o ajudarão a escolher uma bomba ideal para uma instalação já existente:

A pré-investigação da instalação deve incluir as seguintes considerações:•Fluxo básico do tubo - tubos dentro e fora do edifício, por

exemplo, a partir do solo, ao longo do piso ou a partir do teto;

•Tubulação específica no ponto de instalação, por exemplo, em linha ou com sucção pela extremidade, dimensões, coletores;

•Espaço disponível - profundidade, largura e altura;•Acessibilidade em conexão com instalação e manutenção,

por exemplo, entradas das portas;•Disponibilidade de equipamento de elevação ou,

alternativamente, acessibilidade de tais equipamentos;•Tipo de piso, por exemplo, piso sólido ou suspenso com

porão;•Fundação existente;•Instalação elétrica existente.

Instalação da bomba anterior•Marca da bomba, tipo, especificações incluindo antigo

ponto de funcionamento, vedação do eixo, materiais, juntas, comandos;

•Histórico, por exemplo, vida útil, manutenção.

Requisitosfuturos•Melhorias desejadas e benefícios•Novos critérios de seleção incluindo pontos de funcionamento e tempo operacional, temperatura, pressão, especificações do líquido•Critérios do fornecedor, por exemplo, disponibilidade de peças de reposição

Consultivo•As alterações importantes podem ser benéficas em um longo ou curto prazo, ou ambos e devem ser documentadas, por exemplo, economias de instalação, custos de ciclo de vida (LCC), redução sobre o impacto ambiental como ruído e vibrações e acessibilidade em conexão com manutenção

Seleção•Deve ser baseada em uma lista de prioridades de acordo com o cliente Para a seleção do correto tipo de bomba e recomendação sobre a instalação, duas áreas principais são importantes: escoamento e limitação de ruído e vibrações. Essas duas áreas serão tratadas nas páginas a seguir.

Seção 2.1Instalação da Bomba

Page 74: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

2.1.3Escoamentonumtuboparainstalaçãodebombaúnica

A figura 2.1.1 baseia-se na instalação de bomba única. Em instalações paralelas a acessibilidade desem-penha um papel importante sobre como uma escolha de bomba é boa.

O critério de avaliação é a tubulação mais simples possível, portanto com o mínimo de dobras possíveis.

Tubulação

Para a bomba:

Junto ao piso

Melhor escolha

Melhor escolha

Melhor escolha

Melhor escolha

Melhor escolha

Melhor escolha

Melhor escolha

Boa escolha

Boa escolha

Boa escolha

Boa escolha

Boa escolha

Boa escolha

Boa escolha

Boa escolhaBoa escolha

Boa escolhaBoa escolha

Pior escolha Pior escolha

Pior escolha

Pior escolha

Boa escolha

Melhor escolha

Melhor escolha

Melhor escolha Melhor escolha

Melhor escolha

Melhor escolha

Não se aplica

A partir do chão

A. Em linha acoplagem próxima (montagem horizontal ou vertical)

A partir do teto

Montada na parede

A partir da bomba:

Junto ao piso

Junto ao piso

Para o chão

Para o teto

Para o chão

Para o teto

Montada na parede

Junto ao piso

Para o teto

Tipo de bomba

Para o chão

C. Sucção pela extremidade acoplagem longa (montagem horizontal apenas) montagem

B. Sucção pela extremidade acomplagem próxima (montagem horizontal ou vertical)

Pontuações:

A melhor escolha Melhor escolha A pior escolha Não aplicável

Fig. 2.1.1 Tubulação e tipo de bomba

77

Page 75: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

A acessibilidade desempenha um papel importante sobre como a boa escolha de uma bomba específica está relacionada à instalação de várias bombas em paralelo. A acessibilidade nem sempre é fácil para bombas em linha instaladas em paralelo por causa da tubulação, ver figura 2.1.2. Como aparece na figura 2.1.3, as bombas de sucção pela extremidade instaladas em paralelo facilitam o acesso.

2.1.4 Limitação de ruído e vibrações

Para alcançar um funcionamento ideal e minimizar o ruído e vibração, poderá ser necessário considerar o amortecimento da vibração da bomba em certos casos. Geralmente, isso deve ser sempre considerado no caso de bombas com motores acima de 7,5kW. Motores de tamanhos menores, entretanto, também podem causar ruído e vibração indesejados. O ruído e a vibração são gerados pela rotação no motor e bomba e pelo fluxo nos tubos e conexões. O efeito sobre o ambiente depende da correta instalação e do estado de todo o sistema. Abaixo nós apresentaremos 3 modos diferentes de limitar o ruído e a vibração numa instalação de bomba: Fundação, amortecedores e junta de expansão.

Fundação

Construções no piso podem ser divididas em dois tipos: piso sólido e piso suspenso.

Sólido – risco de ruído mínimo devido a má transmissão de vibrações, ver figura 2.1.4.

Suspenso – risco de o piso amplificar o ruído. O porão pode agir como uma caixa de ressonância. Ver figura 2.1.5.

A bomba deve ser instalada numa superfície plana e rígida. Quatro modos básicos de instalação existem para os dois tipos de construção de piso: piso, pedestal, pedestal flutuante e base suspensa em amortecedores de vibração.

Fig. 2.1.4: Construção de piso sólido

PisoChão sólido

Fig. 2.1.5: Construção piso suspenso

Piso

Parede

Pisodechão

Porão

PisoChão sólido

Fig. 2.1.2: 3 bombas em linha em paralelo; acesso para manutenção limitado por causa da tubulação.

Fig. 2.1.3: 3 bombas de sucção pela extremidade em paralelo; acesso para manutenção mais fácilpor causa da tubulação.

78

Seção 2.1Instalação da Bomba

Page 76: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Piso Montagem direta no piso, portanto transmissão da vibração direta, ver figura 2.1.6.

Pedestal Colocado diretamente sobre o piso de concreto, portanto como piso, ver figura 2.1.7.

Pedestalflutuante Apoiado sobre material inerte, por exemplo, areia, portanto risco reduzido de transmissão de vibração 2.1.8.

Fundação suspensa sobreamortecedores de vibração Solução ideal com transmissão de vibração controlada, ver figura 2.1.9.

Como regra geral, o peso de uma fundação de concreto deve ser 1,5 x o peso da bomba. Esse peso é necessário para conseguir que os amortecedores funcionem eficientemente com a bomba em baixa velocidade.

Fig. 2.1.6: Piso

Piso Placa de base Unidade da bomba

Fig. 2.1.7: Pedestal

Piso Pedestal Placa de base Unidade da bomba

Fig. 2.1.8: Pedestal flutuante

Piso

Areia

Pedestal Placa de baseUnidade da bomba

Piso

Fig. 2.1.9: Fundação suspensa sobre amortecedores de vibração

Amortecedores de vibração

Fundação

Placa de base

Unidade da bomba

Fig. 2.1.10: A mesma regra de fundação vale para bombas in-line na vertical

Unidade da bomba

Fundação

Amortecedores de vibraçãoPiso

79

Page 77: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Amortecedores

A seleção do amortecedor de vibração correto exige os seguintes dados:

•Forças agindo no amortecedor•Velocidade do motor considerando o controle de velocidade, se houver•Amortecimento exigido em % (valor sugerido é 70%)

A determinação do amortecedor correto varia de instalação a instalação, mas a seleção errada do amortecedor pode aumentar o nível de vibração em certos casos. Portanto, o fornecedor deve dimensionar os amortecedores de vibração.

As bombas instaladas com amortecedores de vibração sempre devem ter juntas de expansão equipadas nos lados de sucção e lado e de descarga. Isso é importante de modo a evitar que a bomba fique suspensa nos flanges.

Juntasdeexpansão

As juntas de expansão são instaladas para:

•absorver expansões/contrações na tubulação causadas pela alteração na temperatura do líquido;

•reduzir tensões mecânicas em conexão com as ondas de pressão na tubulação;

•isolar ruído mecânico na tubulação (não para juntas de expansão de fole metálico).

As juntas de expansão não devem ser instaladas para compensar imprecisões na tubulação, tais como deslocamento do centro ou desalinhamentos dos flanges. As juntas de expansão são colocadas a uma distancia mínima de 1 a 1,5 DN de diâmetro a partir da bomba no lado da sucção, bem como no lado da descarga. Isso evita o desenvolvimento de turbulência nas juntas de expansão, resultando em melhores condições de sucção e uma perda de pressão mínima no lado da pressão. Em altas velocidades da água (>5 m/s) é melhor instalar juntas de extensão maiores correspondentes à tubulação.

Fig. 2.1.11: Instalação com juntas de expansão, amortecedores de vibração e tubulação fixa.

Placa de base

Unidade da bomba

Amortecedores de vibração

Piso

Junta de expansão

Fundação

80

Seção 2.1Instalação da Bomba

Page 78: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

As figuras 2.1.12-2.1.14 mostram exemplos de juntas de expansão de fole de borracha com ou sem barra transversal.

Juntas de expansão com barras transversais podem ser usadas para minimizar as forças causadas pelas juntas de expansão. As juntas de expansão com barras transversais são recomendadas para tamanhos maiores que DN 100. Uma junta de expansão sem barra transversal irá exercer força nos flanges da bomba. Estas forças afetam a bomba e a tubulação.

Os tubos devem ser fixados de modo que não exerçam tensão sobre as juntas de expansão e a bomba, ver figura 2.1.11. Os pontos fixos devem sempre ser colocados o mais perto possível das juntas. Siga as instruções do fornecedor de juntas de expansão.

Em temperaturas acima de 100°C combinadas com alta pressão, com frequência dá-se preferência às juntas de expansão de fole metálico devido ao risco de ruptura.

2.1.5Níveldesom(L)

O nível de som num sistema é medido em decibeis (dB). Ruído é um som indesejado. O nível de ruído pode ser medido nas três formas seguintes:

1. Pressão – Lp : A pressão das ondas de ar

2. Potência – LW

: A potência do som 3. Intensidade - L

I: A potência por m2 (não será

coberta nesse livro)

Não é possível comparar os três valores diretamente, mas é possível calcular entre eles com base nos padrões. A regra geral é:

Fig. 2.1.14: Juntas de expansão fole metálica com barras transversais

Fig. 2.1.12: Juntas de expansão fole borracha com barras transversais

Fig. 2.1.13: Juntas de expansão fole borracha sem barras transversais

Bombasmenores,porexemplo,1,5kW:Lw=L

P + 11 dB

Bombasmaiores,porexemplo,110kW:Lw=L

P + 16 dB

120

100

80

60

40

20

20 50 100 200 1 2 5 10 20kHz500Hz

0

FrequêncikHz

Limiar da dorLp (dB)

Limiar da escuta

Fala

Música

Fig. 2.1.15: Limiar da escuta vs frequência

81

Page 79: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

A Diretiva de Máquina da EU prescreve que os níveis de som têm que ser indicados como pressão quando estiverem abaixo de 85 dB (A) e como potência quando ultrapassarem 85 dB (A).

O ruído é subjetivo e depende da capacidade da pessoa de ouvir, por exemplo, pessoa jovem vs pessoa velha. Entretanto, as medidas acima mencionadas ganham relevância de acordo com a sensibilidade de um ouvido padrão, ver figura 2.1.15. A pesagem é conhecida como pesagem-A (dB(A)), expressa como por exemplo: L

pA, e as medições serão ajustadas dependendo

da frequência. Em alguns casos ela aumenta em outros diminui, ver figura 2.1.16 Outras pesagens são conhecidas como B e C, mas são usadas para outras finalidades, que não cobriremos nesse livro.

No caso de duas ou mais bombas em operação, o nível de som pode ser calculado. Se forem bombas com o mesmo nível de som, o nível de som total pode ser calculado adicionando o valor a partir da figura 2.1.17, por exemplo, 2 . bombas é Lp + 3dB, 3 . bombas é Lp + 5dB. Se as bombas tiverem níveis de som diferentes, os valores da figura 2.1.18 podem ser adicionados.

As indicações de nível de som devem normalmente ser determinadas como condições de campo livre sobre superfície refletora, significando o nível do som sobre chão duro sem paredes. Garantir valores num cômodo específico num sistema de tubos específico é difícil porque esses valores estão além do alcance do fabricante. Certas condições têm um impacto negativo, (nível de som crescente) ou um impacto positivo no nível de som. As recomendações para instalação e fundação podem ser dadas para eliminar ou reduzir o impacto negativo.

dB (A)

100

10 100 1000

-10-20-30-40-50-60-70-80

10000 H

Fig. 2.1.16 Curva de pesagem A

4 8 12 16 20 24

5

10

15

Aumento nível do som Lp (dB)

Número de bombas iguais

Fig. 2.1.17 Aumento do nível total de pressão do som com fontes iguais

2 4 6 8 10

1

2

2.5

1.5

0.5

3

Aumento na pressão do som Lp (dB)

Diferença entre o nível a ser adicionado Lp (dB)

Fig. 2.1.18 Aumento do nível total de pressão sonora com diferentes fontes

Valoresdaexperiência:

Aumento de Percebidocomo: + 3 dB Apenas perceptível + 5 dB Claramente perceptível +10 dB Duas vezes mais alto

82

Seção 2.1Instalação da Bomba

Page 80: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Seção 2.2Desempenho das bombas

Quando você examina uma bomba, existem várias coisas que você tem que verificar. Além de verificar a condição física, por exemplo, se ela está enferrujada ou faz ruído anormal, você tem que saber alguns valores de modo a ser capaz de dizer se a bomba funciona como se espera. Nas próximas páginas, apresentaremos três grupos de valores que você pode precisar para se concentrar quando examinar o desempenho da bomba: termos hidráulicos, condições elétricas, condições mecânicas e propriedades do líquido.

2.2.1 Condições hidráulicas

Quando você quiser examinar o desempenho da bomba, existem alguns valores que precisa conhecer. Nessa seção nós apresentaremos as condições hidráulicas mais importantes: fluxo, pressão e carga.

Fluxo(vazão)Fluxo (vazão) é a quantidade de líquido que passa através de uma bomba num determinado período de tempo. Quando lidamos com leitura de desempenho, nós distinguimos entre dois parâmetros de fluxo: fluxo do volume e fluxo da massa.

Fluxovolumétrico(Q)Fluxo volumétrico é o que lemos da curva de uma bomba ou, colocado de outra forma, uma bomba pode mover um volume por unidade de tempo (medido em m3/h) sem importar a densidade do líquido. Quando lidamos com, por exemplo, fornecimento de água, o fluxo volumétrico é o parâmetro mais importante por que precisamos que a bomba libere certo volume, por exemplo, de água potável ou água para irrigação. Neste livro inteiro o termo fluxo se refere ao fluxo volumétrico.

Fluxodemassa(Qm)

O fluxo de massa é a massa que a bomba move por unidade de tempo e é medido em kg/s. A temperatura do líquido tem uma influência sobre o tamanho do fluxo de massa que a bomba pode mover por unidade de tempo uma vez que a densidade do líquido muda com a temperatura. Em conexão com sistema de aquecimento, refrigeração e ar-condicionado, o fluxo de massa é um valor essencial para se conhecer por que a massa é o transportador da energia (ver seção sobre capacidade de Aquecimento).

Fig. 2.2.1: Exemplos de cálculo

Exemplos UnidadeÁgua

Fluxo volumétrico Q 10m3/h

Densidade 998 943kg/m3

Fluxo de massa Qm

9980 9403kg/h

2.77 2.62kg/s

em 20°C em 120°C

Qm

Qm ρ . Q ρQ = =;

83

Page 81: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Pressão(p)

A pressão é uma medida de força por área unitária. Nós distinguimos entre pressão estática, pressão dinâmica e pressão total. A pressão total é a soma da pressão estática e da pressão dinâmica:

12

12

PressãoestáticaA pressão estática p

sta é a pressão que é medida com o

medidor de pressão colocado perpendicular ao fluxo ou num líquido sem movimento, ver figura 2.2.2.

PressãoDinâmicaA pressão dinâmica p

dyn é causada pela velocidade do

líquido. A pressão dinâmica não pode ser medida por um manômetro normal, mas é calculada pela seguinte fórmula:

12

12

onde:ρ é a densidade do líquido em [kg/m3]v é a velocidade do líquido em [m/s]

A pressão dinâmica pode ser convertida em pressão estática pela redução da velocidade do líquido e vice versa. A figura 2.2.3 mostra uma parte de um sistema onde o diâmetro do tubo aumenta de D

1 a D

2,

resultando numa diminuição na velocidade do líquido de v

1 para v

2. Assumindo que não há perda por fricção

no sistema, a soma da pressão estática e da pressão dinâmica é constante por todo o tubo horizontal.

12

12

Assim, um aumento no diâmetro do tubo, como aquele mostrado na figura 2.2.3 resulta num aumento na altura manométrica estática medida com o medidor de pressão p

2.

Na maioria dos sistemas de bombas, a pressão dinâmica p

dyn tem um impacto menor na pressão

total. Por exemplo, se a velocidade de um fluxo de água é 4,5 m/s, a pressão dinâmica é em torno de 0,1 bar, que é considerada insignificante em muitos sistemas de bombeamento. Mais tarde neste capítulo, discutiremos a pressão dinâmica em conexão com a determinação da altura manométrica de uma bomba.

Fig. 2.2.2: Como determinar a pressão estática psta

, pressão dinâmica p

dyn e a pressão total p

tot

Fig. 2.2.3: A pressão estática aumenta se a velocidade do líquido for reduzida. A figura se aplica a um sistema com perda de fricção insignificante.

D2D1

psta

ptot

pdyn

A

P

B

p1

p2

v1 v2

psta ptot pdyn

ptot

psta psta

ptot

Q

84

Seção 2.2Desempenho das bombas

Page 82: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

7.3

m

10.2

m

10.6

m

12.7

5 m

1 Pa = 1 N/m2 10-51 9.87 . 10-4 750 . 10-51.02 . 10-4

750

1.02 . 10-5

1105 0.987 10.21.02

7601.0131.013 . 105 1 10.331.033

7360.9810.981 . 105 0.968 101

73.60.09810.981 . 104

* Atmosfera física ** Atmosfera teórica

0.0968 10.1

Pa bar

Tabela de conversão para unidades de pressão

atm* at** mH2O mmHg

1 bar

1 atm

1 at = 1 kp/cm3

1 m H2O

2

4

6

8

10

12

H(m)

1 bar 1 bar 1 bar 1 bar

Q

Duty point for brine at 20°C

Duty point for water at 20°C

Duty point for water at 95°C

Duty point for diesel at 20°C

7.3

m

10.2

m

10.6

m

12.7

5 m

1 Pa = 1 N/m2 10-51 9.87 . 10-4 750 . 10-51.02 . 10-4

750

1.02 . 10-5

1105 0.987 10.21.02

7601.0131.013 . 105 1 10.331.033

7360.9810.981 . 105 0.968 101

73.60.09810.981 . 104

* Atmosfera física ** Atmosfera teórica

0.0968 10.1

Pa bar

Tabela de conversão para unidades de pressão

atm* at** mH2O mmHg

1 bar

1 atm

1 at = 1 kp/cm3

1 m H2O

2

4

6

8

10

12

H(m)

1 bar 1 bar 1 bar 1 bar

Q

Duty point for brine at 20°C

Duty point for water at 20°C

Duty point for water at 95°C

Duty point for diesel at 20°C

Salmoura a 20°C1300 kg/m3

1 bar = 7.3 m

Água a 20°C997 kg/m3

1 bar = 10.2 m

7.3

m

10.2

m

10.6

m

12.7

5 m

1 Pa = 1 N/m2 10-51 9.87 . 10-4 750 . 10-51.02 . 10-4

750

1.02 . 10-5

1105 0.987 10.21.02

7601.0131.013 . 105 1 10.331.033

7360.9810.981 . 105 0.968 101

73.60.09810.981 . 104

* Atmosfera física ** Atmosfera teórica

0.0968 10.1

Pa bar

Tabela de conversão para unidades de pressão

atm* at** mH2O mmHg

1 bar

1 atm

1 at = 1 kp/cm3

1 m H2O

2

4

6

8

10

12

H(m)

1 bar 1 bar 1 bar 1 bar

Q

Duty point for brine at 20°C

Duty point for water at 20°C

Duty point for water at 95°C

Duty point for diesel at 20°C

Água a 95°C960 kg/m3

1 bar = 10.6 m

Óleo diesel a 20°C800 kg/m3

1 bar = 12.75 m

Fig. 2.2.5: Bombeando quatro líquidos diferentes a 1 bar no lado da descarga da bomba resulta em quatro alturas manométricas diferentes(m), por isso quatro pontos de trabalho diferentes

Medição da pressãoA pressão é medida em, por exemplo, Pa (N/m2), bar (105 Pa) ou PSI (Ib/in2). Quando trabalhamos com pressão é importante saber o ponto de referencia para a medição da pressão. Dois tipos de pressão são essenciais em conexão com a medição de pressão: pressão absoluta e pressão manométrica:

Pressãoabsoluta(pabs)

A pressão absoluta é definida como a pressão acima do vácuo absoluto, 0 atm, que é o zero absoluto para a pressão. Normalmente, o valor “pressão absoluta” é usado em cálculos de cavitação.

PressãomanométricaA pressão manométrica, com frequência conhecida como sobrepressão, é a pressão maior do que a pressão atmosférica normal (1 atm). Normalmente, a pressão p é determinada como pressão manométrica por que a maioria das medições dos sensores e dos medidores de pressão mede a diferença de pressão entre o sistema e a atmosfera. Por todo esse livro o termo pressão se refere a pressão manométrica.

Alturamanométrica(H)

A altura manométrica de uma bomba é a expressão da altura que a bomba pode elevar um líquido. A altura manométrica é medida em metros (m) e é independente da densidade do líquido. A fórmula a seguir mostra a relação entre pressão (p) e a altura manométrica (H):

onde :H é a altura manométrica em [m]p é a pressão em [Pa = N/m2]ρ é a densidade do líquido em [kg/m3]g é a aceleração da gravidade em [m/s2] Normalmente, a pressão ρ é medida em [bar], que é igual a 105 Pa. Entretanto, outras unidades de pressão também são usadas também, ver figura 2.2.4.

A relação entre a pressão e a altura manométrica é mostrada na figura 2.2.5 onde a bomba manuseia quatro líquidos diferentes.

7.3

m

10.2

m

10.6

m

12.7

5 m

1 Pa = 1 N/m2 10-51 9.87 . 10-4 750 . 10-51.02 . 10-4

750

1.02 . 10-5

1105 0.987 10.21.02

7601.0131.013 . 105 1 10.331.033

7360.9810.981 . 105 0.968 101

73.60.09810.981 . 104

* Atmosfera física ** Atmosfera teórica

0.0968 10.1

Pa bar

Tabela de conversão para unidades de pressão

atm* at** mH2O mmHg

1 bar

1 atm

1 at = 1 kp/cm3

1 m H2O

2

4

6

8

10

12

H(m)

1 bar 1 bar 1 bar 1 bar

Q

Duty point for brine at 20°C

Duty point for water at 20°C

Duty point for water at 95°C

Duty point for diesel at 20°C

Fig. 2.2.4: Tabela de conversão para unidades de pressão

85

12

12

Page 83: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Fig. 2.2.6: Bomba padrão com sucção na extremidade com diferença de dimensão na sucção e portas de descarga

Como determinar a altura manométrica A altura manométrica da bomba é determinada pela leitura da pressão nos flanges da bomba p

2,

p1 e depois a conversão dos valores em altura

manométrica - ver figura 2.2.6. Entretanto, se uma diferença geodésica na altura manométrica estiver presente entre dois pontos de medição, como é o caso na figura 2.2.6, é necessário compensar a diferença. Além disso, se as dimensões da porta dos dois pontos de medição diferirem uma da outra, a altura manométrica real também tem que ser corrigida para este.

A altura manométrica da bomba real H é calculada pela seguinte fórmula:

12

12

onde :H é a altura manométrica real da bomba em [m] p é a pressãonos flanges em [Pa = N/m2]ρ é a densidade do líquido em [kg/m3]g é a aceleração da gravidade em [m/s2]h é a altura geodésica em [m]v é a velocidade do líquido em [m/s]

A velocidade do liquido v é calculadapela seguinte fórmula:

12

12

onde:v é a velocidade do líquido em [m/s]Q é o fluxo volumétrico em [m3/s]D é o diâmetro da porta em [m]

Combinando estas duas fórmulas, a altura manométrica H depende dos seguintes fatores: As medições de pressão p

1 e p

2, a diferença em altura

geodésica entre os pontos de medição (h2-h

1), o

fluxo através da bomba Q e o diâmetro das duas portas D

1 e D

2.

12

12

A correção devida à diferença no diâmetro da porta é causada pela diferença na pressão dinâmica. Em vez de calcular a correção a partir da fórmula, a contribuição pode ser lida num nomograma, ver apêndice F.

h2 h1

v1 p1D1

D2

v2

p2

h2 - h1 = 355 mm

v1 = 3.77 m/s2

p1 = 0.5 bar

D1 = 150 mm

D2= 125 mm

v2 = 5.43 m/s2

p2 = 1.1 bar

86

Seção 2.2Desempenho das bombas

Page 84: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

ExemplodecálculoUma bomba do mesmo tipo que aquela mostrada na figura 2.2.7 está instalada num sistema com os seguintes dados:

Q = 240 m3/hp

1 = 0.5 bar

p2 = 1.1 bar

Líquido: Água a 200C

Diâmetro da porta de sucção D1 = 150 mm

Diâmetro da porta de descarga D2 = 125 mm.

A diferença na altura entre as duas portas onde os manômetros de pressão estão instalados é h

2-h

1 = 355 mm.

Agora somos capazes de calcular a altura manométrica da bomba:

Como resulta do cálculo, a diferença de pressão medida por manômetros de pressão é de cerca de 1,1 m inferior ao que a bomba está realmente executando. Isso pede uma explicação. Primeiro, o desvio é causado pela diferença em altura entre os manômetros de pressão (0,36m) e segundo, é causado pela diferença de dimensões da porta, que neste caso é 0,77m.

Fig. 2.2.7: Bomba padrão com sucção na extremidade com diferentes dimensões de sucção e portas de descarga (exemplo)

12

12

12

12

12

12

h2 h1

v1 p1D1

D2

v2

p2

h2 - h1 = 355 mm

v1 = 3.77 m/s2

p1 = 0.5 bar

D1 = 150 mm

D2= 125 mm

v2 = 5.43 m/s2

p2 = 1.1 bar

87

Page 85: Manual de bombas hidráulicas   seção 2.2.1

Fig.2.2.8: A pressão do sistema Hsta

num sistema fechado tem que ser mais alta do que a altura física da instalação

Se os manômetros de pressão forem colocados na mesma altura geodésica, ou se um manômetro de pressão diferencial for usado para as medidas, não é necessário compensar para a diferença em altura (h

2-h

1). Em conexão com bombas em linha, onde

a entrada e a saída estão colocadas no mesmo nível, as duas portas com frequência têm o mesmo diâmetro. Para estes tipos de bomba uma fórmula simplificada é usada para determinar a altura manométrica:

12

12

Pressãodiferencial(∆p)A pressão diferencial é a diferença de pressão entre as pressões medidas nos dois pontos, por exemplo, a pressão cai através da válvulas num sistema. A pressão diferencial é medidas nas mesmas unidades que a pressão.

PressãodosistemaA pressão do sistema é a pressão estática, que está presentes num ponto no sistema, quando as bombas não estiverem em funcionamento. A pressão do sistema é importante para considerar quando você trabalha com um sistema fechado. A pressão do sistema em (m) H

sta no ponto mais

inferior deve sempre ser mais alta do que a altura do sistema de modo a garantir que o sistema esteja cheio de líquido e pode ser ventilado adequadamente.

h

Refrigerador seco

Refri-gerador

Hsyst > h

Hsyst

88

Seção 2.2Desempenho das bombas

p1

h1 h2

p2

Fig.2.2.7.a: Bomba em linha com a mesma altura geodésica na entrada e na saída. h

2 = h

1