-
Equipamentos Dinmicos
23
3Turbinas aVaporAs turbinas a vapor so mquinas cuja fun-
o transformar energia trmica em energiamecnica. Conforme citado
anteriormente,uma turbina a vapor um equipamento acio-nador, ou
seja, sempre acionar outros equi-pamentos como bombas,
compressores, gera-dores e outros.
Turbina a vapor acionando uma bomba centrfuga.Fonte: AUTOR
A energia trmica tem a gua como meiode propagao. A gua submetida
a um ge-rador de vapor (caldeira ou resfriador de pro-cesso),
atravs de bomba centrfuga multies-tgios, onde recebe energia
ganhando tempe-ratura e presso, passando do estado lquidopara
vapor. Sabe-se que a gua muda de esta-do fsico tanto quando tem sua
temperaturaaumentada, se a presso for modificada parao entendimento
disso revise os contedos defsica sobre diagrama de estado e
temperatura
crtica. A energia trmica conduzida do pon-to de gerao ao local
de uso atravs de linhas(tubulaes) isoladas termicamente para
mi-nimizar perdas e acidentes. Inevitavelmente,ocorrem condensaes
localizadas nas linhase este condensado retirado por purgadoresou
drenos. Importante: a injeo de condensa-do em turbinas faz que elas
sejam danificadas.
O vapor classificado em trs classes deenergia que so alta, mdia
e baixa. A classede alta energia tem temperatura entre 450 e500C e
presso entre 85 a 110 kgf/cm2, em-pregada em turbinas de grande
potncia. Aclasse de mdia energia tem temperatura entre260 e 290C e
presso entre 16 a 18 kgf/cm2,destinada a turbinas de pequena
potncia. Aclasse de baixa energia tem temperatura entre120 e 150C e
presso entre 3 a 5 kgf/cm2, nousada para turbinas.
A entrada de vapor em uma turbina cha-mada de admisso, e a sada
de exausto. Emturbinas de grande potncia, a admisso sersempre de
vapor de alta energia e a exaustopoder ser de mdia energia ou
condensaototal. Em turbinas de pequena potncia, a ad-misso ser
sempre de vapor de mdia ou altaenergia e a exausto ser de baixa
energia.
3.1 Princpio de funcionamentoQuando o vapor, devido expanso,
em-
purra diretamente o pisto de uma mquinaalternativa, a energia
trmica do vapor con-vertida em energia mecnica diretamente.Numa
turbina, esta mesma transformao conseguida, passando, entretanto,
por um es-tgio intermedirio. O vapor, ao escapar porum bocal, forma
um jato de alta velocidade, ea fora do jato produz energia mecnica.
Con-forme a ao do jato de vapor, as turbinas po-dem ser de impulso
ou de reao.
-
24
Equipamentos Dinmicos
Princpio de funcionamento de turbina a vapor de reao.
Expandindo-se num bocal, a energia dovapor convertida em
velocidade e exerce umafora. A reao dessa fora move o bocal. Seo
bocal for montado na periferia de um rotor eo suprimento de vapor
foi feito, tem-se basi-camente, uma turbina de reao.
Princpio de impulso.
Se o bocal fixo, o jato pode empurrarum anteparo mvel. Caso o
anteparo seja fi-xado na periferia de um rotor tem-se, basica-mente
uma turbina de impulso.
3.1.1 Percurso do vapora) Turbina de Impulso
Na turbina de impulso, o bocal, emnmero de um ou mais, estar na
partefixa (corpo), provocando uma expan-so do vapor, que perde
presso e ga-nha velocidade. O jato que sai do bo-cal vai direto
periferia do rotor, ondeesto as palhetas. Nestas, a presso dovapor
mantida e a velocidade cai.
Bocal de carga turbina de impulso.
Nas turbinas de impulso, os bocais sodistribudos em torno de um
anel e o vaporentra lateralmente nas palhetas.
O vapor alimentado atravs de diversosbocais divergentes e atinge
as palhetas do rotor,cedendo-lhe energia. Como regra, os bocaisde
turbinas de impulso no alimentam de va-por toda a periferia do
rotor, e, conseqente-mente, num dado instante, apenas parte
daspalhetas esto sob a ao do vapor. A quedatotal de presso do vapor
ocorre quando atin-ge as palhetas. Por outro lado, neste ponto,
ovapor atinge sua mxima velocidade custada queda de presso. A
energia cedida pelovapor ao rotor ocorre, ento, s custas da
di-minuio da velocidade do vapor, ou seja, emfuno de sua energia
cintica.
Para se obter boa eficincia, o vapor deveceder grande parte de
sua energia ao passarpelo rotor. Essa cesso de energia acarreta
umagrande velocidade do rotor, de forma que pou-cos materiais podem
resistir fora centrfuga
-
Equipamentos Dinmicos
25
desenvolvida. Uma soluo para o problema fazer com que o vapor
ceda sua energia emvrios estgios. Isto se consegue utilizandouma
srie de palhetas mveis, entre as quaisse inserem palhetas fixas que
servem de guiado vapor de um estgio para seguinte. No casode uma
turbina de dois estgios, a velocidadedo valor decresce durante a
passagem peloprimeiro estgio, permanece constante na fi-leira de
palhetas fixas e decresce no segundoestgio at o vapor da
exausto.
Bocal de carga turbina a vapor dois estgios.
Observao : Esta turbina pode ser considerada de um est-gio,
dependendo da literatura.
b) Turbina de ReaoNa turbina de reao, os bocais mveisformados
por palhetas dispostas na pe-riferia do rotor. Um conjunto
adjacen-te de palhetas estacionrias dirige ovapor por essas
palhetas mveis. Aexpanso ocorre nos dois conjuntos deforma que as
turbinas de reao traba-lham, basicamente, como de impulsoe reao.
Comercialmente, o termo tur-bina de reao aplica-se s turbinas
nasquais h substancial expanso do va-por nas partes mveis.A
diferena essencial entre as turbinasde impulso e reao que na
turbinade impulso nenhuma queda de pres-so do vapor ocorre quando
da passa-gem pela palheta, enquanto na turbinade reao h queda de
presso nessapassagem. Devido a isso, existe umadiferena de presso
entre cada lado daslminas fixas e estacionrias.
Bocal de carga turbina avapar de um estgio.
O vapor deve ser admitido a todas as par-tes da periferia
porque, devido queda de pres-so, possveis vazamentos de vapor
podemocorrer para os espaos nos quais no existevapor. Tendo vrios
estgios, isto , vriosrotores, pequena a queda de presso por
es-tgio, resultando em serem pequenas as for-as atuantes sobre as
palhetas, ao contrrio doque ocorre com a turbina de um estgio.
Bocal de carga turbina de reao multiestgio.
c) Turbinas MistasSo as turbinas que utilizam simulta-neamente
os dois princpios de ao ereao.
-
26
Equipamentos Dinmicos
d) Turbinas de vrios estgiosNa sucesso de estgios de uma
turbi-na, o tamanho das palhetas cresce coma queda de presso a fim
de que o es-pao seja suficientemente grande parao progressivo
aumento do volume devapor.A expanso pode ser feita at a con-densao
do vapor, (turbina de conden-sao), ou at um determinado valor emque
o vapor sai superaquecido (turbinade contra-presso). Podemos
tambmefetuar retirada de vapor em estgio in-termedirio (turbina de
extrao).
Turbina a vapormultiestgios.Fonte: CatlogoAKZ.
3.1.2 ComposioUma turbina a vapor, de pequena potn-
cia, composta pelas seguintes partes, con-forme figura a
seguir:
mancais, conjunto rotativo, selagem, carcaa, sistema de controle
de velocidade, sistema de desarme, sistema de lubrificao, sistema
de refrigerao.
3.1.3 Conjunto rotativoO conjunto rotativo composto pelo
eixo
e por elementos agregados, tais como selagem,sistema de controle
de velocidade e sistemade desarme.
Conjunto rotativo de uma turbina a vapor de pequena
potncia.Fonte: Catlogo Worthington. Que tal rever seus conceitos de
fsica?
3.1.4 Sistema de controle de velocidade edesarme
O sistema de controle de velocidade cha-mado de regulador ou de
governador, e o sis-tema de desarme chamado de trip, vlvulade
fechamento rpido, vlvula garganta ouvlvula main stop. O
funcionamento de am-bos baseia-se em fora centrpeda.
A variao de rotao do conjunto rotativo diretamente proporcional
quantidade devapor injetada na turbina para uma determi-nada carga.
Para chegar at a roda da turbina,
Composio deuma turbina a vaporde pequenapotncia.Fonte:
CatlogoWorthington.
Rotativo
Mancais
Selagem
DesarmeSistema de controle
de velocidade
Sistema derefrigerao
Sistema de lubrificao
-
Equipamentos Dinmicos
27
o vapor percorre o caminho passando pela vl-vula de admisso da
linha, pela vlvula de ad-misso da turbina, chamada de vlvula
parcializa-dora, e pela vlvula de fechamento rpido.
Sistema de Controle de Velocidade e Sistema de Desarme deuma
Turbina a VaporFonte: Catlogo Worthington.
Sistema de Controle de Velocidade e Sistema de Desarme deuma
Turbina a Vapor.Fonte: AUTOR.
Vlvula dedesarme
Entradade vapor
Brao doregulador
Vlvulaparcializadora
3.1.5 ReguladorA turbina a vapor mquina projetada para
trabalhar velocidade constante, entretan-to, a velocidade varia
com as variaes de car-ga. Quando a carga diminui, a velocidade
parauma mesma vazo de vapor aumenta e a ten-dncia disparar a
turbina. No caso contrrio,a tendncia a reduo progressiva da
veloci-dade at a paralizao total da turbina. O re-gulador um
sistema cuja funo manterconstante a velocidade de rotao,
durantequalquer variao da carga ou do vapor. O re-gulador, que pode
ser mais ou menos elabora-do, atua na vlvula de admisso de vapor
afim de corrigir qualquer tendncia de variaoda velocidade da
turbina.
Numa de suas formas mais simples, os re-guladores de velocidade
constam de pesosmontados sobre um sistema articulado que giracom
velocidade proporcional velocidade doeixo da turbina. Devido rotao,
a fora cen-trfuga age sobre os pesos, tendendo a desloc-los para a
periferia do sistema. Nesse desloca-mento, uma mola comprimida.
Ligado base
da mola existe um sistema de alavancas que,agindo sobre uma
vlvula, controla o fluxo devapor para a turbina.
Suponhamos que a turbina esteja em suavelocidade normal, com
determinada carga. Sea carga diminuir, a velocidade da turbina
au-menta e os pesos, devido ao aumento da foracentrfuga, foram a
base da mola para cima.Este deslocamento levado vlvula de con-trole
que, diminuindo a abertura de entrada devapor, faz com que a
turbina volte a operar navelocidade inicial.
Quando a fora do sistema mecnico no suficiente para o
acionamento da vlvulaparcializadora, usa-se um sistema
hidrulico.
Regulador Hidrulico.
Vlvulaparcializadora
Carcaa
Brao do regulador
Regulador Wooward
Fonte: Catlogo Worthington.
-
28
Equipamentos Dinmicos
O sistema de desarme dotado de uma molae um gatilho. A mola
comprimida e o gatilhoarmado. Caso a velocidade seja ultrapassadade
um determinado limite, o gatilho desar-mado, fazendo a mola fechar
a vlvula e inter-romper a entrada de vapor na turbina.
Sistema de desarme de uma turbina a vapor.Fonte: Catlogo
Worthington.
Carcaa do sistemade desame
Massa dedesarme
Entrada de vapor
3.1.6 Principais problemas em turbinas a vaporUma turbina a
vapor poder apresentar
problemas em seu funcionamento. Estes po-dero ocorrer em funo da
condio opera-cional imposta turbina ou em funo de fa-lha mecnica.
Uma condio operacional ina-dequada poder resultar em falhas
mecni-cas. Os principais problemas que constituemfalhas mecnicas e
podero tornar uma turbi-na indisponvel a um processo so:
descon-trole de velocidade, desarme indevido, vibra-o excessiva,
rudo excessivo, vazamentos,aquecimento excessivo dos mancais e
perdade eficincia.
Um descontrole de velocidade ocorrerbasicamente pelos seguintes
motivos:
emperramento do sistema; desajuste na regulagem; excesso de
folgas nas articulaes.Um desarme indevido poder ocorrer por: reduo
acentuada na carga da mqui-
na acionada; desgaste no engate.Em uma turbina a vapor, pode-se
ter vi-
brao excessiva graas aos seguintes moti-vos principais:
condio operacional inadequada: presena de condensado.
falha mecnica: desbalanceamento; desalinhamento; folgas
inadequadas; outros.
Pode ocorrer rudo excessivo em uma turbi-na a vapor, pelos
seguintes principais motivos:
danificao dos mancais; roamento.Vazamentos podem tambm ser
detecta-
dos em uma turbina a vapor, principalmente,devido aos seguintes
motivos:
vazamento de leo: dreno mal fechado; nvel acima do normal;
labirinto danificado; respiro obstrudo.
vazamento de vapor: selagem danificada; desgaste em labirintos;
passagem em vlvula de segurana; falha em juntas.
Dentre os fatores que podem promoveraquecimento excessivo nos
mancais, esto:
falta de lubrificao; excesso de lubrificao; falha no sistema de
refrigerao.A perda de eficincia em uma turbina ocor-
rer, basicamente, pelos seguintes motivos: vapor fora de
especificao; vazamento excessivo de vapor; sujeira nas rodas da
turbina.
3.1.7 Operao de turbinas a vaporA operao de uma turbina a vapor
com-
pe-se das fases de partida, acompanhamentoe parada.
A partida pode ser manual ou automtica.Para partida manual,
necessrio observar osseguintes passos:
-
Equipamentos Dinmicos
29
garantir lubrificao adequada; garantir circulao da gua de
refrige-
rao; drenar condensado em todos os pontos
durante aquecimento; armar desarme; abrir vlvula de exausto;
aquecer; colocar em giro lento usando desvio
(by pass) da vlvula de admisso; partir, abrindo a vlvula de
admisso e
fechando o desvio.Para colocar uma turbina a vapor em con-
dies de partida automtica, preciso obser-var os mesmos passos da
partida manual.
Para o acompanhamento, seguir os pas-sos constantes na operao de
bombas centr-fugas.
Os passos que devem ser executados paraa parada de uma turbina a
vapor so os seguintes:
desarmar; fechar a vlvula de admisso; drenar condensado em todos
os pontos; fechar vlvula de exausto.
Anotaes
-
30
Equipamentos Dinmicos
4CompressoresOs compressores, assim como as bombas,
so equipamentos utilizados na manipulaodos fluidos. Quando o
fluido um lquido, amquina empregada uma bomba, enquantoque, no caso
da manipulao de um gs, amquina empregada um compressor.
Bombas e compressores so construdoscom base nos mesmos princpios
de funciona-mento, e as diferenas entre eles so decor-rentes das
distines existentes nas proprie-dades dos lquidos e gases. Estas
diferenasso de dimenses, sistemas de vedao e ve-locidades de
operao, que decorrem da me-nor densidade, da compressibilidade, da
ex-pansibilidade e difuso dos gases. Desta for-ma, seria imprprio
ou impraticvel o empre-go de uma bomba para bombear um gs e
autilizao de um compressor para o bombea-mento de um lquido.
No estudo das bombas, foi verificada aimpossibilidade de uma
bomba centrfugabombear um gs. As inconvenincias nos de-mais casos
sero constatadas posteriormente.
O compressor, como a bomba, aumenta apresso do fluido que est
sendo bombeado.Um ventilador um compressor, pois, o ar queest
descarregando tem uma presso um pou-co superior ao ar que est sendo
succionado.O mesmo acontece com o exaustor.
Em muitos casos, o compressor no pos-sui tubulao de suco, como
em um exaus-tor, uma vez que o prprio recinto de ondesucciona serve
de reservatrio de suco parao exaustor. um arranjo semelhante a
umabomba centrfuga vertical, instalada dentro deuma piscina. Em
outros casos, no existe ne-cessidade de tubulaes de suco e
descargaou mesmo de carcaa do compressor. Assim,um ventilador, em
geral, s possui um rotor,uma vez que este j est totalmente
mergulha-do no fluido e no h necessidade de tubula-es e corpo, para
a conduo do escoamento.O ventilador funciona de forma anloga a
ummisturador de um tanque, que nada mais do
que uma bomba mergulhada dentro do lqui-do e cuja finalidade a
homogeneizao dolquido pela circulao.
Uma bomba de vcuo tambm um com-pressor, pois manipula gases que
saem pela suadescarga com uma presso superior da suc-o. O termo
bomba de vcuo reservado aoscompressores que succionam de uma
pressoinferior atmosfrica e descarregam a umapresso atmosfrica. Uma
bomba de bicicletatambm um compressor, uma vez que o flui-do
manipulado um gs, o ar.
4.1 Tipos de compressoresComo as bombas, os compressores so
classificados, de acordo com o princpio defuncionamento, nos
tipos seguintes:
Dinmicos: Centrfugos; De Fluxo Axial.
De deslocamento positivo: Rotativos; Alternativos.
Os compressores centrfugos so os maisimportantes, e, como as
bombas centrfugas,utilizam o princpio da fora centrfuga (Figu-ra
abaixo).
Compressor centrfugo.
-
Equipamentos Dinmicos
31
Os compressores de fluxo axial, so semelhantes aos compressores
centrfugos, com a dife-rena de que as ps so retorcidas de forma que
o gs, ao sair do rotor, toma um escoamentoparalelo ao eixo
(escoamento axial). Existe um tipo de bomba que corresponde a este
tipo decompressor. a bomba de fluxo axial.
J os compressores alternativos (figuras a seguir) baseiam-se no
mesmo princpio das bom-bas alternativas.
Os compressores rotativos so baseados no mesmo princpio das
bombas rotativas.
Compressor de fluxo axial.
Compressor rotativo.
Compressor alternativo.
-
32
Equipamentos Dinmicos
Compressor alternativo detalhe de uma vlvula.
Compressor alternativo percurso do fludo bombeado.
4.2 Compressores centrfugosNos compressores centrfugos, so
encon-
trados os mesmos elementos vistos no estudode bombas centrfugas.
Os elementos consti-tuintes de um compressor centrfugo so
osseguintes:
Rotor (com um ou mais estgios);
Eixo;
Corpo (com ou sem difusores);
Cmara de Vedao (uma ou duas);
Mancal;
Acoplamento (com ou sem reduo develocidade);
Camisas de Refrigerao;
Anis e Luvas de Desgaste.
As ventoinhas e ventiladores centrfugos,que produzem baixas
presses de descarga,so, em geral, de rotor aberto, de apenas
umestgio e sem difusores. Entre os compresso-res centrfugos, que
desenvolvem elevadaspresses de descarga, os tipos mais usados sode
rotor fechado, de vrios estgios comdifusores no corpo.
A cmara de vedao constitui uma daspartes mais importantes e
crticas de um com-pressor centrfugo. Vrios tipos de selagem
soempregados, dentre os quais os mais comunsso, o de anel de
labirinto e o de anel de carvo.
A selagem com anel de labirinto, funcio-na baseada na perda de
presso do gs que obrigado a passar por diminutas folgas anula-res.
O vazamento da cmara de vedamento,
Da folga entre a aresta do anel e o eixo; Do quanto aguada a
aresta do anel.
Anel de labirinto.
A selagem com anel de carvo, consisteem um ou mais anis de carvo
em seces de90 ou 120, mantidos junto ao eixo com pe-quena folga,
por meio de molas. Este tipo deselagem tambm funciona baseado na
perdade presso do gs em escoamento atravs depequenas folgas.
Anel de carvo.
Outro tipo de selagem tambm utilizadonos compressores centrfugos
um equivalenteao selo mecnico, chamado de selagem porcontato, que
acarreta um vedamento muitosevero. Em alguns casos, estes tipos de
veda-mento so empregados aos pares e em con-junto com sistemas de
selagem. O sistema deselagem pode consistir na injeo de um
gs(hidrognio, por exemplo), entre dois elemen-tos de vedamento. O
gs injetado, em geral,possui uma presso superior ao manipuladopelo
compressor, de forma a penetrar no inte-rior de compressor. O gs do
compressor novaza para o meio ambiente (Figura a seguir).
constituda de anis de labirinto, depende dedois fatores
principais:
-
Equipamentos Dinmicos
33
Selagem por contato.
gs, abaixo do limite mnimo de capacidade,o compressor no
satisfaz presso do siste-ma (linhas e vasos da descarga) no qual
estdescarregando. Isto causa uma srie de escoa-mentos alternados. O
compressor fornece gsao sistema e depois recebe o mesmo gs devolta
do sistema. Entre os mtodos utilizadospara a eliminao da pulsao so
encontra-dos os seguintes:
Instalao de vlvula de escape para omeio ambiente na linha de
descarga. P/Soprador de ar;
Instalao de desvio para reciclo; Regulagem da vazo.Quanto mais
pesado o gs, mais elevado
o limite mnimo de capacidade, e, quantomais estgios possui o
compressor, mais alto o limite mnimo de capacidade. Assim, quan-to
mais pesado o gs e quanto maior o nmerode estgios, mais estreita a
faixa de capaci-dade para operao estvel.
A variao da velocidade do rotor acarre-ta um aumento da
capacidade, um aumento depresso maior do que o da capacidade e
umaumento de consumo de energia ainda maior.O limite mnimo de
capacidade tambm va-ria, com a variao da velocidade do rotor
(Fi-gura a seguir).
A lubrificao no compressor centrfugo necessria para os mancais
e, em alguns ca-sos, para os elementos de selagem. Quando
ocompressor utiliza a lubrificao apenas paraos mancais, o sistema
de lubrificao relati-vamente simples.
Em muitos casos, o compressor possuiuma bomba principal de leo e
outra auxiliar,respectivamente, uma com acionamento el-trico e
outra acionada turbina a vapor. Osacionadores operam sob controles
de presso,de forma que, quando a bomba principal nofornece leo na
presso de trabalho, a unidadeentra em operao.
Em outros casos, a bomba principal deleo est acoplada
diretamente ao eixo do com-pressor. Este arranjo possui vantagens e
des-vantagens. Quando o compressor opera conti-nuamente, mais
prtico o uso de duas bom-bas externas, pois o desarranjo da bomba
prin-cipal no acarreta em parada do compressor.
Quando no h a possibilidade do leolubrificante do compressor
ficar contaminadocom o gs que est sendo manipulado, os siste-mas de
lubrificao do compressor e do acio-nador so combinados em um
nico.
4.2.1 Caractersticas do compressor centrfugoA presso de descarga
do compressor cen-
trfugo, a uma dada velocidade do rotor, damesma maneira que no
caso da bomba centr-fuga, aumenta com a elevao da densidadedo
fluido. A elevao da densidade do gs podeser obtida, alm da mudana
do gs, pelo au-mento da presso de suco, ou reduo datemperatura de
suco.
Uma caracterstica peculiar ao compres-sor centrfugo a existncia
de um limite decapacidade, abaixo do qual o compressor en-tra em
pulsao e comea a vibrar e apresen-tar rudo. Por efeito da
compressibilidade doConseqncias da variao da velocidade do
rotor.
-
34
Equipamentos Dinmicos
Com acionador de velocidade varivel, aregulagem da velocidade do
rotor resulta emvrias condies estveis de operao. Quan-do o
acionador de velocidade constante, aregulagem pode ser feita na
suco ou na des-carga. A regulagem na vlvula de descarga,no
aconselhada, pois o controle na sucodo compressor resulta em
menores perdas deenergia.
Esta regulagem a mais simples e prticapara os compressores
centrfugos. Este mto-do possui a vantagem de no alterar as condi-es
da descarga do compressor, como no casoda regulagem pela
descarga.
A refrigerao do compressor resulta emeconomia de energia e baixa
temperatura dedescarga.
Nos grficos de compressores, uma carac-terstica nova encontrada,
a razo de com-presso. A razo de compresso a razo en-tre a presso de
descarga e a presso de suc-o. A razo de compresso muito mais
sig-nificativa do que a altura de elevao para oscompressores e, por
isso, mais usada.
4.3 Compressor de fluxo axialEstes compressores possuem muito
boa
eficincia, dando grandes vazes com baixaspresses.
4.4 Compressores rotativosA vazo destes compressores
pratica-
mente contnua e sem pulsao. No tipo delbulos, praticamente no h
compresso den-tro da mquina, mas sim contra a presso dosistema na
descarga.
4.4.1 Compressores alternativosGeralmente, o cilindro de ao
dupla e
refrigerado, para reduzir as dilataes e absor-ver parte do calor
produzido na compresso.
Na compresso em vrios estgios, cadaum destes ocorre em um
cilindro separado, eo gs resfriado entre os vrios estgios
dacompresso. A compresso em vrios estgiosresulta, alm de menor
consumo de energia,tambm em reduo de temperatura. Uma tem-peratura
elevada provoca problemas coma lubrificao do cilindro e do
mbolo.
O compressor alternativo, como uma m-quina de deslocamento
positivo, produz omesmo volume contra qualquer presso (den-tro dos
limites de resistncia mecnica do con-junto). A vazo do compressor
proporcional velocidade da mquina.
4.4.2 Controle do compressor alternativoQuando o gs, para suco
do compres-
sor, regulado a fim de resultar numa pressode suco menor, as
conseqncias so:
a razo de compresso aumenta; a quantidade de gs que
descarrega-
do em cada percurso menor; a densidade do gs na suco menor; a
vazo diminui; a temperatura de descarga sobe.Quando nem toda a vazo
do compressor
necessria, o excesso pode ser recirculadopor um contorno
(by-pass), da descarga para asuco. Normalmente, o reciclo deve ser
res-friado, a no ser que a razo de compressoseja muito baixa, a
vazo do contorno muitopequena, ou o contorno funcione por
poucotempo (nas partidas por exemplo).
Num cilindro comercial, inevitvel apresena de uma folga na
cabea. No final domovimento de descarga, um pouco de gs retido no
espao da folga. No movimento dasuco, esta quantidade de gs que
estava napresso de descarga tem que se expandir pres-so de suco,
para que haja abertura das vl-vulas do cilindro. Logo, at que esta
situaoseja atingida, no h entrada de gs no interiordo cilindro.
Durante este tempo, o mbolo podeter percorrido 15% do curso. O
resultado final que menos gs ser admitido no
cilindro,aproximadamente 85% a 60% (PdV1 = PsV2).
Com este processo da variao das folgas,pode-se diminuir a
capacidade do compresoralternativo (Figura a seguir).
O volume varivel da folga.
Cmara de refrigerao.
-
Equipamentos Dinmicos
35
Anotaes
Quando um compressor entra em opera-o, em paralelo, num sistema
j em funcio-namento, necessrio tirar a carga da mqui-na. Um
compressor alternativo pode ficar semcarga pela abertura do
contorno.
-
36
Equipamentos Dinmicos
5LubrificaoOs equipamentos estticos no possuem
movimento contnuo em seus componentes,porm, podem ter algum tipo
de movimentoespordico. Os equipamentos dinmicos pos-suem movimentos
contnuo, rotativo e/ou al-ternativo em seus componentes. Em um
equi-pamento, o movimento ser em alguns doscomponentes, enquanto os
demais permane-cero estticos e, com isso, tem-se movimen-to
relativo entre as partes.
5.1 AtritoDevido ao movimento relativo, tem-se
atrito entre as partes. O atrito quase sempre indesejvel, pois
provoca a perda de energia,desgaste e gerao de calor.
A reduo do atrito passou a ser uma es-tratgia interessante para
economia de ener-gia e aumento da vida til dos equipamentos.Ao
longo dos anos, foram desenvolvidas duasaes para reduo do atrito,
sendo a primei-ra, a construo de elementos de mquinas comminimizao
da rea de contato entre as par-
Coeficientes de atrito esttico e dinmico.Fonte: ZECHEL, Rudolf e
outros. Molykote. Mnchen-GmbH:Molykote, 1995.
Figura 5.1 Coeficientes de atrito.Fonte: ZECHEL, Rudolf e
outros. Molykote. Mnchen-GmbH: Molykote, 1995.
tes, com movimento relativo, chamados demancais; e a segunda, o
desenvolvimento depelculas separadoras das partes com movi-mento
relativo, chamadas de lubrificantes.
Recordando a Fsica: A fora de atrito dada pela multiplicao entre
a fora normal eo coeficiente de atrito. O coeficiente de
atritopoder ser dinmico ou esttico, sendo estemaior, conforme
mostra o grfico abaixo. Oatrito e seu respectivo coeficiente de
atrito po-der ser de deslizamento, rodagem, rolagemou de furao (ver
Figura 5.1).
-
Equipamentos Dinmicos
37
5.2 MancaisOs mancais tm a funo, simultneamente,
de suportar um subconjunto de mquina e derestringir os graus de
liberdade, permitindoapenas liberdade de rotao ou
deslocamentolinear. A maior aplicao dos mancais nasustentao de
conjuntos rotativos em equi-pamentos dinmicos, ou seja, transmitem
for-as. Os mancais classificam-se em rolamentoe deslizamento. Os
mancais de rolamento somais baratos e prticos, porm apresentam
li-mitaes de rotao, de carga e dimensional.Os mancais de
deslizamento, caros e aplica-dos a mquinas de grande porte ou onde
a con-fiabilidade crtica, apresentam limitaespara equipamentos
verticais. Ambos so mon-tados em caixas, chamadas de caixa de
mancal.
Transmisso de foras de reao e ao pelo filme de lubrifi-cante,
mancais e dentes das engrenagens.Fonte: O AUTOR
Mancal de rolamento.Fonte: ZECHEL, Rudolfe outros.
Molykote.Mnchen-GmbH:Molykote, 1995.
Caixa de mancal.Fonte: O AUTOR
Mancal de deslizamento, tipo de pedestal.Fonte: CATLOGO GLYCO DO
BRASIL.
Na maioria dos equipamentos dinmicosos mancais so lubrificados
leo ou graxa.A lubrificao graxa destina-se a mancaisde rolamento,
enquanto a lubrificao a leoocorre tanto em mancais de rolamento
quantoem mancais de deslizamento. Existem exceesque, porm, no sero
tratadas neste texto.
No caso de lubrificao graxa, neces-srio periodicamente fazer a
reposio/reno-vao do lubrificante para a manuteno desuas
propriedades fsico-qumicas. A reposi-o feita com bomba atravs do
pinograxeiro. necessrio cuidar com a quantida-de de graxa, pois o
excesso provoca aqueci-mento extremo no mancal.
Pino graxeiro.Fonte: O AUTOR
Em alguns casos de equipamentos estti-cos, como vlvulas, a
colocao da graxa podeser a pincel.
Haste de alvula lubrificada a graxa.Fonte: O AUTOR
No caso de lubrificao a leo, existemquatro formas de garantir
que o lubrificanteesteja presente entre as partes deslizantes
ourolantes: por imerso, por salpicamento, porpescagem ou por injeo
pressurizada. Porimerso, necessrio que o nvel do leo atin-ja as
partes em contato. Por salpicamento, oleo espalhado/forado por um
anelsalpicador fixado ao eixo. Por pescagem, oleo pescado de um
nvel mais baixo edeslocado at um nvel mais alto atravs deum anel
pescador. Este movimentado poratrito ao eixo e arrasta consigo o
leo deposi-tando-o na parte superior do eixo. Por injeo
-
38
Equipamentos Dinmicos
pressurizada, existe uma bomba que forneceenergia ao leo e,
atravs de tubulaes, lan-ado no ponto necessrio.
Mancal de deslizamento e de rolamento de uma turbina a
vapor.Fonte: O AUTOR
Deslizamento
Anelpescador
Rolamento
O nvel do leo lubrificante deve ser sem-pre mantido constante.
Para tanto, verifica-do, externamente, atravs de visores de nvel.O
nvel de leo pode ser alterado para maisem caso de contaminao e para
menos emcaso de vazamentos. Uma contaminao po-der ocorrer por
entrada de gua ou gs na cai-xa de mancal ou por partculas slidas
prove-nientes de desgaste dos mancais ou de fonteexterna. Existem
elementos prprios para fa-zer a vedao dos mancais, dentre os
quaisesto retentores, labirintos e diversos tipos deanis de feltro
ou borracha.
Formas de viso do nvel de leo: visor tipo olho, visor
tipocoluna.Fonte: CATLOGO GLYCO DO BRASIL, O AUTOR
Labirinto
Visores de nvel
Vedao de caixa demancal por retentor.Fonte: O AUTOR
Para a eliminao da contaminao e ma-nuteno do nvel do leo, existe
um sistemaautomtico, chamado copo nivelador de leo.Para a expulso
da contaminao existe umdreno, visto que os cantaminantes so
maispesados e vo para o fundo. A reposio fei-ta enchendo-se o copo
e recolocando-o no ca-chimbo. Para um adequado funcionamentodesse
sistema, necessrio um respiro, ou seja,manter a presso atmosfrica
no interior dacaixa de mancais.
Manuteno do nvel edescontaminao do leo
lubrificante.Fonte: O AUTOR
5.3 LubrificantesOs lubrificantes, no sero tratados neste
texto, sob o ponto de vista tcnico, visto que opresente curso
destina-se ao treinamento deoperadores e no de lubrificadores.
5.4 Rotina diria de lubrificaoA rotina imprescindivelmente diria
e
deve ser aplicada a todos os equipamentos di-nmicos. Geralmente,
feita por um lubrifi-cador, mas, tambm, fora do horrio
adminis-trativo, deve ser feita pelo operador de rea. Arotina
compe-se das seguintes tarefas:
Verificao do estado (aparncia) do leo,e completar nveis quando
necessrio;
Verificao de vazamentos, temperatu-ras, rudos, e se possvel
determinar ascausas;
Drenagem de gua dos depsitos demancais de bombas e turbinas;
Verificao dos equipamentos, se estocodificados com plaquetas de
leo egraxa, se os visores esto limpos e osrespiros
desentupidos;
-
Equipamentos Dinmicos
39
Observao sobre os lubrificantes emuso, se esto perfeitamente
codificados.
Para a realizao de rotina de lubrifica-o, existe uma organizao
de suprimento deleo lubrificante. O leo armazenado emtambores e
codificado. Uma vez colocado emrecipientes menores, estes tambm
seguemcom o mesmo cdigo. E, em cada caixa demancal, existe uma
etiqueta de alumnio como cdigo do lubrificante que ali usado.
Des-sa forma, garante-se a correta colocao dolubrificante.
5.5 Lubrificao de turbinas a vaporExiste uma exceo em turbinas a
vapor
com regulador de velocidade mecnico. Exis-tem trs copos de leo,
sendo dois para osmancais LA e LOA e um para o mecanismode controle
de velocidade.
Importantssimo: os copos de leo dosmancais tm a funo de manter o
nvelde leo, enquanto o copo do regulador fun-ciona por gotejamento
e tem a funo defornecer lubrificante ao mecanismo deregulagem de
velocidade. Portanto, o copodo regulador sempre ter seu nvel
dimi-nudo ao longo do tempo.
Etiqueta para cada ponto de insero de lubrificante.Fonte: O
AUTOR
Recipientes menores para leo.Fonte: O AUTOR
Tambores de leo.Fonte: O AUTOR
Etiqueta
Copos de leo lubrificante em turbina a vapor com
reguladormecnico.Fonte: O AUTOR
Copo domancal LA
Copo domancal LOA
Copo doregulador
(gotejador)
Anotaes
-
40
Equipamentos Dinmicos
6Ejetores6.1 Restrio no escoamento
A queda de presso de um fludo em es-coamento atravs de uma
tubulao, como jfoi estudado, aumenta ao longo da tubulao.A variao
da presso sofre alterao quando introduzida uma restrio na
tubulao.
Na figura a seguir a restrio resultanteda colocao de um disco
com um orifcio cen-tral. O valor da presso comea a cair nas
pro-ximidades da restrio, caindo abruptamentelogo depois dela.
Continua a cair, alcana ummnimo e depois sobe lentamente, at
atingircerto valor. Este valor um pouco inferior aoobtido no mesmo
ponto quando no havia res-trio. Assim, o valor da presso, em
conse-qncia da introduo da restrio, no caso umorifcio, sofre uma
queda brusca, atingindoposteriormente um mnimo e depois uma
re-cuperao lenta sem, contudo, alcanar o va-lor mnimo
primitivo.
Restrio no escoamento.
A velocidade do fluido ao passar pelo ori-fcio sofre um efeito
inverso ao da presso. Hum aumento considervel da velocidade
dofluido ao passar atravs do orifcio.
Quando a restrio na tubulao forma-da por um bocal, o fenmeno
semelhante. Oaumento de velocidade obtido pela absorode uma certa
quantidade de energia do fluido.Esta absoro de energia tanto mais
alta quan-to maior a velocidade do fluido.
Restrio tipo bocal.
6.2 EjetorO funcionamento de um ejetor, baseado
na transferncia de energia, provocada pelochoque de um jato de
fluido alta velocidade(fluido acionador), contra outro fluido
(fluidoarrastado), parado ou baixa velocidade. Istoresulta em uma
mistura de fluidos a uma velo-cidade intermediria e reduzida, de
forma aoriginar numa presso final superior pressoinicial do fluido
mais lento.
O jato de fluido a alta velocidade produ-zido pela passagem de
um fluido de pressoelevada atravs de um bocal.
As partes essenciais de um ejetor so asseguintes:
Bocal; e Difusor.O bocal serve para transformar a elevada
presso do fluido acionador, em alta velocidade.O difusor uma
cmara de mistura e ser-
ve para transformar a velocidade residual empresso.
Nas proximidades do bocal, criada umaregio de alta velocidade
baixa presso queprovoca a suco do fluido arrastado, de for-ma a se
misturar com o fluido acionador.
Partes do ejetor.
-
Equipamentos Dinmicos
41
O fluido acionador pode ser um lquidoou um gs e o fluido
arrastado pode ser umlquido ou gs, sendo passiveis todas as
com-binaes, de lquido arrastando gs, de gs ar-rastando lquido,
etc.
O termo edutor geralmente reservadopara os casos de ejetores com
lquidos tantocomo fluido acionador, como fluido arrastado.Fluidos
muito utilizados como acionadores soo ar comprimido e o vapor dgua
sob presso.
6.3 Usos do ejetorO ejetor apresenta as particularidades se-
guintes: No tem partes mveis; de construo simples; Necessita
pouca manuteno; Simples operao; Manipula grande quantidade de gs;
Necessita de um fluido acionador de
alta presso.O ejetor muito prtico nos casos em que
as necessidades so intermitentes e necessita-se um equipamento
barato, quando a corroso crtica e quando deseja-se uma combinaode
aquecimento e bombeamento, ou umacombinao de mistura e bombeamento.
Almde utilizao para mistura e bombeamento, oejetor pode ser
empregado para a criao devcuo.
Anotaes
-
42
Equipamentos Dinmicos
7Leitura
Complementar 1Cavitao
Colapso de bolha em trs situaes caractersticas.
7.2 Conceituao clssica de cavitao o fato aceito tradicionalmente
que, se a
presso absoluta em qualquer ponto de um sis-tema de bombeamento
atingir valor igual ouinferior presso de vapor lquido, na
tem-peratura de bombeamento, parte deste lqui-do se vaporizar.
Vamos supor que as bolhasformadas continuem em trnsito com o
lqui-do bombeado. Nestas condies, quando estamistura atingir alguma
regio onde a pressoabsoluta for novamente superior presso devapor
do lquido na temperatura de bombea-mento, haver o colapso das
bolhas com re-torno fase lquida. Entretanto, como o volu-me
especfico do lquido inferior ao volumeespecfico do vapor, o colapso
das bolhasimplicar a existncia de um vazio, proporcio-nando o
aparecimento de onda de choque, con-forme ilustrado na figura a
seguir.
Cavitao , seguramente, um dos tpicosmais importantes no estudo
de bombas. Estaimportncia se reflete no s na necessidadede um
adequado entendimento do fenmenopara execuo de projeto ou seleo do
equi-pamento, bem como para soluo de diversosproblemas operacionais
dele decorrentes.
Objetivando oferecer ao leitor uma se-qncia didtica, abordaremos
inicialmente adiscrio do fenmeno de cavitao para, emseguida, j de
posse dos conceitos fundamen-tais, particularmente para o estudo de
cavita-o em bombas.
7.1 Descrio do fenmeno de cavitaoO entendimento da cavitao foi
moder-
namente bastante ampliado pelo conhecimen-to da influncia da
tenso superficial do lqui-do e da presena de impurezas no
desenvolvi-mento do fenmeno. Entretanto, por facilida-
Extrado do livro: FALCO, Reinaldo de. Bombas indus-triais . Rio
de Janeiro: McKlausen Editora Ltda., 1992,p. 115 117.
de didtica, vamos iniciar nosso estudo apre-sentando a
conceituao tradicional.
-
Equipamentos Dinmicos
43
Na realidade, a penetrao de lquido nadepresso originada pela
deformao da bo-lha produz um microjato na ocasio do colap-so. Desta
forma, o efeito mais severo quan-do o colapso ocorre em local junto
ou prxi-mo superfcie metlica. Neste caso, o micro-jato incide
diretamente sobre a superfcie en-quanto que, no caso de bolhas que
colapsamna corrente lquida, o impacto transmitidoatravs de ondas de
choque.
Esta seqncia de acontecimentos pode serfacilmente visualizada
pelo escoamento de umlquido atravs de um tubo venturi. Neste caso,a
velocidade mxima e, conseqentemente apresso mnima, ocorrem na
garganta do tubo.Ento, se formos aumentando a vazo, chega-remos a
uma situao em que a presso devapor atingida na garganta,
propiciando oincio da cavitao. interessante notar que ocolapso das
bolhas ocorre em regio logo apsa garganta do tubo venturi.
Cavitao em tubo venturi.
No caso particular das bombas centrfu-gas, a regio de mnima
presso, crtica paraefeito de anlise de cavitao, a entrada(olho) do
impelidor. Nesta regio a presso mnima, pois o lquido ainda no
recebeu ne-nhuma adio de energia por parte do impeli-dor e teve sua
energia reduzida pelas perdas decarga na linha de suco e entrada da
bomba.
Na hiptese de aparecimento de bolhasnesta regio, o colapso se
dar naquela onde apresso for novamente superior presso devapor,
provavelmente no canal do impelidorou, posteriormente, na entrada
da voluta oucanal das ps difusoras, dependendo do tipode bomba.
Regio para incio da cavitao (entrada do impelidor) (Seco 2).
7.3 Comparao entre cavitao evaporizao
interessante observar que, na vaporiza-o convencional, o
aparecimento de bolhas resultante de aumento de temperatura com
apresso mantida constante, enquanto que nacavitao o mesmo fato
ocorre com reduode presso, mantida a temperatura constante.
7.4 Inconvenientes da cavitaoOs principais inconvinientes da
cavitao
so barulho, vibrao, alterao das curvascaractersticas e danificao
do material. Va-mos estuda-los nesta ordem:
7.4.1 Barulho e vibraoEstes dois inconvenientes so
provocados,
fundamentalmente, pela instabilidade geradapelo colapso das
bolhas.
7.4.2 Alterao das curvas caractersticasA alterao no desempenho
devida di-
ferena de volume especfico entre o lquido eo vapor, bem como
turbulncia gerada pelofenmeno. Esta alterao das curvas
caracte-rsticas mais drstica no caso de bombas cen-trfugas. Neste
caso, tendo em vista que o ca-nal de passagem do lquido mais
restrito, apresena de bolhas influencia consideravel-mente o
desempenho do equipamento.
-
44
Equipamentos Dinmicos
Influncia de bolhas no canal de escoamento de diferentes tipos
de bombasa) Bomba centrfuga; b) Bamba de fluxo misto; c) Bomba
axial.
Desta forma, supondo que uma determinada bomba centrfuga
instalada em um sistemacavita quando opera em uma vazo (Q), as suas
curvas caractersticas fogem do comportamentonormal.
Queda nas curvas caractersticas de uma bomba centrfuga.
Ento, o ponto real de operao ser o ponto (2) e no o ponto (1),
apresentando, em conse-qncia, queda na vazo, carga e eficincia
esperada. O equacionamento da cavitao e a efetivadeterminao da vazo
a partir da qual haver cavitao em uma bomba instalada em um
siste-ma ser objeto de estudo posterior. No obstante, da anlise
efetuada at este momento, poss-vel notar que o incio da cavitao
depende das condies de suco do sistema pois, quantomenor for a
altura manomtrica de suco hs, mais vivel ser o aparecimento de
presso P igualou menor que a presso de vapor Pv na temperatura de
bombeamento no olho do impelidor.Se considerarmos ainda que a
velocidade de entrada do lquido na bomba e a perda de cargaentre o
flange e suco e o olho da bomba aumentam com a vazo, poderemos
concluir que oincio da cavitao e conseqente queda nas curvas
caractersticas ocorrero em vazes menores medida que hs diminui,
isto , medida que as condies de suco se tornem mais crticas.
-
Equipamentos Dinmicos
45
Curvas caractersticas para diversas condies de suco.
Um outro fato que merece considerao que as alterao possveis
efetuadas no dimetroexterno do impelidor, permanecendo inalteradas
as condies de suco, no afetam o compor-tamento das curvas
caractersticas quanto cavitao.
Curvas caractersticas para diferentes dimetros externos de
impelidor e mesmas condies de suco.
Em bombas de fluxo misto, tendo em vista o canal de escoamento
ser mais amplo, existeuma queda gradual das curvas caractersticas
antes da verticalizao das curvas ter efeito, con-forme mostra a
figura a seguir.
-
46
Equipamentos Dinmicos
Curvas caractersticas para bomba de fluxo misto em diferentes
condies de suco.
Finalmente, no caso das bombas axiais, no se caracteriza um
canal de escoamento fechado.Nestas a influncia gradual, no
existindo um ponto definido de queda nas curvas caractersti-cas
conforme mostra a seguir.
Curvas caractersticas para bomba de fluxo axial em diferentes
condies de suco.
7.4.3 Danificao do material o fato que, quando uma bomba
opera
por um certo tempo em cavitao, haver da-nificao do material
adjacente zona de co-lapso das bolhas, sendo a quantidade de
mate-rial perdido dependente das caractersticas domaterial e da
severidade da cavitao. O me-canismo atravs do qual a danificao ou
per-da de material tem efeito, merece uma anliseadicional.
Inicialmente, o colapso das bolhas
implica, dependendo da posio relativa dabolha em relao superfcie
metlica, em ummicrojato ou onda de choque atingindo o ma-terial.
Esta ao mecnica a principal res-ponsvel pela danificao do mesmo.
Este fatofica bastante evidente se considerarmos queuma grande
quantidade de bolhas colapsa empequeno intervalo de tempo nas
proximidadesda regio afetada.
-
Equipamentos Dinmicos
47
Cada bolha tem um ciclo entre crescimen-to e colapso da ordem de
poucos milsimosde segundo e induz altssimas presses queatingem
concentradamente a zona afetada.Para se ter uma idia deste
processo, Shepherdmenciona que este ciclo repetido numa fre-qncia
que pode alcanar a ordem de 25 000ciclos por segundo enquanto que
Knaap, emfuno de diversos estudos tericos e experi-mentais
existentes, sugere a ordem de grande-za de 1000 atm como presso
provavelmentetransmitida s superfcies metlicas adjacen-tes ao
centro de colapso das bolhas. Um se-gundo aspecto que merece ateno
que, ten-do em vista o carter cclico do fenmeno, asaes mecnicas
repetidas na mesma regiometlica ocasionam um aumento local de
tem-peratura. Wheeler menciona a possibilidade deocorrerem aumentos
de temperatura local deat 800oC no material adjacentes ao
colapsodas bolhas. Desta forma, este aumento de tem-peratura
funciona como facilitador da danifi-cao do material pois altera a
sua resistnciamecnica atravs de modificao estrutural.
7.5 Cavitao, eroso e corrosoGostaramos neste ponto de enfatizar
que,
como visto no item anterior, a deteriorao domaterial devido
cavitao nada tem a ver comos desgastes provenientes de eroso ou
corro-so. Como sabemos, a eroso decorre da aode partculas slidas em
suspenso sendodeslocadas em velocidade. Por outro lado, cor-roso em
bombas decorre normalmente de in-compatibilidade do material com o
lquido,propiciando reao qumica destrutiva, ou dautilizao de
materiais muito afastados na ta-bela de potencial, em presena de um
lquidoque aja como eletrlito, propiciando a oportu-nidade de uma ao
galvnica. No obstante,nada impede que estes fenmenos coexistamem um
determinado sistema acelerando o pro-cesso de deteriorao do
material.
7.6 Conceituao moderna de cavitaoA teoria clssica estipula que a
cavitao
inicia quando em qualquer ponto do sistema apresso reduzida ao
valor da presso de vapordo lquido na temperatura de operao. Na
reali-dade, o problema no to simples, pois, paraque uma cavidade
possa ser criada h necessida-de de ruptura do lquido e esta ao no
medi-da pela presso de vapor e sim pela resistncia tenso,
correlacionada tenso superficial do l-quido na temperatura de
operao.
Esta evidncia implicou necessidade deuma anlise mais profunda do
fenmeno pois,como comprovado por Knaap e Pearshal, l-quidos puros e
homogneos podem resistir avalores bastantes altos de presso
negativa outenso, sem cavitar. Desta forma, se as opera-es
industriais fossem realizadas apenas comlquidos puros e homogneos,
cavitao seriaum fenmeno desconhecido e sem significn-cia prtica
porque s ocorreria em circunstn-cias muito especiais de velocidades
tremen-damente altas ou de altas temperaturas. Entre-tanto, na
realidade isto no acontece e a cavi-tao normalmente inicia quando a
presso dosistema em um ponto atinge valores da ordemda presso de
vapor. Este fato levou conclu-so de que impurezas devem estar
presentesno lquido ocasionando a diminuio de suaresistncia tenso.
Realmente, em quase to-dos os casos prticos, os lquidos no se
apre-sentam em uma forma pura mas contamina-dos por gases. Estas
impurezas, comumentechamadas de ncleos, so as responsveis
peladiminuio da resistncia tenso e propiciamo incio da cavitao.
Ento, quando a presso atinge um valorcrtico, prximo presso de
vapor, o que real-mente acontece a oportunidade para o cres-cimento
de bolhas j existentes no seio do l-quido. Assim sendo, o incio da
cavitao se-ria melhor definido como sendo o aparecimen-to de bolhas
macroscpicas a partir de bolhasmicroscpicas ou ncleos existentes
comoimpureza no seio do lquido quando a pressoatinge um valor
crtico. O restante do proces-so de cavitao se comporta de acordo
com omodelo clssico com os inconvenientes dacavitao dependentes do
colapso das bolhase de suas conseqncias.
7.6.1 Presso crtica para o incio da cavitaoDo que foi visto
conclui-se que seria alta-
mente interessante uma determinao efetivada presso mnima a
partir da qual um sistemaapresentaria cavitao.
Lamentavelmente, as tentativas realizadasno sentido de
equacionamento das foras emao sobre uma bolha no conduziram a
equa-es de aplicao prtica posto que eram de-pendentes de variveis
no mensurveis no diaa dia industrial. Apenas como contribuio
aoentendimento didtico do problema apresen-tamos, a seguir, uma
anlise simplificada dascondies de equilbrio esttico de uma
bolhaesfrica. Para isto, consideremos que o lquido
-
48
Equipamentos Dinmicos
contem ncleos de vapor, gs, ou ambos e queo incio da cavitao
ocorrer quando estesncleos ficarem instveis e crescerem a valo-res
macroscpicos devido queda da pressodo lquido a nvel crtico.
Equilbrio estatstico de foras em uma bolha esfrica.
As condies para tal crescimento podem ser estabelecidas a partir
do equilbrio esttico dasforcas internas e externas atuantes no
ncleo esfrico. Internamente temos as forcas produzidaspelas presses
parciais do vapor e do gs dentro do ncleo, enquanto que
externamente, tenden-do a conter o crescimento do ncleo, temos a
presso ambiente do lquido e a presso devido tenso superficial na
interface ncleo/lquido. Adotemos a seguinte simbologia:
A equao est plotada na figura a seguir para duas condies
diferentes de gs contido nabolha.
Pode-se observar que, para presses ambientes maiores que a
presso crtica, a bolha secomporta de uma forma estvel com seu
crescimento contido, enquanto que para pressesambientais iguais ou
inferiores crtica, teremos o crescimento instvel da bolha. Na
curvasuperior a presena de gs maior, o que mostra que a presso
crtica para incio da cavitaoaumenta com a quantidade de gs
presente.
Condies de equilbrio esttico para duas bolhas de diferentes
condies de gs contido.
-
Equipamentos Dinmicos
49
Lamentavelmente a equao e similaresno permitem o clculo preciso
da presso cr-tica pois, alm de estar baseada em
hiptesessimplificadoras, normalmente no conhece-mos o valor da
constante (K) e do raio da bo-lha (R). Entretanto, ela permite
qualitativamen-te entender a influncia da presena de gases
everificar que apesar da presso crtica no serexatamente igual
presso de vapor, este va-lor pode ser utilizado para fins prticos.
Estahiptese particularmente aceitvel se con-siderarmos que
normalmente ser utilizadocoeficiente de segurana adicional.
7.7 Anlise da cavitao em bombasExistem dois aspectos a serem
estudados
no que concerne cavitao em bombas. Oprimeiro, que constitui o
objetivo principal, determinar as condies que devemos satisfa-zer
para evitar o fenmeno o que normal-mente conseguido. O segundo
aspecto apre-sentar procedimentos que atenuam os efeitosda cavitao,
caso seja impossvel ou imprati-cvel evitar a sua existncia.
Para isto procederemos ao equacionamen-to do fenmeno. Nesta
anlise consideraremosque a cavitao normalmente tem origem naentrada
(olho) do impelidor, devido insufi-cincia do sistema em manter,
naquela regio,uma presso acima da crtica. Como explica-do no item
anterior, adotaremos para fins pr-ticos o valor da presso de vapor
do lquido natemperatura de bombeamento como pressocrtica.
7.8 Equacionamento da cavitao embombas
Consideremos o sistema de suco na fi-gura a seguir:
Sistema de suco e entrada da bomba.
Vimos anteriormente que a altura mano-mtrica de suco (hs)
representao a energiamanomtrica por unidade de peso existente
noflange de suco e era expressa por:
Ento, a energia em termos absolutos noflange de suco seria:
Onde: Pa = presso atmosfrica local
Se desta energia subtrairmos a parcelacorrespondente perda de
carga (hfi) entre oflange de suco e o olho do impelidor, obte-remos
a energia em termos absolutos nesteltimo.
Finalmente, como nosso objetivo deter-minar a presso mnima no
olho do impelidorprecisaremos subtrair deste valor a parte
cor-respondente energia cintica absoluta nomesmo, (V1
2/ 2 g), e uma parcela da energiacintica relativa, (l Vr12 / 2
g), que correspon-de a uma queda de presso local (perda de car-ga)
devido acelerao sofrida pelo fluido aoentrar propriamente no olho
do impelidor. Con-siderando que a cavitao inicia quando estapresso
mnima igual presso de vapor, aequao do incio da cavitao toma a
seguin-te forma:
Observando a equao acima, verificamosque o primeiro membro no
depende da bom-ba, s dependendo das caractersticas do sis-tema e do
lquido bombeado. Este membroabaixo, repetido, recebe comumente a
deno-minao de NPSH disponvel e interpretadofisicamente como sendo a
energia absoluta porunidade de peso existente no flange de suc-o,
acima da presso de vapor.
O termo NPSH proveniente de nomen-clatura inglesa constituindo
as iniciais de NetPositive Suctins Head.
Continuando a observar a equao, veri-ficamos que o segundo
membro da equaono depende das caractersticas do sistema,
sdependendo daquelas da bomba e, sob certosaspectos, do lquido
bombeado. Este membro
-
50
Equipamentos Dinmicos
abaixo repetido, recebe comumente a denomi-nao de NPSH requerido
e interpretado fi-sicamente como sendo a quantidade mnimade energia
absoluta por unidade de peso aci-ma da presso de vapor, que deve
existir noflange de suco para que no haja cavitao.
7.9 Curva NPSHr x vazo
Observando a equao acima, verificamosque o NPSH requerido funo
de velocidadee conseqentemente, para uma mesma bom-ba, aumenta com
a vazo.
Esta informao normalmente forneci-da pelo fabricante para cada
uma das bombasde sua linha de fabricao atravs das curvasde NPSH
requerido versus vazo, conformeilustrado na figura a seguir.
Curva de NPSH requerido versus vazo.
7.10 Clculo do NPSH disponvelConsiderando o sistema da figura a
seguir,
o NPSH disponvel pode ser calculado por:
onde:hs = altura manomtrica de suco.Ps = presso manomtrica no
reservat-
rio de suco.Zs = altura esttica de suco.hfs = perdas na linha de
suco.Pa = presso atmosfrica local.Pv = presso de vapor na
temperatura de
bombeamento.
Vfs = velocidade mdia do lquido noflange de suco.
Pfs = presso manomtrica no flange desuco.
g = peso especfico na temperatura debombeamento.
Ilustrao tpica de sistema de suco.
>=
7.11 Critrios de avaliao das condiesde cavitao
O nosso problema, ento, calcular oNPSH disponvel para a vazo de
operaopretendida e comparar com o valor do NPSHrequerido tirado da
curva NPHS requerido xvazo fornecida pelo fabricante.
Falamos que o NPSH disponvel deve sermaior que o requerido;
resta definir esta mar-gem de segurana.
De um modo geral, a margem usada napratica de 2 ft (0,6m) de
lquido; ento:
NPSHdisponvel NPSHrequerido + 0,6 m de lquido
Nesta oportunidade cabe recordar a anli-se da influncia de
impurezas no incio da ca-vitao. Desta forma, em condies
desfavo-rveis, seria desejvel um maior rigor quanto margem de
segurana.
7.11.1Clculo da vazo mxima permissvel deuma bomba em um
sistema
O critrio expresso pela equao acimapermite verificar as condies
de cavitaopara uma determinada vazo. Entretanto, se ob-servarmos a
equao abaixo repetida, veremosque o NPSH disponvel funo das
perdasna linhas de suco e conseqentemente davazo bombeada.
Assim sendo, se arbitrarmos valores devazo e computarmos os
correspondentes va-lores NPSH disponvel, tendo em vista que
asperdas crescem com a vazo, os valores resul-tantes sero
decrescentes com o aumento damesma. Desta forma, se plotamos estes
valo-res em funo da vazo, a conseqente curva
-
Equipamentos Dinmicos
51
NPSH disponvel versus vazo ser decrescen-te conforme ilustrado
na figura a seguir.
Curva de NPSH disponvel x vazo.
Considerando que a curva de NPSH re-querido versus vazo
crescente, a intersecodestas curvas determinar a vazo mxima deuma
bomba em um sistema (como na figura aseguir). Esta a vazo
correspondente ao in-cio da cavitao e queda nas curvas
caracte-rsticas conforme anteriormente ilustrado nafigura
anterior.
Vazo mxima para efeito de cavitao.
interessante notar que no possvelestabelecer regra geral para
determinar a va-zo mxima pois a mesma bomba em outrosistema teria
vazo mxima diferente devido variao da curva do NPSH disponvel.
Destaforma, a queda nas curvas caractersticas sedaria em vazes
diferentes para diferentes sis-temas ou condies de suco, conforme
an-teriormente ilustrado na figura anterior. Por ou-tro lado,
bombas diferentes em um mesmo sis-tema tambm acarretariam vazes
mximas di-ferentes devido variao da curva do NPSHrequerido.
Finalmente, importante frisar quea vazo mxima assim determinada
correspon-de vazo mxima terica para efeitos do in-cio de cavitao. A
vazo mxima permiss-vel do ponto de vista prtico seria aquela
quemantivesse a diferena de 2 ft (0,6m) entre oNPSH disponvel e o
NPSH requerido.
Um outro critrio eventualmente usadopara fixar o limite de
operao de uma bombaem um sistema, quanto cavitao, a cha-mada altura
mxima de suco.
7.11.2 Altura mxima de sucoEste valor, eventualmente dado por
fabri-
cantes como meio de limitar as condies per-missveis de suco,
corresponde teoricamente
ao valor da altura esttica de suco mxima(Zs mx.) que a bomba
pode aceitar, conformeilustrado na Figura a seguir.
Altura esttica de suco.
Neste caso, j considerando a margem desegurana entre o NPSH
disponvel e o NPSHrequerido, a altura esttica mxima (Zs mx.)seria
determinada a partir da equao.
Normalmente, este critrio s utilizadoem instalaes cujo
reservatrio de suco atmosfrico (Ps = 0) e em instalaes de
bom-beamento dgua. Neste caso o valor da alturamxima de suco ,
eventualmente, forneci-do pelo fabricante.
7.12 Fatores que modificam o NPSHdisponvel
Se observarmos a equao para clculo doNPSH disponvel, veremos que
a alterao dedeterminadas variveis pode distorcer comple-tamente o
resultado final. Assim sendo, con-vm analisarmos a influncia dos
seguintes fa-tores:
altura esttica de suco (Zs); altitude do local de instalao;
temperatura de bombeamento do lquido; tipo de lquido bombeado; tipo
de entrada, dimetro, comprimen-
to e acessrios da linha de suco; vazo; presso no reservatrio de
suco (Ps).
7.12.1Altura esttica de suco (Zs)Variando a altura esttica de
suco (Zs)
variar o valor do NPSH disponvel. Comodevemos analisar as
condies crticas, NPSHdisponvel mnimo, utilizaremos a altura
est-tica mnima no caso de Zs positivo e a alturamxima no caso de Zs
negativo.
-
52
Equipamentos Dinmicos
7.12.2 Altitude do local da instalaoVariando a altitude variar a
presso at-
mosfrica e portanto o NPSH disponvel. Parabombas instaladas
acima do nvel do mar po-demos considerar uma diminuio da
pressoatmosfrica de 1 in.Hg para cada 1000 ft dealtitude.
7.12.3 Temperatura de bombeamentoQuanto maior a temperatura
maior a pres-
so de vapor, influenciando tambm no pesoespecfico e na perda de
carga atravs da vis-cosidade.
7.12.4 Tipo de lquido bombeadoEventualmente, uma mesma
instalao
pode trabalhar com mais de um lquido. ne-cessrio verificar o
caso crtico, NPSH dispo-nvel mnimo, analisando os valores da
pres-so de vapor, peso especfico e viscosidade dosprodutos.
7.12.5 Tipo de entrada, comprimento, dimetroe acessrios da
tubulao de suco
necessrio ter em mente que qualqueralterao nas caractersticas
fsicas da tubula-o de suco ou nos acessrios instalaode um filtro ou
vlvula de p, por exemplo modificam o valor do NPSH disponvel.
7.12.6 VazoNaturalmente, alterao na vazo de opera-
o implica alterao na perda de carga de suc-o e conseqentemente
no NPSH disponvel.
7.12.7 Presso no reservatrio de suco (Ps)Tem influncia direta no
valor de NPSH
disponvel.
7.13 Fatores que modificam o NPSHrequerido e procedimentos para
melhoraro desempenho das bombas quanto cavitao
Naturalmente, a preocupao fundamen-tal quanto a minimizar o NPSH
requerido do fabricante. Entretanto, interessante tam-bm para o
usurio alguma noo do proble-ma. Para isto observemos a equao
abaixorepetida:
Logicamente, qualquer fator que altere osvalores dos componentes
da equao resulta-r em modificao do NPSH requerido. Aban-
donando, por enquanto, a possibilidade de in-fluncia do lquido
bombeado, os seguintesfatores merecem apreciao:
possibilidade de reduo da perda naentrada da bomba (hfi);
possibilidade de reduo das velocida-des absoluta e relativa no
olho do im-pelidor (V1) e (Vr1);
uso do indutor; variao da rotao.Vamos analisa-los nesta
ordem.
7.13.1 Possibilidade de reduo da perda naentrada da bomba
(hfi)
Esta possibilidade explorada pelos fa-bricantes atravs de
projeto de canal de entra-da hidronicamente adequado e cuidado com
ograu de acabamento.
7.13.2 Possibilidade de reduo das velocidadesabsoluta e relativa
no olho do impelidor (V1) e (Vr1)
A velocidade (V1) pode ser reduzida atra-vs de aumento da rea de
entrada do impeli-dor tendo em vista que V1 = Q/rea de entradado
impelidor. Entretanto, a anlise no podeser feita to simplesmente,
pois alm de cui-dados necessrios com a hidrodinmica da suc-o, a
variao da rea de entrada tambmimplica variao da velocidade relativa
con-forme ilustrado na figura a seguir.
Diferentes condies de olho de impelidor.
Assim sendo, a anlise deve considerar tam-bm a influncia em Vr1.
Por exemplo, podemosverificar a variao de Vr1, com o dimetro
maior(d2) da suco atravs da seguinte equao:
-
Equipamentos Dinmicos
53
Assim sendo, para valores conhecidos deQ, d1 e N resulta um
grfico similar ao ilustra-do na figura a seguir.
A velocidade relativa na suco pode sertambm reduzida atravs da
utilizao de psguias na entrada do impelidor. Este procedi-mento
gera uma pr-rotao e o aparecimentoda componente perifrica da
velocidade abso-luta na entrada do impelidor (Vu1),
conformeilustrado na figura a seguir.
Pr-rotao no olho do impelidor.
Notar que este procedimento apresenta oinconveniente de reduzir
a capacidade de trans-ferncia de energia. Neste caso, de acordo
coma teoria do impelidor, temos:
H = (U2Vu2 U1Vu1)/gc.
7.13.3 Uso do indutorO indutor (Figura a seguir) nada mais
que um rotor normalmente axial ou de fluxomisto, colocado na
frente do impelidor con-vencional de uma bomba.
Indutor visto isoladamente e no con-junto de uma bomba centrfuga
(Cor-tesia da Worthington S. A).
O principal objetivo do indutor funcio-nar como auxiliar do
impelidor principal, re-duzindo o NPSH requerido pela bomba
(ilus-trada na figura a seguir). O indutor, ofereci-do em grande
nmero de projetos como com-ponente opcional.
Curvas caractersticas de uma bomba centrfuga com e semindutor
(Cortesia da Worthington S.A.).
7.13.4 Variao da rotaoSe observarmos a ltima equao citada
no item 7.8 veremos que o NPSH requeridovaria com o quadrado da
rotao.
NPSH requerido a N2
Verificamos que Q a N e H a N2. Estefato, associado ao expresso
pela equao aci-ma permite as seguintes consideraes:
Na determinao da curva de NPSH re-querido versus vazo, para uma
rota-o diferente da original h necessida-de de considerar a variao
de ambos NPSH requerido e Q com a rotao.
Tendo em vista que, como regra geral,Q a N e H a N2, prefervel
usar rota-es altas, pois, para um mesmo pontode trabalho, conduzem
a bombas me-nores e, provavelmente, sem conside-rar caractersticas
especiais de projeto,a um menor custo.
Variao de Vr1 com d2.
-
54
Equipamentos Dinmicos
Anotaes
Entretanto, considerando a equao an-terior, usual a utilizao de
menores rota-es em situaes onde as condies de suc-o so desfavorveis
como, por exemplo, nasbombas de condensado.
Finalmente, considerando que o NPSHrequerido e H so
proporcionais aoquadrado da rotao, possvel definiro parmetro
adimensional (sTHOMA)tambm conhecido como
-
Equipamentos Dinmicos
55
8LeituraComplementar 28.1 Variveis caractersticas em
bombascentrfugas8.1.1 Curva carga (H) x vazo (Q)
Carga de uma bomba, pode ser definidacomo energia por unidade de
massa ou ener-gia por unidade de peso que a bomba tem con-dies de
fornecer ao fluido para uma deter-minada vazo. Embora a definio
usandomassa como grandeza fundamental seja maisconsistente para
anlises tericas, existe umatradio no campo prtico de bombas no
sen-tido de usar energia por unidade de peso. As-sim sendo, as
curvas de cargas versus vazofornecidas pelos fabricantes,
normalmente,apresentam a carga com uma das seguintesunidades:
kgf x m lbf x ftm ou ft
kgf lbf= =
A curva carga x vazo recebe diferentesdenominaes de acordo com a
forma queapresenta, assim temos:
8.1.2 Curva inclinada (Rising)Nesta curva a carga aumenta
continuamente
com a diminuio da vazo (Figura abaixo).
8.1.3 Curva ascendente/descendente (Drooping)Nesta curva a carga
na vazo zero me-
nor que a desenvolvida para outras vazes (Fi-gura abaixo).
Curva inclinada (Rising).
8.1.4 Curva altamente descendente (Steep) uma curva inclinada em
que existe uma
grande diferena entre a carga desenvolvidana vazo zero (shutoff)
e a desenvolvida navazo do projeto (Figura abaixo).
Curva ascendente/descendente (Drooping).
Curva altamente descendente.
8.1.5 Curva plana (flat)Nesta curva a carga varia muito pouco
com
a vazo, desde o shutoff (vazo zero) at oponto de projeto (Figura
abaixo).
Curva plana.
Extrado do livro: FALCO, Reinaldo de. Bombas indus-triais . Rio
de Janeiro: McKlausen Editora Ltda., 1992,p. 115117.
-
56
Equipamentos Dinmicos
a) Curvas tipo estvelSo aquelas em que para uma determi-nada
carga temos uma s vazo (Exem-plo: tipos A, C, D).
b) Curvas tipo instvelSo aquelas em que a um determinadovalor de
carga pode corresponder duasou mais vazes (Exemplo: tipo B)
8.2.2 Potncia absorvida pela bomba (Potabs) a potncia que a
bomba recebe ou ab-
sorve do acionador (motor, turbina, etc.). Ana-logamente potncia
cedida, a potncia ab-sorvida pode ser expressa como:
E as correspondentes frmulas preparadasseriam:
Finalmente, a curva de potncia absorvi-da versus vazo,
normalmente fornecida pelofabricante do equipamento, toma a
seguinteforma (Figura a seguir).
Curva pot. Absorvida x vazo.
8.3 Curva rendimento total (h) x vazo (Q)O rendimento total (h)
pode ser definido
como h = hH . hv . hm. Uma outra forma dedefini-lo :
h = Potncia til cedida ao fluido = Potc
Potncia absorvida pela bomba Potabs
8.2 Curvas de potncia absorvida xvazo
De modo geral, a nossa preocupao coma potncia absorvida pela
bomba, pois esta apotncia requerida do acionador e, portanto,usada
na sua seleo. Entretanto importantefazer distino entre as seguintes
potncias.
Potncia til cedida ao fluido (Potc) Potncia absorvida pela bomba
(Potabs)
8.2.1 Potncia til cedida ao fluido (Potc)Novamente, dependendo
da escolha da
grandeza bsica como sendo massa ou peso, apotncia cedida (Potc)
pode ser escrita como:
Potc = rQH, onde H usado em energia/massa.
Potc = gQH, onde H usado em energia/peso.
So muito usadas, no clculo da potnciacedida, as seguintes
frmulas preparadas:
-
Equipamentos Dinmicos
57
A curva de rendimento versus vazo, aser fornecida pelo
fabricante do equipamento, ilustrada na Figura a seguir.
Curva de rendimento versus vazo.
8.4 Formas de apresentao das curvascaractersticas
As curvas carga x vazo, potncia ab-sorvida x vazo e rendimento x
vazo apre-sentadas anteriormente, so normalmente for-necidas em
conjunto, conforme mostra a Fi-gura a seguir.
Curvas caractersticas para bombas centrfugas.
Uma outra forma de apresentar a curva derendimento mostrada na
figura abaixo onde,para um par de valores Q x H, determina-se
ovalor do rendimento (h). No exemplo dadopara o par Q1 H1 o
rendimento seria obtidopor interpolao entre h3 e h4.
Curvas caractersticas para bombas centrfugas.
Famlia de curvas caractersticas (Cortesia da Gould
PumpsInc.).
8.5 Caractersticas do sistemaA curva de carga da bomba versus
va-
zo nos diz claramente a energia por unidadede peso que a bomba
capaz de fornecer aofluido em funo da vazo. Entretanto, paraque
possamos determinar o ponto de trabalho,torna-se necessrio
determinar qual a energiapor unidade de peso que o sistema
solicitarde uma bomba em funo da vazo bombea-da. A esta sua
caracterstica d-se o nome dealtura manomtrica do sistema.
representa-da pelo mesmo smbolo (H) utilizado para car-ga da bomba.
Esta energia por unidade de pesosolicitada pelo sistema ento, para
cada va-zo, funo da altura esttica de elevao dofluido, da diferena
de presses entre a suc-o e a descarga e das perdas existentes no
cr-culo.
Assim sendo, para uma determinada va-zo, se considerarmos a
Figura a seguir, a bom-ba deve fornecer uma carga suficiente
paracompensar a altura manomtrica do sistema,ou seja:
compensar a altura geomtrica (h)
compensar a diferena de presses (Pd Ps)
compensar as perdas na suco e des-carga
Uma terceira maneira muito usual de apre-sentar as curvas
caractersticas ilustrada nafigura a seguir. Neste caso, o
rendimento e apotncia absorvida so fornecidos na forma decurvas de
isorendimento e isopotncia, respec-tivamente. Vemos pela primeira
vez que narealidade possvel gerar uma famlia de cur-vas atravs da
alterao do dimetro externodo impelidor. Na realidade, isto tambm
seriapossvel atravs de variao da rotao.
-
58
Equipamentos Dinmicos
Sistema de bombeamento.
Portanto, voltamos a frisar que carga umacaracterstica da bomba
enquanto que a alturamanomtrica uma caracterstica do sistema,apenas
devendo-se considerar que a carga ex-pressa em medida linear nos
diz a altura ma-nomtrica que a bomba capaz de vencer emdeterminada
vazo.
8.5.1 Conceituao da altura manomtrica dosistema
Acabamos de ver o que se entende por al-tura manomtrica, que
representamos pela le-tra H devido sua correspondncia com a car-ga
da bomba. Resta-nos agora saber comocalcul-la. Para este efeito
consideramos no-vamente a Figura acima.
A altura manomtrica total (H) ser entocalculada atravs da frmula
H = hd hs, onde:H = altura manomtrica total, ou seja, a ener-gia
por unidade de peso que o sistema solicitada bomba para uma
determinada vazo, sendoutilizadas as unidades:
hs = altura manomtrica de suco, ouseja, a quantidade de energia
por uni-dade de peso j existente no flange desuco (ponto 1) para
uma determina-da vazo.
hd = altura manomtrica de descarga,ou seja, a quantidade de
energia por uni-dade de peso que deve existir no flangede descarga
(ponto 2) para que o fluidoalcance o reservatrio de descarga
nascondies exigidas de vazo e presso.
A frmula H = hd hs torna-se, ento debastante simples
entendimento, pois se daquantidade de energia por unidade de peso
quedeve existir no recalque (ponto2) subtrairmos
a quantidade de energia por unidade de pesoj existente na suco
(ponto 1), o resultados poder ser a altura manomtrica total,
ouseja, a quantidade de energia por unidade depeso que o sistema
solicita para que possa serconseguida uma determinada vazo, ou
emoutras palavras, a carga que uma bomba insta-lada neste sistema
dever fornecer.
Ento se dispusermos de meios para cal-cular hs e hd, teremos
calculado o H.
8.5.2 Calculo de altura manomtrica de suco (hs)Tendo em vista
que hs representa a ener-
gia manomtrica por unidade de peso existen-te no flange de suco,
duas alternativas exis-tem para seu clculo. A primeira
alternativaconsiste em aplicar o teorema de Bernoullientre um ponto
tomado na superfcie livre doreservatrio de suco e o flange de suco
dabomba, isto :
Energia por unidade Perda na linha dehs de peso no ponto de suco
para a vazo
tomada de suco considerada
=
A segunda alternativa consiste em medirlocalmente a quantidade
de energia por unida-de de peso existente no flange de suco.
Na-turalmente, esta alternativa s pode ser utili-zada mediante um
teste quando a instalao jest funcionado. Neste caso, teramos:
-
Equipamentos Dinmicos
59
Clculo de hs para sistema com nvel de lquido no reservatrio de
suco abaixo da linha de centro de suco da bomba.
Apresentamos a seguir uma srie de aplicaes (Figuras a seguir) do
clculo de hs paradiferentes configuraes de linhas de suco.
Clculo de hs para sistema com reservatrio de suco
pressurizado.
Clculo de hs para sistema com reservatrio de suco aberto para a
atmosfera.
Smbolos usados nas frmulas de hsZs = altura esttica de sucoPs =
presso manomtrica no reserva-
trio de sucohfs = perda de carga na linha e acessrios
de suco incluindo a perda naentrada da tubulao
hs =suction head (valor positivo de hs)(hs) =suction lift (valor
negativo de hs)Pb = presso medida no flange de suc-
o (manomtrica)Vb = velocidade mdia computada no
flange de suco (manomtrica)
8.5.3 Clculo da altura manomtrica dedescarga (hd)
Como sabemos, hd representa a energiamanomtrica por unidade de
peso que deveexistir no flange de descarga para que o fluidoatinja
o ponto final de descarga atendendo ascondies do processo. Desta
forma, analoga-mente ao utilizado no clculo do hs, duas
al-ternativas se apresentam. A primeira consisteem aplicar o
teorema de Bernouilli entre oflange de descarga e o ponto final de
descar-ga, isto :
Energia por unidade Perdas na linha dehd de peso no ponto final
recalque para a vazo
de descarga considerada
=
-
60
Equipamentos Dinmicos
A segunda alternativa consiste em medirlocalmente a quantidade
de energia por unida-de de peso no flange de descarga. Mais umavez,
cabe ressaltar que esta alternativa, natu-ralmente, s pode ser
usada mediante um tes-te quando a instalao j est funcionando.Neste
caso, teramos:
Apresentarmos a seguir, uma srie de apli-caes do clculo de hd
(Figuras a seguir) paradiferentes configuraes de linha de
recalque.
Clculo de hd para reservatrio de recalque pressurizado.
Clculo de hd para reservatrio de recalque aberto para
aatmosfera.
Clculo de hd para a descarga livre.
Clculo de hd considerando o efeito de sifo.
Clculo de hd considerando o efeito de sifo.
Sistema de bombeamento
-
Equipamentos Dinmicos
61
Clculo de hd com reservatrio de descarga abaixo de linhade
centro da bomba.
Smbolos usados nas frmulas de hdZd = altura esttica de
descargaPd = presso manomtrica no reservat-
rio de descargahfd = perda de carga na linha e acessrios
da descarga incluindo a perda nasada do lquido da tubulao
Pc = presso manomtrica medida noflange de descarga
g = peso especficoVc = velocidade no flange de descargag =
acelerao
8.5.4 Clculo da altura manomtrica total (H)Estamos agora em
condies de determinar a altura manomtrica total do sistema.Para
isto,
basta calcular hd e hs e obter a diferena, conforme exemplo a
seguir. Considerando o sistemailustrado na Figura abaixo.
Ento:
Usando a segunda alternativa de clculo,o valor da altura
manomtrica (H) obtidoatravs dos valores das presses e velocida-des
nos pontos b e c; neste caso, possveldeterminar diretamente a
diferena entre asquantidades de energia por unidade de pesonestes
pontos. Este mtodo encontra aplica-o quando j existe a instalao
pois, nestecaso, manmetros forneceriam as presses emb e c enquanto
que as velocidades seriam fa-cilmente obtidas por:
onde:Ds dimetro da linha no flange de
sucoDr dimetro da linha no flange de
recalque
Neste caso a frmula aplicada seria:
.
-
62
Equipamentos Dinmicos
Na equao anterior consideramos que ospontos b e c esto na mesma
horizontal; casohouver diferena sensvel de cotas, esta dife-rena
deve ser considerada e adicionado (Zc Zb)ao valor computado pela
equao.
8.6 Determinao da curva do sistemaDenominamos por curva do
sistema uma
curva que mostra a variao da altura mano-mtrica total a vazo ou,
em outras palavras,mostra a variao da energia por unidade depeso
que o sistema solicita em funo da va-zo. Para determinar a curva do
sistema, va-mos considerar a situao geral ilustrada naFigura
anterior. Como vimos, a altura mano-mtrica total pode ser expressa
por:
O procedimento, em detalhes, ser entoo seguinte:
Fixam-se arbitrariamente valores de va-zo, em torno de seis,
estando entre es-tes a vazo zero e a vazo com a qualdesejamos que o
sistema opere.Objetivando a cobertura de uma amplafaixa de vazo, as
quatro vazes res-tantes devem ser fixadas da seguinteforma: duas de
valor inferior vazo preten-
dida para operao duas de valor superior vazo
pretendida para operao Observando a equao abaixo, vemos
claramente, que para a vazo zero,
Para as demais vazes, a determinaode H feita somando ao valor do
Hesttico a perda de carga do sistemapara cada vazo.
Ento poderemos determinar a corres-pondncia entre os valores de
Q e H.
Curva do sistema.
8.7 Determinao do ponto de trabalhoSe locarmos a curva no
sistema, no mes-
mo grfico onde esto as curvas caractersti-cas da bomba,
obteremos o ponto normal detrabalho na interseo da curva Q x H da
bom-ba com a curva do sistema, conforme mostra aFigura a
seguir.
De posse dos pares de valores (Q, H)resta-nos apenas locar os
pontos econstituir uma curva que apresenta umaforma semelhante da
Figura a seguir.
Ponto de trabalho (QT, HT, PT, hT).
Ento, a bomba teria como ponto normalde trabalho:
vazo (QT) carga ou head (HT) potncia absorvida (PotT) rendimento
da bomba no ponto de tra-
balho (hT)Deve-se considerar que existem diversos
recursos para modificar o ponto de trabalho edeslocar o ponto de
encontro das curvas Q x Hda bomba e do sistema.
-
Equipamentos Dinmicos
63
Exerccios 08. Em uma injeo de selagem (flushing) queopera com
produto quente necessrio umresfriador para a reduo da temperatura.
Quala principal falha que pode ocorrer nesse siste-ma e qual a
conseqncia dessa falha?
09. Em uma bomba que opera com querosenede aviao est havendo
contaminao da cai-xa de mancal com gua. Quais as possveiscausas
desse problema?
10. Quais os cuidados devem ser observadosao partir uma bomba
centrfuga?
11. Uma bomba acionada por uma turbina estcom baixa presso de
descarga. Oque pode ser feito na turbina, a nvel operacio-nal, para
aumentar a presso de descarga?
12. Uma bomba acionada por uma turbina estoperando em carga
plena com fluido (lquido)bastante viscoso, determinando abertura
totalda vlvula parcializadora. Em algum momen-to, veio um bolso de
gs na bomba e em se-guida verificou-se que a bomba parou. Por quea
bomba parou?
13. Quais os cuidados devem ser observadosao partir uma turbina
a vapor?
14. Houve suspeita de vazamento de gs, noC-2501-A, da cmara de
compresso para ocrter. Um tcnico de manuteno solicitouanlise do leo
e, baseado no resultado desta,determinou a troca do leo
imediatamente. Quevarivel (fator) considerada para essa tomadade
deciso?
15. Uma bomba alternativa com acionador avapor parou (cessou seu
movimento). O quepode ter ocorrido?
16. Quais cuidados devem ser observados aopartir uma bomba
dosadora?
17. Uma bomba de fuso helicoidal (volumtrica),recentemente
submetida reviso total, estoperando e no atinge a presso de
descargaesperada. O que est ocorrendo no sistema?
18. Uma bomba centrfuga estava com vazonormal e repentinamente
perdeu vazo. Queao do operador pode ter ocorrido para de-sencadear
tal fato?
01. O Operador detectou que por algum moti-vo um a bomba
encontra-se parada e sem aproteo do acoplamento. Qual a atitude a
sertomada?
02. O Operador passou ao lado de uma bombae acidentalmente
enroscou, derrubou e quebrouo copo de leo lubrificante da caixa de
mancaisdesta. A bomba reserva est removida paramanuteno e,
consequentemente, se esta forparada implica em uma parada da
UNIDADEDE CRAQUEAMENTO. Alm disso, o fatose deu em uma Sexta-feira
s 22:00 horas.
Nesse caso:Qual a soluo que o operador deve adotar?Caso o
operador abandone o local e no
avise ningum, o que poder ocorrer nos pr-ximos dias?
03. Uma bomba dosadora (alternativa) foicompletamente revisada
inclusive seu filtro desuco foi limpo e o tanque que fornece
pro-duto ao sistema est com nvel adequado.
Ocorre que o nvel do tanque no baixa. Oque est ocorrendo?
04. Foi detectado que um mancal de uma bom-ba est excessivamente
quente (800C na parteinferior). Como voc verifica se o sistema
derefrigerao est resfriando esse manca!?
05. Foi detectado que um soprador de fornoparou por que caiu a
zero a vazo de ar. O ope-rador da rea foi avisado pelo rdio para
veri-ficar o soprador no local. Este verificou que omotor est
funcionando em rotao normal.
Novamente, confirmou via rdio com pai-nel que a vazo zero. Ento,
observou que oeixo do soprador est parado. Qual a falha me-cnica
que ocorreu?
06. Foi observado que em uma bomba que ope-ra com gaxetas est
vazando produto (resduode vcuo). Como a bomba tem flushing
comdiesel deveria vazar diesel. Considere que abomba possui folgas
adequadas e as gaxetasforam recentemente ajustadas. Por que
estvazando produto?
07. Qual a consequncia da obstruo de umfiltro de selagem?
-
64
Equipamentos Dinmicos
Referncias BibliogrficasMATTOS, Edson Ezequiel; FALCO,
Reinaldode. Bombas Industriais. 2. ed. Rio de Janei-ro : McKlausen,
1992.
KARASSIK, I. J.; CARTER, R. CentrifugalPumps. McGraw Hill Book
Company, 1960.
KARASSIK, I. J.; KRUTZSCH, W. C.;FRAZER, W. H.; MESSIAN, J. P.
PumpHandbook. McGraw Hill Book Company,1976.
19. Qual a diferena entre um compressor cen-trfugo e uma bomba
centrfuga?
20. Qual a diferena, em termos de aplicao,entre um compressor
centrfugo e um compres-sor alternativo?
21. Em um compressor centrfugo aberto, foiobservada a existncia
de quatro impelidorescom dimetros diferentes. Por que existemquatro
impelidores e por que seus dimetrosso diferentes?
22. Um compressor alternativo de dois est-gios perdeu eficincia
e apresenta rudo nocabeote do primeiro estgio. Qual a falhamecnica
provvel?
23. Em um compressor centrfugo para com-presso de gs de
processo, nota-se a existn-cia de dois sistemas de leo. Um sistema
destinado lubrificao. Qual a finalidade dooutro?
Anotaes
-
Equipamentos Dinmicos
65
-
66
Equipamentos Dinmicos
-
Equipamentos Dinmicos
67
No UnicenP, a preocupao com a construo e reconstruo
doconhecimento est em todas as aes que so desenvolvidas pelos
pr-reitores, diretores de Ncleos, coordenadores de Cursos e
professores.Uma equipe coesa e unida, em busca de um s objetivo: a
formao docidado e do profissional, que capaz de atuar e modificar a
sociedadepor meio de suas atitudes. Preparar este cidado e este
profissional umaresponsabilidade que esta equipe assume em suas
atividades no CentroUniversitrio Positivo, que envolvem,
principalmente, as atividades emsala de aula e laboratrios, bem
como a utilizao contnua dos recursosdisponibilizados pela Instituio
em seu cmpus universitrio. Esta equipetrabalha em trs ncleos bsicos
da rea de graduao Ncleo deCincias Humanas e Sociais Aplicadas,
Ncleo de Cincias Biolgicas e daSade, Ncleo de Cincias Exatas e
Tecnolgicas alm das reas de ps-graduao e de extenso.
O UnicenP oferece em seus blocos pedaggicos 111 laboratrios,
clnicasde fisioterapia, nutrio, odontologia e psicologia,
farmcia-escola,biotrio, central de estagio, centro esportivo e
salas de aula, nos quais encontrada uma infra-estrutura tecnolgica
moderna que propicia aintegrao com as mais avanadas tcnicas
utilizadas em cada rea doconhecimento.
-
68
Equipamentos Dinmicos
Principios ticos da PetrobrasA honestidade, a dignidade, o
respeito, a lealdade, odecoro, o zelo, a eficcia e a conscincia dos
princpiosticos so os valores maiores que orientam a relao
daPetrobras com seus empregados, clientes, concorrentes,parceiros,
fornecedores, acionistas, Governo e demaissegmentos da
sociedade.
A atuao da Companhia busca atingir nveis crescentesde
competitividade e lucratividade, sem descuidar dabusca do bem
comum, que traduzido pela valorizaode seus empregados enquanto
seres humanos, pelorespeito ao meio ambiente, pela observncia s
normasde segurana e por sua contribuio ao
desenvolvimentonacional.
As informaes veiculadas interna ou externamente pelaCompanhia
devem ser verdadeiras, visando a umarelao de respeito e
transparncia com seusempregados e a sociedade.
A Petrobras considera que a vida particular dosempregados um
assunto pessoal, desde que asatividades deles no prejudiquem a
imagem ou osinteresses da Companhia.
Na Petrobras, as decises so pautadas no resultado dojulgamento,
considerando a justia, legalidade,competncia e honestidade.