PETROBRÁS – PETRÓLEO BRASILEIRO S/A FAFEN-SE – FÁBRICA DE FERTILIZANTES NITROGENADOS DE SERGIPE

Relatório de Atividades do Estágio

Isabelly Pereira da Silva Data: 26 de fevereiro a 1 de março

ESTUDO DE BOMBAS HIDRÁULICAS

O uso de bombas hidráulicas ocorre sempre que se necessita aumentar a pressão de trabalho de um líquido para transportá-lo pela tubulação de um ponto a outro da planta, obedecendo às condições de vazão e pressão requeridas pelo processo.

1. Bombas de deslocamento positivo ou Volumétricas (positive displacement pump)

Nessas bombas, a movimentação de uma peça da bomba força o líquido a executar o mesmo movimento. O líquido, sucessivamente, preenche e é expulso de um determinado espaço volumétrico no interior da bomba. Logo, existe uma proporcionalidade entre a vazão de líquido e a velocidade da bomba.

1.1. Bombas Alternativas (reciprocating pump)

A peça que impelirá o fluido possui movimento alternativo. São utilizadas para baixas vazões e elevados diferenciais de pressão.

1.1.1. Classificação quanto ao número de descarga por cilindro

Simples efeito:

Possui uma só tomada de pressão. Em um movimento do cilindro o fluido entra pela sucção, no movimento contrário, o fluido é sai pela descarga.

Duplo efeito:

Possui duas tomadas de pressão e o cilindro divide a câmara em dois compartimentos contendo fluido em ambos os lados. Em um movimento do cilindro, o fluido de um lado entra pela sucção e simultaneamente, do outro lado sai pela descarga. No movimento contrário, o lado que succionava agora descarrega e vice-versa.

(a) (b)

Figura 1 – Bombas alternativas: (a) simples efeito; (b) duplo efeito

1.1.2. Classificação quanto ao número de cilindros

Uma bomba pode apresentar um cilindro, chamada simplex, ou mais de um cilindro, duplex, quando são dois, triplex, quando são três e multiplex quando são mais.

Figura 2 – Bomba alternativa duplex

1.1.3. Classificação quanto ao tipo de elemento de bombeamento

Pistão (piston pump):

O impelidor é um pistão que se desloca dentro de um cilindro. Durante o movimento de aspiração diminui a pressão na câmara, abre-se a válvula direcional de entrada e o líquido é admitido. Em seguida, pelo movimento de recalque do pistão, a pressão aumenta, abre-se a válvula direcional de saída e o líquido é expulso do cilindro. O movimento do líquido é causado pelo movimento do pistão, sendo da mesma grandeza e do tipo de movimento deste.

O pistão é um disco cilíndrico, montado sobre uma haste de pequeno diâmetro e a vedação entre o pistão e o cilindro é feita através de anéis de vedação. Estes anéis movem-se juntamente com o pistão.

Figura 3 – Bomba de pistão

Êmbolo (plunger pump):

Ele tem o mesmo princípio de funcionamento da bomba de pistão, sendo que nesta o impelidor é um êmbolo que admite e expulsa o líquido, ocupando e desocupando um determinado volume dentro da câmara.

O êmbolo é uma barra cilíndrica maciça, semelhante à haste do pistão. Os anéis de vedação (gaxetas) são estacionários com relação ao êmbolo, de forma que o êmbolo desliza sobre os anéis de vedação.

Por serem recomendadas para serviços de pressões mais elevadas, exigem que o órgão de movimentação do líquido seja mais resistente, adotando-se assim, o êmbolo. Com isso, essas bombas podem ter dimensões pequenas.

(a) (b)

Figura 4 – Diferença entre: (a) pistão e (b) êmbolo

Figura 5 – Bomba de êmbolo

Diafragma (diaphragm pump):

Funcionam como bombas de pistão. O movimento é alternativo e provocado por um elemento flexível de metal, borracha ou plástico. É adequada para fluídos tóxicos e corrosivos pois se elimina o contato do líquido com os selos mecânicos.

O diafragma é um disco flexível, que serve para separar o fluido bombeado do pistão ou êmbolo. O diafragma pode ser acionado mecanicamente através de uma conexão direta com a biela ou hidraulicamente através de um fluído que deve ser bombeado por um pistão ou êmbolo.

Figura 6 – Bomba alternativa de diafragma

1.2. Bombas Rotativas (Rotary pump)

As peças que impelirão o fluido possuem movimento rotativo. São utilizadas para elevado diferencial de pressão com vazões mais altas que as alternativas.

1.2.1. Bombas de um rotor

Palhetas deslizantes (sliding vane pump):

As palhetas podem ser no rotor, ou no estator. A bomba de palhetas no rotor consiste em um cilindro montado excêntrico na câmara da carcaça, possuindo cavidades radiais no seu entorno, onde são montadas palhetas retráteis. O líquido é admitido no lado de maior folga da excentricidade, sendo levado pelas palhetas e expulso à medida que a folga diminui.

A bomba de palhetas no estator possui um cilindro giratório elíptico que desloca uma palheta que é guiada por uma ranhura na carcaça da bomba. O peso próprio da palheta, auxiliado pela ação de uma mola, faz com que a palheta mantenha sempre contato com a superfície do rotor elíptico, proporcionando o escoamento.

(a) (b)

Figura 7 – Bombas de palhetas deslizantes: (a) no rotor; (b) no estator

Palhetas flexíveis (flexible vane pump / flexible impeller pump):

O rotor possui pás de borracha de grande flexibilidade, que, durante o movimento de rotação, se curvam, permitindo que entre duas delas seja conduzido um volume de líquido da boca de aspiração até a de recalque. Devem girar com baixa rotação, e a pressão que alcançam é reduzida. Na parte superior interna da carcaça existe um crescente para evitar um retorno do líquido ao lado da aspiração.

Figura 8 – Bomba de palhetas flexíveis

Pistão rotativo (rotary piston pump):

Nesta bomba, um rotor propicia o movimento alternativo de um conjunto de pistões que alternativamente admitem o fluido e o forçam nos cilindros para a descarga. Os pistões podem estar posicionados radialmente, e o movimento se dá com o rotor posicionado excentricamente; ou axialmente (wobble plate pump) , e o movimento se dá com o rotor inclinado em relação ao eixo.

(a) (b)

Figura 9 – Bomba de pistão rotativo: (a) radial; (b) axial

Peristáltica, De tubo flexível ou De rolete (peristaltic pump / hose pump / tube pump):

O tubo flexível é amassado progressivamente pelo rolete, a pressão aumenta e empurra o fluido no tubo. Usada em dosadores de substâncias químicas que não podem entrar em contato com metais ou lubrificantes usados nas bombas.

Figura 10 – Bomba peristáltica

De cavidade progressiva, Helicoidal ou De parafuso excêntrico (progressing cavity pump / helical pump / eccentric screw pump):

A bomba helicoidal de câmara progressiva, concebida pelo francês Moireau, consta de um rotor que é um parafuso helicoidal que gira no interior de um estator elástico também com forma de parafuso, mas com perfil de hélice dupla.

Figura 11 – Bomba helicoidal

De excêntrico ou De came e pistão:

A bomba de came e pistão funciona pelo movimento de um cilindro que gira excentricamente e em contato com um cilindro maior. O cilindro menor é guiado por uma haste cilíndrica (pistão) que trabalha numa bucha esférica.

Figura 12 – Bomba de came e pistão

1.2.2. Bombas de múltiplos rotores

Engrenagens (gear pump):

As bombas podem ser de engrenagem ser externa ou interna. A de engrenagem externa possui dois rotores que consistem em duas engrenagens montadas em uma carcaça com pouquíssima folga. Com engrenagens lado a lado, o fluido é forçado a percorrer as laterais da carcaça pela rotação das engrenagens nos espaços entre os seus dentes até sair na descarga. A bomba de engrenagem interna possui um rotor, que consiste em uma engrenagem interna que gira excentricamente em uma coroa externa, o funcionamento é parecido com os de palhetas deslizantes.

(a) (b)

Figura 13 – Bombas de engrenagem: (a) externa; (b) interna

Lóbulos (lobe pump / root blower):

É o mesmo princípio das bombas de engrenagem externa. Porém, ao invés de engrenagens, são montadas as peças denominadas “lóbulos”. As bombas de lóbulos têm dois rotores, cada qual com dois ou três e até quatro lóbulos.

(a) (b)

Figura 14 – Bombas de lóbulos: (a) duplos; (b) triplos

Parafusos (screw pump):

Consistem em dois ou mais parafusos de acionamento, montados dentro de uma carcaça com pouquíssima folga, sem contato entre os filetes, e sincronizados por engrenagens. O líquido é admitido e os filetes o expulsam pelo bocal de saída. Indicadas para fluidos de viscosidade elevada.

(a) (b)

Figura 15 – Bombas de parafusos: (a) duplos; (b) triplos

2. Bombas dinâmicas ou Turbo-bombas

A energia é transferida para o líquido pela rotação de um eixo onde é monta- do um disco com um certo número de palhetas ou pás chamadas de “rotor” ou “impelidor”. O que caracteriza os diferentes tipos de turbobombas é a geometria do impelidor e suas palhetas, o que vai influenciar a forma como a energia é transferida para o fluido e sua direção na saída do impelidor. A vazão bombeada depende da construção da bomba e das características do sistema em que está operando.

2.1. Classificação quanto à posição do eixo do rotor

Horizontal:

É a concepção construtiva mais comum.

Vertical:

Para espaços horizontais restritos e bombas submersas em geral.

2.2. Classificação quanto ao número de impelidores

Simples estágio:

Nela existe apenas um rotor e, portanto, o fornecimento da energia ao líquido é feito em um único estágio

Múltiplos estágios:

Faz-se o líquido passar sucessivamente por dois ou mais rotores fixados ao mesmo eixo e colocados em uma caixa cuja forma permite esse escoamento. Este recurso reduz as dimensões e melhora o rendimento, sendo empregadas para médias e grandes alturas manométricas

2.3. Classificação quanto ao tipo de impelidor

Rotor fechado:

São usados normalmente no bombeamento de líquidos limpos. O rotor possui discos dianteiro e traseiro e palhetas fixas a ambos. Com esse tipo de rotor evita-se o retorno da água à boca de sucção, sendo para tal necessário a existência de juntas móveis (anéis de desgaste) entre a carcaça e o rotor, separando a câmara de sucção da câmara de

descarga. É inadequado para o bombeamento de fluidos sujos porque, pela própria geometria, facilita o seu próprio entupimento.

Rotor semi-aberto:

Possui apenas um disco ou parede traseira onde se fixam as palhetas.

Rotor aberto:

As palhetas são presas no próprio cubo do rotor. Apresenta a grande desvantagem de possuir pequena resistência estrutural, o que faz com que seja necessário uma pequena parede traseira quando as palhetas são muito largas. Além disso, o espaço livre entre as palhetas do rotor e as paredes laterais permite a recirculação do líquido no interior da carcaça, aumentando o desgaste e encarecendo a manutenção. Geralmente os rotores abertos são encontrados em bombas pequenas, de baixo custo, ou em bombas que recalcam líquidos abrasivos.

(a) (b) (c)

Figura 16 – Rotores: (a) aberto; (b) semi-aberto; (c) fechado

2.4. Classificação quanto à sucção

Sucção simples ou Unilateral:

Neste tipo, a entrada do líquido se faz de um lado e pela abertura circular na coroa do rotor, ou seja, o rotor possui uma única boca de sucção.

Dupla sucção ou Bilateral:

O rotor é de forma tal que permite receber o líquido por dois sentidos opostos, paralelamente ao eixo de rotação, construtivamente, o rotor de dupla sucção nada mais é que a justaposição de dois rotores de simples sucção pelo costato.

(a) (b)

Figura 17 – Turbo-bombas: (a) simples sucção; (b) dupla sucção

2.5. Classificação quanto à trajetória do líquido no rotor

Centrífuga pura ou radial:

O líquido entra na bomba e é acelerado radialmente pelo impelidor, sendo a direção de saída do líquido perpendicular ao eixo. Usadas para diferenciais de pressão elevados com cargas relativamente baixas.

Bomba axial ou propulsora:

O líquido entra na bomba e é acelerado por arrasto pelo impelidor, sendo a direção de saída do líquido paralela ao eixo.

De fluxo misto ou Diagonal:

Seu impelidor é uma composição dos dois tipos anteriores, sendo a direção de saída do líquido inclinada ao eixo.

(a) (b) (c)

Figura 18 – Fluxos nos rotores: (a) radial; (b) axial; (c) misto

2.6. Classificação quanto à posição na captação

Sucção Positiva:

O eixo da bomba situa-se acima do nível do reservatório de sucção. É a situação que mais ocorre, em instalações de bombeamento para irrigação.

Sucção negativa ou Afogada:

O eixo da bomba situa-se abaixo do nível do reservatório. Deve ser utilizada, sempre que possível, pois evita a cavitação.

Submersa:

Situa-se dentro da água e são comandadas por um motor cujo eixo é prolongado e fica fora de água. Geralmente as bombas de eixo vertical trabalham submersas.

Figura 19 – Bomba submersa

Petrobrás Abastecimento. Manutenção e Reparo de Bombas. Rio de Janeiro. 2006

Apostila Bombas. Disponível em: <http://www.ebah.com.br/content/ ABAAAA2OYAH/mecanica>. Acesso em: 27 de fevereiro de 2013

FERREIRA, D. M. B. Apostila: Noções de Hidráulica. Disponível em: <ftp://ftp.cefetes.br/cursos/Mecanica/Dario%20-%20IEE7/Apostila%20de%20No %E7%F5es%20de%20Hidr%E1ulica.pdf>. Acesso em: 27 de fevereiro de 2013

BRASIL, A. N. Máquinas Termohidráulicas de Fluxo. Disponível em: <http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAzwYAA/classficacao-descricao-turbo-bombas>. Acesso em: 27 de fevereiro de 2013

CEFET-BA. Bombas. Disponível em: < http://www.ebah.com.br/content/ ABAAABXpEAI/bombas-operacao-manutencao-cefet-ba>. Acesso em: 28 de fevereiro de 2013

PEREIRA, G. M; MELLO, C. R. Instalação de Bombeamento. Disponível em: < http://www.deg.ufla.br/site/_adm/upload/file/11_aula%20pratica%2011.PDF>. Acesso em: 28 de fevereiro de 2013

COSTA, T. da; SANTOS, D; LANÇA, R. Turbo Máquinas Hidráulicas (Bombas). 2001. Disponível em: <ftp://ftp.demec.ufpr.br/disciplinas/TM120/APOSTILA_MH/ha-05-bombas_CURVAS.pdf>. Acesso em: 28 de fevereiro de 2013