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MANUAL DE BOMBASM

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MANUAL DE BOMBA

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

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Iseno de ResponsabilidadeTomamos todo cuidado necessrio para garantir a exatido do contedo deste ma terial, entretanto, a GRUNDFOS Management A/S no ser responsvel por qualquer perda, quer seja direta, indireta, incidental ou consequente que possa surgir do uso ou confiana depositada sobre qualquer contedo deste material.

Introduo

A indstria fabril tem uma elevada demanda pesada por bombas, quando se trata de uma tima operao, alta confiabilidade e baixo consumo de energia. Por esse motivo, a Grundfos desenvolveu o Manual de Bomba, que, de maneira simples, aborda com vrias consideraes ao dimensionar bombas e sistemas de bombas.Elaboramos um manual para engenheiros e tcnicos que trabalham com o projeto e instalao de bombas e sistemas de bombas, contendo respostas para uma ampla variedade de perguntas tcnicas especficas sobre as bombas. O Manual de Bombas pode ser lido do princpio ao fim ou parcialmente sobre tpicos especficos.

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

No captulo 1 fazemos uma apresentao geral de diferentes tipos de bombas e componentes. Aqui tambm descrevemos quais precaues tomar ao lidar com lquidos viscosos. Alm disso, os materiais mais usados, assim como os diferentes tipos de corroso so apresentados aqui. As terminologias mais importantes relacionadas leitura do desempenho das bombas so apresentadas no captulo 2. O Captulo 3 aborda os sistemas hidrulicos e alguns dos fatores mais importantes a considerar para se obter uma tima operao do sistema de bombas. Visto que frequentemente necessrio ajustar o desempenho da bomba por meio de vrios mtodos de ajuste, estes mtodos so abordados no captulo 4. O captulo 5 descreve os custos do ciclo de vida uma vez que o consumo de energia desempenha um papel importante nas bombas e sistemas de bombas de hoje.

Esperamos sinceramente que voc faa uso do Manual de Bomba e o considere til no seu trabalho dirio.

Diretor de Segmento Especialista em Aplicao

Mogens Roy Olesen Christian R. Bech

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

Seo 1.1 Construo de bombas ...............................................81.1.1 A bomba centrfuga ..............................................................81.1.2 Curvas das bombas ............................................................... 91.1.3 Caractersticas da bomba centrfuga ..........................111.1.4 Tipos mais comuns de bombas de suco axial e em linha .................................................. 121.1.5 Tipos de rotores (foras axiais) ...................................... 141.1.6 Tipos de carcaas (foras radiais) .................................. 151.1.7 Bombas monoestgio ...................................................... 151.1.8 Bombas multiestgio .........................................................161.1.9 Bombas com acoplamento longo e curto 16

Seo 1.2 Tipos de bombas .........................................................171.2.1 Bombas padro ................................................................... 171.2.2 Bombas bi-partida ............................................................ 171.2.3 Bombas hermeticamente seladas ............................ 181.2.4 Bombas sanitrias .............................................................201.2.5 Bombas de efluentes ...................................................... 211.2.6 Bombas imersveis ........................................................... 221.2.7 Bombas submersas ......................................................... 231.2.8 Bombas de descolamento positivo ............................24

Seo 1.3 Vedaes de eixos mecnicos ..............................271.3.1 Componentes e funo da vedao de eixo mecnico ................................................................291.3.2 Vedaes de eixos mecnicos balanceados e no balanceados ............................................................301.3.3 Tipos de vedaes de eixos mecnicos ...................... 311.3.4 Combinaes de materiais da face da vedao.............................................................................341.3.5 Fatores que afetam o desempenho da vedao.............................................................................36

Seo 1.4 Motores ......................................................................... 391.4.1Padres .................................................................................... 401.4.2 Partida no motor ................................................................ 461.4.3 Tenso de alimentao ................................................... 471.4.4 Conversor de frequncia ................................................ 47

1.4.5 Proteo do motor ............................................................ 49Seo 1.5 Lquidos ...........................................................................531.5.1 Lquidos viscosos ........................................................................... 541.5.2 Lquidos No Newtonianos ...................................................... 551.5.3 Impacto dos lquidos viscosos sobre o desempenho de uma bomba centrfuga ........................................................ 551.5.4 Seleo da bomba correta para um lquido com anticongelante .....................................................................561.5.5 Exemplo de clculo ...................................................................... 581.5.6 Seleo da bomba com auxlio de computador para lquidos densos e viscosos ............................................... 58

Seo 1.6 Materiais ....................................................................... 591.6.1 O que corroso? .................................................................601.6.2 Tipos de corroso ..................................................................611.6.3 Metais e ligas metlicas ....................................................651.6.4 Cermica ..................................................................................711.6.5 Plstico ......................................................................................711.6.6 Borracha ...................................................................................721.6.7 Revestimentos .......................................................................73

Captulo 2 Instalao e leitura dodesempenho ....................................................................................75

Seo 2.1 Instalao da bomba ...............................................762.1.1 Nova instalao ....................................................................762.1.2 Substituio-instalao existente ................................762.1.3 Fluxo do tubo para instalao de bomba nica .........................................................................772.1.4 Limitao de rudos e vibraes .....................................782.1.5 Nvel de som (L) .....................................................................81

Seo 2.2 Desempenho da bomba ........................................832.2.1 Termos hidrulicos ...............................................................832.2.2 Termos eltricos ....................................................................902.2.3 Propriedades dos lquidos.................................................93

ndice

Captulo 3 Sistema hidrulico .....................................................95

Seo 3.1 Caractersticas do sistema ......................................963.1.1 Resistncias nicas ..............................................................973.1.2 Sistemas abertos e fechados ...........................................98

Seo 3.2 Bombas conectadas em srie e paralelas ...........1013.2.1 Bombas em paralelo .........................................................1013.2.2 Bombas conectadas em srie .......................................103

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

Seo 4.1 Ajuste do desempenho das bombas ................1064.1.1 Controle por estrangulamento ...................................1074.1.2 Controle de desvio ............................................................1074.1.3 Modificao do dimetro do rotor ............................1084.1.4 Controle de velocidade ...................................................1084.1.5 Comparao dos mtodos de ajuste ........................1104.1.6 Eficincia geral do sistema da bomba .....................1114.1.7 Exemplo: Consumo de energia relativo quando o fluxo reduzido em 20% ..........................111

Seo 4.2 Solues para bomba com velocidade controlada ..................................................1144.2.1 Controle de presso constante ...................................1144.2.2 Controle de temperatura constante .........................1154.2.3 Presso do diferencial constante em um sistema de circulao .............................................1154.2.4 Controle da presso diferencial com compensada por fluxo ........................................116

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

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

Seo 4.5 Conversor de frequncia.......................................1224.5.1 Funes e caractersticas bsicas ................................1224.5.2 Componentes do conversor de frequncia .....................................................................1224.5.3 Condies especiais referentes aos conversores de frequncia ............................................124

Captulo 5 Clculo dos custosdo ciclo de vida ..............................................................................127

Seo 5.1 Equao de custos do ciclo de vida ...................1285.1.1 Custos iniciais, preo de compra (C

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

5.1.2 Custos de Instalao e comissionamento (C

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

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

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

5.1.5 Custos ambientais (Cenv

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

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

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

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

5.1.8 Custos de desmantelamento e descarte (C

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

Seo 5.2 Clculo dos custos do ciclo de vida um exemplo ..................................132

Apndice ...........................................................................................133

A) Notaes e unidades .......................................................134B) Tabelas de converso de unidades ............................135C) Prefixos SI e alfabeto grego ..........................................136D) Presso do vapor e densidade da gua em diferentes temperaturas........................................137E) Orifcio ................................................................................138F) Mudana na presso esttica devido mudana do dimetro do cano...............................139G) Injetores ................................................................................140H) Nomograma para perdas de carga em curvas e vlvulas ...........................................141I) Nomograma para perda do tubo de gua limpa a 20C ............................................................142J) Sistema peridico .............................................................143K) Padres de bombas .........................................................144L) Viscosidade para lquidos diferentes como funo da temperatura do lquido ...............145

ndice remissivo ............................................................................151

Captulo 1. Design de bombas e motores

Seo 1.1: Construo da bomba

1.1.1 A bomba centrfuga1.1.2 Curvas da bomba1.1.3 Caractersticas da bomba centrfuga1.1.4 Tipos mais comuns de bombas de suco axial e em linha1.1.5 Tipos de rotor (foras axiais)1.1.6 Tipos de carcaas (foras radiais)1.1.7 Bombas monoestgio1.1.8 Bombas multiestgio1.1.9 Bombas com acoplamento longo e curto

Seo 1.2 Tipos de bombas

1.2.1 Bombas padro1.2.2 Bombas bi-partida1.2.3 Bombas hermeticamente seladas1.2.4 Bombas sanitrias1.2.5 Bombas de efluentes1.2.6 Bombas imersveis1.2.7 Bombas submersa1.2.8 Bombas de deslocamento positivo

Seo 1.1 Construo da bomba

1.1.1 Bomba centrfuga

Em 1689, o fsico Denis Papin inventou a bomba centrfuga e este tipo de bomba o mais usado ao redor do mundo. A bomba centrfuga construda sobre um princpio simples: O lquido levado at o cubo do rotor e, atravs da fora centrfuga, ele lanado na direo da periferia dos rotores. A construo razoavelmente barata, robusta e simples e sua alta velocidade possibilita conectar a bomba diretamente a um motor assncrono. A bomba centrfuga oferece um fluxo de lquido uniforme e pode facilmente ser acelerado sem causar danos a bomba.

Agora, vamos observar a figura 1.1.1, que mostra o fluxo do lquido atravs da bomba. A entrada da bomba leva o lquido para o centro do rotor giratrio de onde lanado para a periferia. Esta construo oferece alta eficincia e apropriada para lidar com lquidos puros. As bombas, que tm que lidar com lquidos impuros, como bombas de efluentes, so equipadas com um rotor que construdo especialmente para evitar que objetos fiquem armazenados no interior da bomba, consulte a seo 1.2.5.Se ocorrer diferena de presso no sistema enquanto a bomba centrfuga no estiver funcionando, o lquido ainda consegue passar atravs da mesma devido ao seu desenho aberto.Como se pode ver na figura 1.1.2, a bomba centrfuga pode ser classificada em diferentes grupos: Bombas de fluxo radial, bombas de fluxo misto e bombas de fluxo axial. As bombas de fluxos radial e as bombas de fluxo misto so os tipos mais comuns utilizados. Portanto, iremos nos concentrar somente nestes tipos de bombas nas prximas pginas.

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

As diferentes exigncias de desempenho das bombas centrfugas, especialmente em relao altura manomtrica total, fluxo e instalao, junto com as exigncias de operao econmica, so somente algumas das razes porque existem tantos tipos de bombas. A Figura 1.1.3 mostra os diferentes tipos de bombas em relao ao fluxo e presso.

Fig. 1.1.2: Diferentes tipos de bombas centrfugas

Fig. 1.1.1: O fluxo do lquido atravs da bomba

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

Fig. 1.1.3: Fluxo e altura manomtrica total para diferentes tipos de bombas centrfugas

1 2

2

4

4

6

6

10

10

246

100246

1000246

10000H [m]

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

Bombas de fluxo radial

multiestgios

Bombas de fluxo radial monoestgios

Bombas de fluxo misto

Bombas de fluxo axial

8

1.1.2 Curvas das bombas

Antes de aprofundarmos no mundo da construo e tipos de bombas apresentaremos as caractersticas bsicas das curvas de desempenho das bombas. O desempenho de uma bomba centrfuga mostrado por um conjunto de curvas de desempenho. As curvas de desempenho para uma bomba centrfuga so mostradas na figura 1.1.4. Altura manomtrica total, consumo de energia, eficincia de consumo e NPSH so mostrados como uma funo no fluxo.

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

2 que tambm est

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

P).

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

1 que deve ser levado em considerao.

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

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

Altura manomtrica total, a curva QHA curva QH mostra a altura manomtrica total, que a bomba capaz de executar em um determinado fluxo. A altura manomtrica total medida em metros de coluna de lquido/metros [mLC]; normalmente a unidade metro [m] aplicada. A vantagem de se usar a unidade [m] como unidade de medida da altura manomtrica total da bomba que a curva QH no afetada pelo tipo de lquido que bomba tem que manejar, consulte a seo 2.2 para mais informaes.

H [m]

[%]

50

4070

Eficincia6050

40

2010

2

12

46810

0

30

30

20

10

0

10

024

68

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

[kW]NPSH(m)

Consum o de energia

NPSH

Fig. 1.1.4: Curvas de desempenho tpicas para uma bomba centrfuga. Altura manomtrica total, consumo de energia, eficincia e NPSH so mostrados como uma funo do fluxo

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

2 e

P

P1 P2 HM3~

M P

Q

H[m]

50

60

40

30

20

10

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

Fig. 1.1.6: Curva QH tpica para uma bomba centrfuga; fluxo baixo resulta em altura manomtrica total alta e fluxo alto resulta em altura manomtrica total baixa

9

Eficincia, a curva

A eficincia a relao entre a energia fornecida e a quantidade de energia utilizada. No mundo das bombas, a eficincia P a relao entre a energia, que a bomba fornece para a gua (PH) e a entrada de energia no eixo (P2):

onde: a densidade do lquido em kg/m3,g a acelerao da gravidade em m/s2,Q o fluxo em m3/h e H a altura manomtrica total em m.

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

Como aparece a partir da curva de eficincia, a eficincia depende do ponto de operao da bomba. Portanto, importante selecionar uma bomba que seja compatvel com os requisitos de fluxo e que assegure que a bomba esteja funcionando na rea de fluxo mais eficiente.

Consumo de energia, a curva P2

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

Curva NPSH (Altura Manomtrica de Suco Positiva Lquida)

O valor NPSH de uma bomba a presso mnima absoluta (consulte a seo 2.2.1) que deve estar presente no lado de suco da bomba para evitar cavitao. O valor NPSH medido em [m] e depende do fluxo; quando o fluxo aumenta, o valor NPSH tambm aumenta; figura 1.1.9. Para mais informaes sobre cavitao e NPSH, v para a seo 2.2.1.

50

60

70

80

40

30

20

10

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

[%]

810

64200 10 20 30 40 50 60 70 Q [m 3/h]

P2[kW]

Fig. 1.1.7: Curva de eficincia de uma bomba centrfuga tpica

Fig. 1.1.8: Curva de consumo de energia de uma bomba centrfuga tpica

10

024

68

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

NPSH [m]

p =

PH

P2

= . g . Q . HP

2 x 3600

Fig. 1.1.9: Curva NPSH de bomba centrfuga tpica

PH = 2.72 . Q . H [W]

10

Seo 1.1 Construo da bomba

= Q . H . g .

3600 x p

P2

1.1.3 Caractersticas da bomba centrfuga

A bomba centrfuga possui vrias caractersticas e as mais importantes sero apresentadas nesta seo. Mais adiante neste captulo forneceremos uma descrio mais detalhada dos diferentes tipos de bombas.

NmerodefasesDependendo do nmero de rotores na bomba, uma bomba centrfuga pode ser uma bomba monoestgio ou uma bomba multiestgio.

PosiodoeixodabombaAs bombas monoestgio e multiestgio so produzidas com eixos de bomba verticais ou horizontais. Estas bombas normalmente so normalmente designadas como bombas horizontais ou verticais. Para mais informaes, v para seo 1.1.4.

Rotoresdesucosimplesoudesucodupla Dependendo da construo do rotor, uma bomba pode ser equipada com um rotor de suco simples ou rotor de suco dupla. Para mais informaes, v para a seo 1.1.5.

AcoplamentodeestgiosOs estgios da bomba podem ser arranjados de duas maneiras diferentes: em srie e em paralelo, consulte a figura 1.1.10.

ConstruodacarcaadabombaDiferenciamos entre dois tipos de carcaa de bomba: Carcaa Voluta e carcaa de canal de retorno com palhetas guia. Para mais informaes, v para a seo 1.1.6.

Fig 1.1.10: Bomba dupla com rotores acoplados em paralelo

11

1.1.4Tiposmaiscomunsdebombadesucoaxialeemlinha

Bomba de suco axial = O lquido entra diretamente no rotor. A entrada e a sada possuem um ngulo de 90. Consulte a seo 1.1.9

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

Bomba com carcaa bipartida = Bomba com carcaa dividida axialmente. Consulte a seo 1.2.2

Bomba horizontal = Bomba com eixo horizontal

Bomba vertical = Bomba com eixo vertical

Bomba monoestgio = Bomba com rotor nico. Consulte a seo 1.1.7

Bomba multiestgio = Bomba com vrios rotores acoplados em srie. Consulte a seo 1.1.8

Bomba com acoplamento longo = Bomba conectada ao motor atravs de um acoplamento flexvel. O motor e a bomba possuem construes de rolamentos separados. Consulte a seo 1.1.9

Bomba com acoplamento curto = bomba conectada ao motor atravs de um acoplamento rgido. Consulte a seo 1.1.9

Horizontal

Acoplamento curto Acoplamento curto

Suco axial

Monoestgio

Acoplamento longo

Multiestgio

Seo 1.1 Construo da bomba

12

Multiestgio

Horizontal / Vertical

Monoestgio

Acoplamento longo Acoplamento curto Acoplamento curto

Em linha

Bipartida

Monoestgio

Acoplamento longo

Horizontal

13

1.1.5Tiposderotores(forasaxiais)

A bomba centrfuga gera presso que exerce foras sobre as peas fixas e giratrias da bomba.As peas das bombas so feitas para suportar essas foras. Se as foras axiais e radiais no forem contrabalanceadas na bomba, as foras devem ser consideradas ao selecionar o sistema de acionamento da bomba (rolamento de contato angular no motor). Em bombas equipadas com rotor de suco simples, podem ocorrer grandes foras axiais, figuras 1.1.11 e 1.1.12. Estas foras so balanceadas em uma das seguintes formas:

Mecanicamente por meio de rolamentos de impulso. Estes tipos de rolamentos so especialmente projetados para absorver as foras axiais dos rotores

Por meio de orifcios de balanceamento no rotor, consulte a figura 1.1.13

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

Impacto dinmico a partir da traseira do rotor, consulte a figura 1.1.15

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

Fig. 1.1.13: Balanceando as foras axiais em uma bomba centrfuga monoestgio com orifcios de balanceamento somente

Fig. 1.1.14: Balanceando as foras axiais em uma bomba centrfuga monoestgio com lacuna de vedao no lado de descarga e orifcios de balanceamento

Fig. 1.1.15: Balanceando as foras axiais em uma bomba centrfuga monoestgio com lminas na traseira dos rotores

Fig. 1.1.16: Balanceando as foras axiais em um sistema de rotor de suco duplo

Fig. 1.1.11: : Rotor de suco simples

Fig. 1.1.12: Bomba padro com rotor de suco simples

Foras Axiais

Seo 1.1 Construo da Bomba

14

1.1.6Tiposdecarcaas(forasradiais)

As foras radiais resultam da presso esttica na carcaa. Portanto, podem ocorrer deflexes axiais que levam interferncia entre o rotor e a carcaa. A magnitude e a direo da fora radial dependem da taxa do fluxo e altura manomtrica total.

Ao projetar a carcaa da bomba, possvel controlar as foras radiais hidrulicas. Vale a pena mencionar dois tipos de carcaas: a carcaa voluta simples e a carcaa voluta dupla. Como se pode observar na figura 1.1.18, as duas carcaas tm o formato de voluta. A diferena entre as duas que a voluta dupla possui uma palheta guia.

A bomba de voluta simples caracterizada por uma presso simtrica na voluta no ponto de eficincia timo, que leva carga radial zero. Em todos os outros pontos, a presso ao redor do rotor no regular e consequentemente h presena de fora radial.

Como se pode observar na figura 1.1.19, a carcaa voluta dupla desenvolve uma fora de reao radial baixa constante em qualquer capacidade.

Os canais de retorno (figura 1.1.20) so usados em bombas multiestgio e tm a mesma funo bsica que as carcaas volutas. O lquido levado de um rotor para o outro ao mesmo tempo, a rotao da gua reduzida e a presso dinmica transformada em presso esttica. Devido ao projeto circular da carcaa do canal, no h foras radiais presentes.

1.1.7 Bombas monoestgio

Geralmente, as bombas monoestgio so usadas em aplicaes que no exigem uma altura manomtrica total de mais de 150 m. Normalmente, as bombas monoestgio operam no intervalo de 2-100 m.

As bombas monoestgio so caracterizadas por fornecer uma altura manomtrica baixa em relao ao fluxo, consulte a figura 1.1.3. A bomba monoestgio produzida no desenho vertical e horizontal, consulte as figuras 1.1.21 e 1.1.22.

Q/Qopt1.0

Carcaa Voluta

Carcaa voluta dupla

Fora R

adial

Carcaa voluta dupla

Foras radiaisFig. 1.1.17: Rotor de suco simples

Fig. 1.1.19: Fora radial para carcaa voluta simples e dupla

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

Fig. 1.1.21: Bomba com acoplamento curto de suco axial monoestgio

Fig. 1.1.20: Bomba em linha multiestgio vertical com carcaa de canal de retorno

Canal de retorno

15

Fig. 1.1.18: Carcaa voluta simples

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

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

1.1.8 Bombas multiestgio

Bombas multiestgio so usadas em instalaes onde uma altura manomtrica elevada necessria. Diversas fases so conectadas em srie e o fluxo guiado desde a sada de uma fase at a entrada da prxima. A altura manomtrica final que uma bomba multiestgio pode proporcionar igual soma da presso que cada estgio pode proporcionar.

A vantagem das bombas multiestgio que elas proporcionam uma altura manomtrica elevada em relao ao fluxo. Como as bombas monoestgio, as bombas multiestgio esto disponveis nas verses vertical e horizontal,

consulte as figuras 1.1.23 e 1.1.24.

1.1.9 Bombas com acoplamento longo e bombas com acoplamento curto

Bombas com acoplamento longoBombas com acoplamento longo so bombas com acoplamento flexvel que conecta a bomba e o motor. Este tipo de acoplamento est disponvel como acoplamento bsico ou como acoplamento de espaador.

Se a bomba estiver conectada ao motor por um acoplamento bsico, necessrio desmontar o motor quando a bomba precisar de manuteno. Portanto, necessrio alinhar a bomba na montagem, consulte a figura 1.1.25.

Por outro lado, se a bomba estiver equipada com um acoplamento de espaador, possvel fazer a manuteno na bomba sem desmontar o motor. Deste modo, o alinhamento no um problema, consulte a figura 1.1.26.

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

Fig. 1.1.24: Bomba de suco axial multiestgio horizontalFig. 1.1.23: Bomba

em linha multiestgio vertical

Fig. 1.1.27: Bomba com acoplamento curto com acoplamento rgido

Tipo acoplam ento bsico

Bomba com acoplamento longo com acoplamento flexvel

Bomba com acoplamento curto com acoplamento rgido

Acoplam ento de espaador (opcional)

Fig. 1.1.28: Diferentes tipos de acoplamento

Seo 1.1 Construo da bomba

16

Fig. 1.2.1:Bomba padro com acoplamento longo

Fig. 1.2.2: Bomba padro com eixo simples

Fig. 1.2.3: Bomba com carcaa bipartida com acoplamento longo

Fig. 1.2.4: Bomba com carcaa bipartida com rotor de suco dupla

1.2.1 Bombas padro

Poucas normas internacionais tratam de bombas centrfugas. Na verdade, muitos pases possuem seus prprios padres, que mais ou menos sobrepem uns aos outros. Uma bomba padro aquela compatvel com as regulamentaes oficiais, como, por exemplo, o ponto de operao da bomba. Relacionamos abaixo alguns exemplos de padres internacionais para bombas:

EN 733 (DIN 24255) se aplica s bombas centrfugas de suco axial, tambm conhecidas como bombas de gua padro com presso nominal (PN) de 10 bar.

EN 22858 (ISO 2858) se aplica s bombas

centrfugas, tambm conhecidas como bombas qumicas padro com presso nominal (PN) de 16 bar, consulte o apndice K.

As normas mencionadas acima cobrem as dimenses de instalao e os pontos de operao de diferentes tipos de bombas. Quanto s peas hidrulicas destas bombas, elas variam de acordo com o fabricante - deste modo, no h padres internacionais determinados para estas peas.

Bombas, que so projetadas de acordo com os padres, oferecem vantagens ao usurio final relacionadas instalao, assim como servio, peas de reposio e manuteno.

1.2.2 Bombas com carcaa bipartida

Uma bomba com carcaa bipartida uma bomba cuja carcaa dividida axialmente em duas partes. A Figura 1.2.4 mostra uma bomba monoestgio com carcaa bipartida com rotor de suco dupla. A construo com entrada dupla elimina as foras axiais e assegura uma expectativa de vida til mais longa dos rolamentos. Geralmente, as bombas com carcaa bipartida so mais eficientes, tem manuteno mais fcil e uma faixa de desempenho ampla.

Seo 1.2 Tipos de bomba

17

Seo 1.2 Tipos de bomba

1.2.3 Bombas hermeticamente seladas

No de surpreender que a guia de entrada do eixo da bomba deve ser selada. Geralmente, isto feito atravs de um retentor mecnico do eixo, consulte a figura 1.2.5. A desvantagem do retentor mecnico do eixo so suas propriedades deficientes quando se trata de manipulao lquidos txicos e agressivos, que, consequentemente, levam a vazamento. At certo ponto estes problemas podem ser resolvidos usando um retentor mecnico duplo do eixo. Outra soluo para estes problemas usar uma bomba hermeticamente selada.

Diferenciamos estes dois tipos de bombas hermeticamente seladas: Bombas com motor blindado e bombas com acionamento magntico. Informaes adicionais sobre estas bombas so encontradas nos prximos pargrafos.

Bombas com motor blindado

Uma bomba com motor blindado uma bomba hermeticamente selada com o motor e a bomba integrados em uma unidade sem retentor, consulte as figuras 1.2.6 e 1.2.7. O lquido bombeado entra na cmara do rotor que separado do estator por uma blindagem fina do rotor. O rotor pode servir como uma barreira hermeticamente selada entre o lquido e o motor. As bombas qumicas so feitas de materiais como plstico ou ao inoxidvel que podem suportar lquidos agressivos.

O tipo mais comum de motor blindado a bomba circuladora. Este tipo de bomba usado tipicamente em circuitos de aquecimento, pois sua construo produz baixo rudo e a operao livre de manuteno.

Fig. 1.2.5: Exemplo de bomba padro com retentor mecnico do eixo

Liquido

Atmosfera

Retentor

Fig. 1.2.7: Bomba circuladora com motor blindado

Blindagem do Motor

Fig. 1.2.6: Bomba qumica com motor blindado

Blindagem do motor

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Bombas com acionamento magntico

Nos ltimos anos, as bombas com acionamento magntico tm se tornado cada vez mais populares para transferncia de lquidos txicos e agressivos.

Como mostrado na figura 1.2.8, a bomba com acionamento magntico composta por dois grupos de magnetos; um magneto interno e um magneto externo. Uma blindagem no magnetizada pode separar estes dois grupos. A blindagem serve como uma barreira hermeticamente selada entre o lquido e a atmosfera. Como ilustrado na figura 1.2.9, o magneto externo conectado ao acionamento da bomba e o magneto externo conectado ao eixo da bomba. Por meio disto, o torque do acionamento da bomba transmitido para o eixo da bomba. O lquido bombeado serve como lubrificante para os rolamentos da bomba. Portanto, ventilao suficiente crucial para os rolamentos.

Fig. 1.2.8: Construo do acionamento magntico

Fig. 1.2.9: Bomba multiestgio com acionamento magntico

Blindagem

Magnetos internosMagnetos externos

Magnetos externos

Magnetos internos

Blindagem

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Fig. 1.2.10: Bomba sanitria

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

1.2.4 Bombas sanitrias

As bombas sanitrias so usadas principalmente por indstrias de alimentos, bebidas, farmacuticas e de biotecnologia onde muito importante que o lquido bombeado seja manipulado suavemente e que as bombas sejam fceis de limpar.

Para atender as exigncias de processamento destas indstrias, as bombas devem ter uma superfcie spera entre 3,2 e 0,4 m Ra. Isto pode ser melhor obtido usando ao inoxidvel forjado ou laminado rolado como materiais de construo, consulte a figura 1.2.12. Estes materiais possuem uma superfcie compacta no porosa que pode ser facilmente trabalhada para atender os vrios requisitos de acabamento de superfcie.

As principais caractersticas das bombas sanitrias so facilidade de limpeza e de manuteno.

Os fabricantes lderes de bombas sanitrias projetaram suas bombas para atender os padres a seguir:

EHEDG [Grupo de Design de Equipamento Higinico Europeu]

QHD [Design Higinico Qualificado]

3-A Padres Sanitrios:

3A0/3A1: Padro Industrial/Higinico Ra 3.2 m 3A2: Padro Estril Ra 0.8 m 3A3: Padro Estril Ra 0.4 m

Areia fundida

Fundio de preciso

Ao rolado

Fig.1.2.12: Aspereza da superfcie do material

Seo 1.2 Tipos de bomba

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Fig. 1.2.14: Bomba de efluentes para instalaes secas

Rotor de vrtice

Rotor de canal simples

Rotor de canal duplo

Fig.1.2.13: Detalhe de uma bomba de esgoto para instalaes midas

1.2.5 Bombas de efluentes

Uma bomba de efluentes um equipamento lacrado com uma bomba e um motor. Devido a sua construo, a bomba de efluentes apropriada para instalao submersa em poos. Trilhos duplos com sistema de autoacoplamento normalmente so usados em instalaes submersas. O sistema de autoacoplamento facilita a manuteno, reparo e substituio da bomba. Devido construo da bomba, no necessrio entrar no poo para executar o servio. Na verdade, possvel conectar e desconectar a bomba automaticamente de fora do poo. As bombas de efluentes tambm podem ser instaladas secas como bombas convencionais em instalaes horizontais ou verticais. Da mesma forma, este tipo de instalao de fcil manuteno e reparo e proporciona operao ininterrupta da bomba no caso de inundao da poo seco, consulte a figura 1.2.14.

Normalmente, as bombas de efluentes tm que ser capazes de manejar partculas grandes. Portanto, elas so equipadas com rotores especiais para evitar bloqueio e entupimento. Existem vrios tipos de rotores: rotores de canal simples, rotores de canal duplo, rotores de trs e quatro canais e rotores de vrtice. A Figura 1.2.15 mostra os diferentes desenhos de rotores.

As bombas de efluentes geralmente so produzidas com um motor seco, com proteo IP68 (para mais informaes sobre classes de IP, v para a seo 1.4.1). O motor e a bomba possuem um eixo estendido comum com um sistema de retentor mecnico duplo do eixo em uma cmara de leo intermediria, consulte a figura 1.2.13.As bombas de efluentes podem operar intermitenteou continuamente de acordo com a instalao em questo.

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1.2.6 Bombas imersveis

A bomba imersvel um tipo de bomba onde uma parte dela fica submersa no lquido bombeado e o motor mantido seco. Normalmente, as bombas imersveis so montadas no topo ou na parede de tanques ou reservatrios. As bombas imersveis so usadas, por exemplo, na indstria de mquinas, ferramenta de solda, esmerilhadoras, centros de usinagem e unidades de resfriamento ou em outras aplicaes envolvendo tanques e reservatrios, lavanderias industriais e sistemas de filtragem.

As bombas para tornos podem ser divididas em dois grupos: Bombas para o lado limpo do filtro e bombas para o lado sujo do filtro. As bombas com rotores fechados normalmente so usadas para o lado limpo do filtro por que fornecem alta eficincia e alta presso se necessrio. Bombas com rotores abertos ou semi-abertos normalmente so usadas para o lado sujo do filtro por que podem lidar com cavacos e partculas.

Fig. 1.2.16: Bomba imersvel

Seo 1.2 Tipos de bomba

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Fig. 1.2.17: Bomba submersvel

1.2.7 Bombas submersas

H dois tipos de bombas submersas: A bomba submersa para sondagem com motor submersvel e a bomba de poos profundos com motor seco, que conectado bomba por eixo longo. Estas bombas normalmente so usadas junto com o fornecimento e irrigao de gua. Os dois tipos de bombas so feitos para serem instalados em poos submersos estreitos, assim sendo, possuem um dimetro reduzido, que as tornam mais longas do que outros tipos de bombas,consulte a figura 1.2.17.

As bombas submersas so especialmente projetadas para serem submersas em lquido e desse modo so equipadas com motor submersvel, com proteo de IP68. A bomba produzida nas verses monoestgio e multiestgio (a verso multiestgio sendo a mais comum) e equipada com uma vlvula de reteno no cabeote.

Atualmente, a bomba de poo profundo tem sido mais ou menos substituda pelo tipo de bomba submersvel. O eixo longo da bomba de poo profundo uma desvantagem, que dificulta a instalao e execuo do servio. Como o motor da bomba de poo profundo refrigerado a ar, a bomba frequentemente utilizada em aplicaes industriais para bombear gua quente de tanques abertos. A bomba submersvel no opera em altas temperaturas por que o motor fica submerso no lquido que tem que resfri-lo.

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1.2.8 Bombas de deslocamento positivo

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

Bombas rotativas Bombas reciprocantes

A diferena no desempenho entre uma bomba centrfuga, uma bomba rotativa e uma bomba reciprocante est ilustrada direita, figura 1.2.18. Dependendo do tipo de bomba que voc estiver lidando, uma pequena alterao na contrapresso da bomba resulta em diferenas no fluxo.

O fluxo de uma bomba centrfuga mudar consideravelmente, o fluxo de uma bomba rotativa mudar um pouco enquanto que o fluxo de uma bomba reciprocante no mudar nada. Mas por que existe uma diferena entre as curvas de bombas para bombas reciprocantes e bombas rotativas? A superfcie da face de vedao real maior para bombas rotativas do que para bombas reciprocantes. Ento, apesar de as duas bombas serem projetadas com as mesmas tolerncias, a perda da bomba rotativa maior.

As bombas so tipicamente projetadas com as melhores tolerncias possveis para obter a eficincia e capacidade de suco mais alta possvel. Entretanto, em alguns casos, necessrio aumentar as tolerncias, por exemplo, quando as bombas tm que lidar com lquidos altamente viscosos, lquidos contendo partculas e lquidos de alta temperatura.

As bombas de deslocamento vibram, o que significa que o volume do fluxo dentro de um ciclo no constante.A variao no fluxo e a velocidade levam flutuao de presso devido resistncia no sistema de tubulao e nas vlvulas.

Q

H

H

23

1

3

2 1

Fig. 1.2.18: Relao tpica entre fluxo e altura manomtrica para 3 tipos diferentes de bombas:

1) Bombas centrfugas2) Bombas rotativas3) Bombas reciprocantes

Seo 1.2 Tipos de bomba

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Bombas dosadoras

As bombas dosadoras pertencem famlia de bombas de deslocamento positivo e tipicamente do tipo de diafragma. As bombas de diafragma no apresentam vazamento por que o diafragma forma uma vedao entre o lquido e os arredores.

A bomba de diafragma est equipada com duas vlvulas de reteno uma no lado de suco e uma no lado de descarga da bomba. Em relao s bombas de diafragma menores, o diafragma ativado pela biela, que conectada a um eletrom. Com isso, a bobina recebe a quantidade exata de cursos necessrios, consulte a figura 1.2.21.

Em relao s bombas de diafragma maiores, o diafragma tipicamente montado na biela, que ativado por um eixo de comando. O eixo de comando girado por meio de um motor assncrono padro, consulte a figura 1.2.22.

O fluxo de uma bomba de diafragma ajustado alterando a extenso do curso e/ou a frequncia dos cursos. Se for necessrio aumentar a rea de operao, os conversores de frequncia podem ser conectados s bombas de diafragma maiores, consulte a figura 1.2.22.

H outro tipo de bomba de diafragma. Neste caso, o diafragma ativado por uma biela excentricamente acionada por um motor escalonador ou motor assncrono, figuras 1.2.20 e 1.2.23. Ao usar o acinamento de um motor escalonador, a rea dinmica da bomba aumenta e melhora sua preciso consideravelmente. Com esta construo, no mais necessrio ajustar a extenso do curso da bomba por que a biela montada diretamente no diafragma. O resultado que as condies de suco so otimizadas e os recursos de operao so excelentes.

Portanto, simples controlar os lados de suco e de descarga da bomba. Comparado s bombas de diafragma com acionamento eletromagntico tradicional que fornecem pulsaes potentes, bombas de diafragma acionadas por motor escalonador possibilitam obter uma dosagem de aditivo mais estvel.

Fig.1.2.21: Mola de retorno da solenoide

+

1.2.22: Mola de retorno de acionamento do came

1.2.23: Acionamento da manivela

Fig. 1.2.20: Bomba dosadora

+

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Captulo 1. Desenho de bombas e motores

Seo1.3:Retentoresdoeixomecnico

1.3.1 Componentes e funo do retentor do eixo mecnico1.3.2 Vedaes de eixo balanceado e no balanceado1.3.3 Tipos de retentores de eixos mecnicos1.3.4 Combinaes de materiais da face do retentor1.3.5 Fatores que afetam o desempenho do retentor

Seo 1.3Retentoresdeeixosmecnicos

A partir da metade da dcada de 1950 os reten-tores de eixos mecnicos ganharam terreno em favor do mtodo de vedao tradicional l- Caixa de empanque. Comparados s caixas de empan-que, os retentores dos eixos mecnicos oferecem as seguintes vantagens:

Elas se mantm firmes nos menores deslocamentos e vibraes no eixo

Eles no requerem ajuste

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

O eixo no desliza sobre nenhum componente da vedao e deste modo no danificado por causa de desgaste (custos de reparo reduzidos).

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

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

Antes de escolher um retentor de eixo, h certas coisas que voc deve saber sobre o lquido e assim a resistncia do retentor ao lquido:

Determinar o tipo de lquido

Determinar a presso a que o retentor de eixo ser exposto

Determinar a velocidade a que o retentor de eixo ser exposto

Determinar as dimenses internas

Apresentaremos nas pginas seguintes como um retentor de eixo mecnico funciona, os diferentes tipos de retentor, de que tipo de material os retentores de eixo mecnico so feitos e que fatores afetam o desempenho dos retentores de eixos mecnicos.

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Fig. 1.3.1: Bombas com retentores de eixos mecnicos

1.3.1 Componentes e funo do retentordeeixomecnico

O retentor de eixo mecnico formado por dois componentes principais: uma parte giratria e uma parte estacionria; e consiste das peas listadas na figura 1.3.2. A Figura 1.3.3 mostra onde as diferentes peas esto localizadas no retentor.

A parte estacionria do retentor fixada na carcaa da bomba. A parte giratria do retentor fixada no eixo da bomba e gira quando a bomba est em operao.

As duas faces do retentor primrio so empurradas uma contra a outra pela mola e presso do lquido. Durante operao um filme lquido produzido na lacuna estreita entre as duas faces do retentor. Este filme evapora antes de entrar na atmosfera, tornando o lquido do retentor do eixo mecnico firme, consulte a figura 1.3.4.

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

A mola une as faces do retentor mecanicamente.

A mola retentora transmite torque do eixo para o retentor. Em relao aos retentores de eixo dos foles mecnicos, o torque transferido diretamente pelos foles.

Lacuna de vedao

Durante a operao, o lquido forma um filme lubrificante entre as faces da vedao. Este filme lubrificante consiste de um filme hidrosttico e um filme hidrodinmico.

O elemento hidrosttico gerado pelo lquido bombeado que forado para dentro da lacuna entre as duas fases.

O filme lubrificante hidrodinmico criado pela presso gerada pela rotao do eixo.

Fig. 1.3.4: Retentor do erixo mecnico em operao

Filme de lubrificao

Fora lquida

Fora da mola VaporEvaporao inicia

Fig. 1.3.3: Principais componentes do retentor do eixo mecnico

Pea giratria

Parte estacionria

Eixo

Retentor primrio

Retentor secundrio

Retentor primrio

Retentor secundrio

Mola

Mola retentora

Retenetor do eixo mecnico Designao

Face do retentor (retentor primrio)

Retentor secundrio

Mola

Mola retentora (transmisso de torque)

Base (faces do retentor, retentor primrio)

Retenro esttico (retentor secundrio)

Parte giratria

Parte estacionria

Fig. 1.3.2: Componentes do retentor de eixo mecnico

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Fig. 1.3.5: Relao ideal entre as propriedades de lubrificao fina e vazamento limitado

Seo 1.3Retentoresdoeixomecnico

Fig. 1.3.6: Interao de foras sobre a vedao de eixo balanceada

Fig. 1.3.7: Interao de foras sobre a vedao de eixo no balanceada

A

Foras da mola

Foras hidrulicas

rea de Contato das faces da vedao

BA B

Foras hidrulicas

rea de Contato das faces da vedao

A espessura do filme lubrificante depende da velocidade da bomba, da temperatura do lquido, da viscosidade do lquido e das foras axiais da vedao de selo mecnico. O lquido constantemente trocado na lacuna de vedao por causa

da evaporao do lquido para a atmosfera

movimento circular do lquido

A figura 1.3.5 mostra relao ideal entre as propriedades de lubrificao fina e vazamento limitado. Como se pode observar, a relao ideal quando o filme de lubrificao cobre toda a lacuna de vedao, exceto por uma zona de evaporao estreita prximo ao lado atmosfrico da vedao de selo mecnico.

Vazamentos devido a depsitos nas faces da vedao so observados com frequncia. Ao usar refrigerantes, os depsitos so criados rapidamente pela evaporao no lado de atmosfera da vedao. Quando o lquido evapora na zona de evaporao, slidos microscpicos no lquido permanecem na lacuna de vedao como depsitos criados por desgaste. Estes depsitos so observados em muitos tipos de lquidos. Mas quando o lquido bombeado tem a tendncia para cristalizao, isso pode se tornar um problema. A melhor maneira de prevenir o desgaste selecionar faces de vedao feitas de material rgido, como carboneto de tungstnio (WC) ou carboneto de silcio (SiC). A estreita lacuna de vedao entre estes materiais (aprox. 0.3 m Ra) minimize o risco de slidos entrarem na lacuna de vedao, minimizando com isso a quantidade de acmulo de depsitos.

1.3.2Vedaesdeeixosbalanceadase no balanceadasPara obter uma presso de face aceitvel entre as faces de vedao primrias, h dois tipos de vedao de eixo: balanceada e no balanceada.

VedaodeeixobalanceadaA figura 1.3.6 mostra uma vedao de eixo balanceada indicando onde as foras interagem sobre a vedao.

VedaodeeixonobalanceadaA figura 1.3.7 mostra uma vedao de eixo no balanceada indicando onde as foras interagem sobre a vedao.

Vrias foras diferentes causam um impacto axial sobre as faces da vedao. A fora da mola e a fora hidrulica do lquido bombeado pressionam a vedao enquanto que a fora do filme lubrificante na lacuna de vedao neutraliza isso. Em relao alta presso do lquido, as foras podem ser to potentes que o lubrificante na vedao no consegue neutralizar o contato entre as faces da vedao. Como a fora hidrulica proporcional rea que a presso do lquido afeta, o impacto axial pode ser reduzido somente conseguindo uma reduo da rea com presso.

30

Fig. 1.3.8: Taxa de desgaste para razes diferentes

de balanceamento

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

Taxas de desgaste comparativas vlidas para gua

K = 1.15

K = 1.00

K = 0.85

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

Taxas de desgaste comparativas vlidas para gua

K = 1.15

K = 1.00

K = 0.85

Fig. 1.3.9: Anel de

vedaoVantagens e desvantagens do anel de vedao

Vantagens:Apropriado para lquidos quentes e aplicaes de alta presso

Desvantagens: Depsitos no eixo, como ferrugem, podem impedir o movimento axial do anel de vedao

Fig. 1.3.10: Vedao de fole de borracha

Vantagens e desvantagens da vedao de fole de borracha

Vantagens: Insensvel a depsitos, como ferrugem, no eixo

Apropriada para bombear lquidos contendo slidos

Desvantagens: Imprpria para lquidos quentes e aplicaes dealta presso

Vedao de fole de borracha com geometria de foles dobrveis

A razo de balanceamento (K) de uma vedao de selo mecnico definida como a relao entre a rea A e a rea (B) : K=A/B

K = Razo de balanceamentoA = rea exposta presso hidrulicaB = rea de contato das faces da vedao

Para vedaes de eixo balanceadas, a razo de balanceamento geralmente K=0.8 e para vedaes de eixo no balanceadas a razo de balanceamento normalmente K=1.2.

1.3.3Tiposdevedaesdeselomecnicos

Apresentamos abaixo uma descrio breve dos principais tipos de vedaes de eixos: anel de vedao, fole de vedao e a vedao de uma unidade o cartucho de vedao.

Anis de vedaoEm um anel de vedao, a vedao entre o eixo giratrio e a face de vedao giratria feita atravs de um anel de vedao (figura 1.3.9). O anel de vedao deve ser capaz de deslizar livremente na direo axial para absorver deslocamentos axiais como resultado das mudanas de temperatura e desgaste. O posicionamento Incorreto do assentamento estacionrio pode resultar em atrito, resultando em desgaste necessrio no anel de vedao e no eixo. Os anis de vedao so feitos de diferentes tipos de borracha como NBR, EPDM e FKM, dependendo das condies operacionais.

Vedao de foleUma caracterstica comum das vedaes de foles um fole de metal ou borracha que funciona como um elemento de vedao dinmico entre o anel giratrio e o eixo.

Vedaes de foles de borrachaOs foles de vedao de borracha (consulte a figura 1.3.10) podem ser feitos com diferentes tipos de borracha, como NBR, EPDM e FKM, dependendo das condies operacionais. Dois princpios geomtricos diferentes so usados para o desenho dos foles de borracha:

Foles de rolo Foles dobrveis.

31

32

Vedaes de fole de metalEm uma vedao de selo mecnico comum, a mola produz a fora de fechamento necessria para fechar as faces da vedao. Em uma vedao de fole de metal (figura 1.3.11) a mola foi substituda por fole de metal com uma fora semelhante. O fole de metal atua tanto como uma vedao dinmica entre o anel giratrio e o eixo e como uma mola. O fole possui uma quantidade de ondulaes que proporciona a eles o fora desejada.

Vedaes de cartuchoEm uma vedao de selo mecnico, todas as peas formam uma unidade compacta sobre a luva do eixo, pronta para ser instalada. A vedao de cartucho oferece muitos benefcios comparados s vedaes de eixos mecnicas convencionais, figura 1.3.12.

Descarga

Em certas aplicaes, possvel estender o desempenho da vedao de selo mecnico instalando uma descarga, consulte afigura 1.3.13. A descarga pode abaixar a temperatura da vedao de selo mecnico e impedir a formao de depsitos. A descarga pode ser instalada internamente ou externamente. A descarga interna feita quando um fluxo pequeno do lado de descarga da bomba desviado para a rea da vedao. A descarga interna usada principalmente para prevenir a gerao extra de calor em aplicaes de aquecimento. A descarga externa feita por um lquido de limpeza e usado para assegurar uma operao livre de problemas ao lidar com lquidos abrasivos ou slidos que causam entupimento.

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

Vantagens e desvantagens da vedao de fole de cartucho de metal

Vantagens:Insensveis a depsitos, como ferrugem e cal no eixo

Apropriada para lquidos quentes e aplicaes de alta presso

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

Desvantagens: Falha por fadiga da vedao de selo mecnico pode ocorrer quando a bomba no est corretamente alinhada

Pode ocorrer fadiga como resultado de presses ou temperaturas excessivas

Fig. 1.3.12: Vedao de cartucho

Vantagens da vedao de cartucho:

Manuteno fcil e rpida

O desenho protege as faces da vedao

Mola pr-carregada

Manipulao segura

Fig 1.3.13: Dispositivo de descarga de uma vedao de selo mecnico simples

Seo 1.3Retentoresdeeixosmecnicos

33

Retentoresdeeixosmecnicosduplos

Os retentores de eixos mecnicos duplos so usadas quando a expectativa de vida de retentores de eixos mecnicos simples insuficiente devido ao desgaste causado por slidos ou presses e temperaturas muito altas / baixas. Alm disso, as vedaes de selo mecnicos so usadas com lquidos txicos, agressivos e explosivos para proteger os arredores. H dois tipos de retentores de eixos mecnicos duplos: A vedao de selo mecnico em tandem e a vedao dupla em um arranjo sequencial.

Vedao dupla em tandemEste tipo de vedao dupla consiste de retentores de eixos mecnicos montadas em tandem, que uma atrs da outra, colocadas em uma cmara de vedao separada, consulte a figura 1.3.14.

O arranjo de vedao em tandem deve ser equipado com um sistema de liquido de resfriamento para absorver vazamentomonitorar a taxa de vazamentolubrificar e resfriar a vedao para prevenir congelamentoproteger contra funcionamento a seco estabilizar o filme lubrificanteimpedir a entrada de ar na bomba no caso de vcuo

A presso do lquido de resfriamento deve sempre ser mais baixa que a presso do lquido.

Tandem - circulaoCirculao do lquido de resfriamento via tanque sem presso, consulte a figura 1.3.14. O lquido de resfriamento do tanque elevado circulado pela ao do termossifo e/ou ao de bombeamento na vedao.

Tandem - terminalLquido de resfriamento de um tanque elevado, consulte a figura 1.3.15. No dissipao de calor do sistema.

Tandem - drenagemO lquido de resfriamento flui diretamente pela cmara de vedao para ser coletado para reuso, ou direcionado para drenagem, consulte a figura 1.3.16.

Fig. 1.3.16: Arranjo com vedao em tandem com lquido de resfriamento para drenagem

Fig. 1.3.15: Arranjo de vedao em tandem com terminal de lquido de resfriamento

Fig. 1.3.14: Arranjo de vedao em tandem com circulao de liquido de resfriamento

1.3.4 Combinaes de materiais da face da vedao

Apresentamos abaixo a descrio das combinaes de materiais mais importantes usadas em retentores de eixos mecnicos para aplicaes industriais: Carboneto de tungstnio/carboneto de tungstnio, carboneto de silcio/carboneto de silcio e carboneto de carbono/ tungstnio ou carboneto de carbono/silcio.

Carboneto de tungstnio/carboneto de tungstnio(WC/WC)

Carboneto de tungstnio cementado cobre o tipo de metais duros que so baseados em uma fase do carboneto de tungstnio duro (WC) e geralmente uma fase de aglutinante metlico mais macio. O termo correto carboneto de tungstnio cementado, entretanto, o termo abreviado para carboneto de tungstnio (WC) usado para convenincia.WC com liga de cobalto (Co) somente resistente corroso na gua se a bomba incorporar base metal como ferro fundido.WC com liga de crmio-nquel-molibdnio tem resistncia corroso igual EN 14401.WC sem ligas sinterizadas tem a resistncia corroso mais elevada. Entretanto, a resistncia corroso em lquidos, como hipoclorito no to alta. O par de materiais WC/WC possui as seguintes caractersticas:

Extremamente resistente a desgasteMuito robusto, resiste manipulao brutaPropriedades de funcionamento a seco deficientes. No caso de funcionamento a seco, a temperatura aumenta para vrias centenas de graus Celsius em poucos minutos e consequentemente danifica os anis de vedao.

Se determinada temperatura e presso forem excedidas, a vedao pode gerar rudo. Rudo uma indicao de condies operacionais deficientes que a longo prazo podem causar desgaste na vedao. Os limites de uso dependem do dimetro e desenho da face da vedao.

Para uma combinao da face da vedao WC/WC, o perodo de tempo esperado para aparecimento de rudo pode durar de 3-4 semanas, embora tipicamente, no h ocorrncia de rudo nos primeiros 3-4 dias.

Vedao dupla sequencialEste tipo de vedao a soluo ideal para manipular lquidos abrasivos, agressivos, explosivos que causariam desgaste, dano ou bloqueio em uma vedao de selo mecnico.

A vedao dupla sequencial consiste de duas vedaes de eixos montadas em sequncia em uma cmara de vedao separada, consulte a figura 1.3.17. Este tipo de vedao protege o ambiente ao redor e as pessoas que trabalham com a bomba.

A presso na cmara de vedao dever 1-2 bares mais alta que a presso da bomba. A presso pode ser gerada por:

Uma fonte de presso separada existente. Muitas aplicaes incorporam sistemas pressurizados.

Uma bomba separada, por exemplo, bomba dosadora.

Fig. 1.3.17: Arranjo de vedao sequencial

Cmaradevedaocom barreira de presso do lquido

Lquido bombeado

Barreira de presso do lquido

Seo 1.3Retentoresdeeixosmecnicos

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Carboneto de silcio/carboneto de silcio(SiC/SiC)

Carboneto de silcio/carboneto de silcio (SiC/SiC) uma alternativa para o WC/WC e usada onde a resistncia corroso mais elevada necessria.

A combinao de materiais SiC/SiC possui as seguintes caractersticas:

Material muito frgil que exige manipulao cuidadosa

Extremamente resistente gua

Resistncia corroso extremamente boa. SiC (Q 1s, Q 1P e Q 1G ) corroso difcil, independente do tipo de lquido bombeado. Entretanto, a exceo gua com condutividade deficiente, como gua desmineralizada, que ataca as variantes SiC Q 1s e Q 1P, enquanto que Q 1G resistente corroso neste lquido

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

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

Q 1s, SiC de granulao fina e sinterizao direta

SiC de granulao fina de sinterizao direta com uma pequena de poros minsculos.

Por alguns anos, esta variante de SiC foi usada como material padro para vedao selo mecnico. Os limites de presso e temperatura so ligeiramente menores que aqueles do WC/WC.

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

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

WC/WC.Consequentemente, em gua quente Q 1P / Q 1P combinao gera menos rudo que a combinao WC/WC. Entretanto, o rudo de vedaes de SiC poroso esperado durante o perodo de desgaste de amaciamento de 3 a 4 dias.

Q 1G SiC auto-lubrificante, sinterizado

Variantes materiais SiC contendo lubrificantes secos esto disponveis no mercado. A designao Q

1G

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

Os limites de presso e temperatura de Q 1G / Q 1G so similares a do Q 1P / Q 1P.

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

Caractersticas do carboneto de carbono/tungstnio ou carbono/silcio

Vedaes com uma face de carbono possuem as seguintes caractersticas:

Material muito frgil que exige manipulao cuidadosa

Desgaste por lquidos contendo partculas slidas

Boa resistncia corroso

Boas propriedades de funcionamento a seco (funcionamento a seco temporrio)

As propriedades auto-lubrificantes do carbono tornam a vedao apropriada para uso mesmo em condies de lubrificao insatisfatrias (alta temperatura) sem gerao de rudo. Entretanto, estas condies causaro desgaste na face de carbono da vedao levando reduo da vida til. O desgaste depende da presso, temperatura, dimetro lquido e desenho da vedao. Velocidades bsicas reduzem a lubrificao entre as faces da vedao; como resultado, pode se esperar aumento de desgaste. Entretanto, normalmente este no o caso porque a distncia que as faces da vedao tm para se mover reduzida.

35

36

Carbono impregnado de metal (A) oferece resistncia corroso limitada, mas resistncia mecnica melhorada, condutividade de calor e desse modo, reduo do desgaste

Com resistncia mecnica reduzida, mas maior resistncia corroso, carbono impregnado de resina sinttica (B) cobre um campo amplo de aplicaes. O carbono impregnado de resina sinttica aprovado para gua potvel O uso de carbono/SiC para aplicaes com gua quente pode causar bastante desgaste no SiC, dependendo da qualidade do carbono e da gua. Este tipo de desgaste se aplica ao Q1S/carbono. O uso de Q1P, Q 1G ou carbono/ WC causa muito menos desgaste. Assim, carbono/ WC, carbono/Q1P ou carbono/Q1G para sistemas de gua quente

1.3.5 Fatores que afetam o desempenho da vedao

Como mencionado anteriormente, nenhuma vedao totalmente pressionada. Nas prximas pginas, apresentaremos os fatores que tm impacto sobre o desempenho da vedao: Consumo de energia, rudo e vazamento. Estes fatores sero apresentados individualmente. Entretanto, importante destacar que eles esto intimamente relacionados e assim sendo, devem ser considerados como um todo.

Consumo de energia

No novidade que a vedao precisa de energia para girar. Os seguintes fatores contribuem para o consume de energia, que a perda de energia de uma vedao de selo mecnico:

Ao centrfuga de bombeamento das peas giratrias. O consume de energia aumenta dramaticamente com a velocidade da rotao (para a terceira energia).

Atrito da face da vedao. O atrito entre as duas faces da vedao consiste de atrito no filme de do lquido fino atrito devido aos pontos de contato entre as faces da vedao.

O nvel de consumo de energia depende do desenho da vedao, condies de lubrificao e materiais da face da vedao.

A figura 1.3.18 um exemplo tpico de consumo de energia de uma vedao de selo mecnico. A figura mostra que o atrito de at 3600 rpm o motivo principal do consumo de energia da vedao de selo mecnico. O consumo de energia , principalmente em relao s caixas de espanque, um problema importante. Como se observar no exemplo, substituir uma caixa de empanque por uma vedao de selo mecnico leva a uma economia de energia considervel, consulte a figura 1.3.19.

Velocidade (rpm)0

0

50

100

150

200

250

2000 4000 6000 8000 10000 12000

Perda de energia (W)

3600

Ao de bombeamento

Atrito

Fig. 1.3.18: Consumo de energia de uma vedao de selo mecnico de 12 mm

Velocidade (rpm)0

0

50

100

150

200

250

2000 4000 6000 8000 10000 12000

Perda de energia (W)

3600

Ao de bombeamento

Atrito

Seo 1.3Retentoresdeeixosmecnicos

37

Bar

25

20

15

10

5

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

Rudo

Faixa de operao

Velocidade 3000 rpm

Velocidade 1800 rpm

Velocidade 1200 rpm

Velocidade 600 rpm

Fig. 1.3.20: Relao entre faixa de operao e velocidade

Bar

25

20

15

10

5

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

Rudo

Faixa de operao

Velocidade 3000 rpm

Velocidade 1800 rpm

Velocidade 1200 rpm

Velocidade 600 rpm

Rudo

A escolha dos materiais da face da vedao decisiva para o funcionamento e vida da vedao de selo mecnico. A gerao de rudo resultado das condies de lubrificao deficientes em vedaes que manipulam lquidos de baixa viscosidade. A viscosidade da gua diminui com o aumento da temperatura. Isto significa que as condies de lubrificao diminuem conforme a temperatura aumenta. Se o lquido bombeado atinge ou excede a temperatura de ebulio, o lquido na parte da face da vedao evapora, que resulta em um diminuio adicional nas condies de lubrificao. Uma reduo na velocidade tem o mesmo efeito, consulte a figura 1.3.20.

Vazamento

Inversamente, menos vazamento significa piores condies de lubrificao e aumento de atrito. Na prtica, a quantidade de vazamento de perda de energia que ocorre nas vedaes de selo mecnicos pode variar. O motivo que o vazamento depende de fatores que so impossveis de quantificar teoricamente por causa do tipo das faces da vedao, tipo de lquido, mola, carga,etc. Portanto, a figura 1.3.21 deve ser entendida como uma orientao.

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

Passo1: Ler a presso neste caso 5 bares

Passo2: Vedao no balanceada de 30 mm

Passo3: Velocidade 3000 rpm

Passo4: Taxa de vazamento 0,06 ml/h

Fig. 1.3.21: Taxas de vazamento

Fig. 1.3.19: Caixa de empanque versus vedao de selo mecnico

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

Consumo de energiaCaixa de empanque 2.0 kWhVed. selo mecnico 0.3 kWh

VazamentoCaixa empanque 3.0 l/h (quando montada corretamente)Ved. selo mecnico 0.8 ml/h

Captulo 1. Desenho de bombas e motores

Seo 1.4: Motores

1.4.1 Normas1.4.2 Partida no motor1.4.3 Tenso de alimentao1.4.4 Conversor de frequncia1.4.5 Proteo do motor

Motores so usados em muitas aplicaes ao redor do mundo. A finalidade de um motor eltrico criar rotao, ou seja, converter energia eltrica em energia mecnica. As bombas funcionam com energia mecnica que fornecida por motores eltricos.

1.4.1Padres

NEMAA National Electrical Manufacturers Association (NEMA) estabelece padres para uma ampla gama de produtos eltricos, incluindo motores. A NEMA est principalmente associada a motores usados na Amrica do Norte. Os padres representam as prticas industriais gerais e so apoiados pelos fabricantes de equipamentos eltricos. Os padres podem ser encontrados na Publicao de Padres da NEMA No. MG1. Alguns motores grandes podem no se encaixar nas padres da NEMA.

DiretrizesemtodosdeproteomotoresEx

IECA International Electrotechnical Commission (IEC) estabelece padres para motores usados em muitos pases do mundo. O padro IEC 60034 contm os prticas eltricas recomendadas que foram desenvolvidos pelos pases participantes da IEC.

Fig. 1.4.1: Motor eltrico

Fig. 1.4.2: Padres NEMA e IEC

Seo 1.4 Motores

40

ATEX (ATmosphre EXplosible) refere-se a duas diretrizes europias sobre risco de exploso dentro de reas diferentes. A diretriz ATEX envolve equipamento eltrico, mecnico, hidrulico e pneumtico. Quanto ao equipamento mecnico, os requisitos de segurana na diretriz ATEX asseguram que os componentes de bombas, como vedaes de eixos e rolamentos no aquecem e inflamam gs e poeira. A primeira diretriz ATEX (94/9/ EC) trata de requisitos para equipamentos para uso em reas com risco de exploso. O fabricante deve satisfazer os requisitos e classificar seus produtos em categorias. A segunda diretriz ATEX (99/92/EC) trata dos requisitos mnimos de segurana e sade que o usurio deve satisfazer, ao trabalhar em reas com risco de exploso. Diferentes tcnicas so usadas para prevenir que o equipamento eltrico se torne uma fonte de ignio. No caso de motores eltricos, os tipos de proteo d ( prova de fogo), e (segurana aumentada) e nA (sem fascas) so aplicados em relao a gs e DIP (a prova de ignio por poeira) aplicado em relao poeira..

Motores a prova de fogoproteotipoEExd(de) Em primeiro lugar, motores a prova de fogo EExd (tipo de) so equipamentos de categoria 2G para uso na zona 1. A carcaa do estator e as flanges isolam as peas do motor a prova de fogo que podem incendiar em uma atmosfera potencialmente explosiva. Devido ao isolamento, o motor capaz de suportar a presso que acompanha a exploso de uma mistura explosiva dentro do motor. A propagao da exploso para a atmosfera ao redor do isolamento assim evitada, pois a exploso resfriada atravs das passagens de chamas. O tamanho das passagens definido na norma EN 50018. A temperatura da superfcie do isolamento a prova de fogo deve estar sempre de acordo com as classes de temperatura.

Motores de segurana aumentadaproteotipoEEx(e)Motores de segurana aumentada (tipo e) so equipamentos categoria 2G para uso na zona 1. Estes motores no so a prova de fogo e no construdos para suportar uma exploso interna. A construo deste motor baseada na segurana contra

Usurio Fabricante

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

Risco

Menor

Risco

Potencial

Risco

Constante

Equipamento Categoria 3(3G/3D)

Equipamento Categoria 2(2G/2D)

Equipamento Categoria 1(1G/1D)

Zona: 0 ou 20

Zona: 1 ou 21

Zona: 1 ou 21

Zona: 2 ou 22

Zona: 2 ou 22

Fig 1.4.4: A exploso ocorre dentro do motor e levado para fora do motor pelas passagens de chamas. A classificao da temperatura para motores prova de fogo vlida para superfcies externas.

Fig 1.4.3: : A ligao entre as zonas e categorias de equipamentos um requisito mnimo Se as regras nacionais forem mais rgidas, elas so aquelas que devem ser seguidas.

Fig 1.4.5: Para maior segurana, no pode ocorrer fascas nos motores EExe. A classificao da temperatura cobre as superfcies internas e externas.

Fig 1.4.6: Com motores sem fasca ExnA, provavelmente no ocorre ignio.

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possveis temperaturas excessivas e ocorrncia de fascas e arcos durante a operao normal e quando um erro previsvel ocorre. A classificao de temperatura para segurana aumentada dos motores vlida tanto para superfcie interna quanto externa, e portanto importante observar a temperatura de enrolamento do estator.

MotoresantifascasproteotipoEx(nA)Motores antifascas (tipo nA) so equipamento categoria 3G para uso em zona 2. Esses motores no podem de maneira alguma inflamar uma atmosfera potencialmente explosiva em operao normal ver figura 1.4.6.

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

2D/categoria 2 equipamentosDe modo a evitar que a eletricidade esttica cause ignio, a ventoinha de arrefecimento numa categoria de motor 2 DIP para uso em zona 21 (rea com perigo potencial de exploso) feito de metal. Da mesma forma, para minimizar o risco de ignio, o terminal de terra externo est sujeito a exigncias de construo mais severas. A temperatura externa da superfcie do recinto a que est indicada na placa do motor e corresponde ao desempenho de funcionamento durante as piores condies permitidas para o motor. Motores para uso na zona 21 (rea com perigo potencial de exploso) tem que ser protegido IP65, que completamente protegido contra poeira.

3D/categoria 3 equipamentos

Tipo de proteo

CdigoPadres Uso em A TEX

categoria/Zona

TPrincipio AplicaoCENELEC

ENIEC

60079

Requisitosgerais

- 50014 - 0 - Requisitos eltricos bsicos Todos equipamentos

Imerso leo o 50015 - 6Categoria 2Zona 1

Componentes eltricos imersos em leo excluindo atmosfera explosiva de ignio Transformadores

Pressurizador p 50016 - 2Categoria 2Zona 1

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

Comutao e gabinetes de controle, motores graneds

Preenchido p q 50017 - 5Categoria 2Zona 1

Partes eltricas so circundadas com p por ex. quartzo para evitar contato com atmosfera explosiva

Aparelhos eltricos, ex. capacitores, fusveis.

prova de fogo d 50018 - 1Categoria 2Zona 1

Equipamento eltrico do receptculo o qual, se h uma exploso interna no inamar a atmosfera circundante

Maior segurana

e 50019 - 7Mtodos adicionais so usados para eliminar arcos, fagulhas, e superfcie quente capaz de inamar atmosfera inamvel

Segurana Intrnseca

ia

ib

50020

50020

- 11

- 11

Categoria 1Zona 0

Categoria 2Zona 1

Energia eltrica em no equipamento est limitada de modo que os circuitos no podem inamar uma atmosfera por fascas ou aquecimento

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

Encapsulamento m 50028 - 18Categoria 2Zona 1

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

Aparelhos de medida e controle, vlvulas solenoides

Tipo de proteoprotec

nA 50021 - 15Categoria 3Zona 2 Sem formao de arco e sem fasca

Nota: Grupo II Atmosferas P so cobertas pela CENELEC EN 50281-1 E EN 50281-2

Motores CA, painis de controle, equipamentos de iluminao

Categoria 2Zona 1

Motores CA, terminais e cx. de conexo, equip. de iluminao, motores tipo gaiola de esquilo

Motores CA, caixas terminais, aparelhos de iluminao

Fig 1.4.7: Padres e mtodos de proteo

42

Seo 1.4 Motores

A temperatura indicada na categoria 3 motor DIP para uso em zona 22 (reas com menos perigo de exploso) corresponde ao desempenhos de funcionamento sob as piores condies permitidas para aquele motor especifico. Um motor para uso em zona 22 tem que ser protegido IP 55, que protegido contra poeira. A proteo IP a nica diferena entre equipamento categoria 2D e equipamento categoria 3D.

Montagem(MontagemInternacionalIM)

Existem trs modos diferentes de montagem: motor de montagem em pedestal, motor com flange de fixao com flange de orifcio livre (FF) e motor com flange de fixao com flange de orifcio roscados (FT). A figura 1.4.8 mostra as diferentes formas de montagem de um motor e as normas que se aplicam para as fixaes. A montagem de motores estabelecida de acordo com os seguintes padres:

IEC 60034-7 Cdigo I, ou seja. designao IM seguida pelo cdigo DIN 42590 anteriormente usado

IEC 60034-7, Cdigo II

Classe de proteo(ProteocontraaEntradaIP)

A classe de proteo determina os graus de proteo do motor contra a entrada de objetos slidos e gua. A classe de proteo determinada por meio de duas letras IP seguidas por dois dgitos, por exemplo IP55. O primeiro dgito corresponde a proteo contra contato e entrada de objetos slidos e o segundo digito a proteo contra a entrada de gua, ver figura 1.4.9.

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

Fig 1.4.9: A classe de proteo determinada por meio de dois dgitos IP seguidos por duas letras; por exemplo IP55

IM B3

IM 1001

IM B5

IM 3001

IM V1

IM 3011

IM B14

IM 3601

IM V18

IM 3611

Fig 1.4.8: Diferentes tipos de montagem

Motor de montagem em pedestal

Motor com flange de fixaocomflange de orifcio livre

Motor com flange de fixaocom flange de orifcio roscados

IM B35

IM 2001

43

Tamanho do chassi

Figura 1.4.11 d uma viso geral da relao entre o tamanho do chassi, extremidade do eixo, potencia do motor e tipo de flange e tamanho. Para motores de tamanho de chassi 63 at e incluindo 315M. a relao est especificada em EN 50347. Para motores com tamanho de chassi 315L e maior, nenhum padro cobre esta relao. A figura mostra onde no motor os diferentes valores que formam o tamanho do chassi so medidos.

Flanges e extremidade do eixo esto de acordo com EN 50347 e IEC 60072-1. Algumas bombas tm um acoplamento, o que requer uma extremidade de eixo do motor lisa ou uma extenso do eixo especial que no est definido nas normas.

Classe de Isolamento

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

IEC100L(NestecasoL=140mm)

100m

m

Distnciaentre orifcios

B3

Classe

B

F

H

Temperatura ambiente mxima

(C)

40

40

40

Aumento mximo de temperatura

(K)

80

105

125

Zona de sobretemperatura

(K)

10

10

15

Temperatura mx. de enrolamento

(Tmax) (C)

130

155

180

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

Fig 1.4.10: Tamanho chassi

140 mm

44

Seo 1.4 Motores

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

45

Partidadireta

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

Partidaestrela-tringulo

O objetivo deste mtodo de inicializao, que usado em motores de induo trifsicos, reduzir a corrente de inicializao. Numa posio, o fornecimento de corrente para os enrolamentos do estator conectado em estrela (Y) para a inicializao. Em outras posies, o fornecimento de corrente reconectado aos enrolamentos em delta () uma vez que o motor ganhou velocidade.

Inicializao por autotransformador

Como o nome indica, a inicializao por autotransformador utiliza um autotransformador. O autotransformador colocado em srie com o motor durante a partida e varia a tenso para cima at tenso nominal entre dois a quatro passos.

Partidasuave

Uma partida suave , como voc esperaria, um dispositivo que garante uma partida suave de um motor. Isso feito pelo aumento da tenso at um tempo de aumento de tenso pr-determinado.

Partidaporconversordefrequncia

Conversores de frequncia so designados para alimentao continua de motores, mas eles tambm podem ser usado para partida suave.

1.4.2 Inicializao do motor

Distinguimos entre modos diferentes de inicializao do motor: partida direto, partida estrela-tringulo, partida por autotransformador, partida suave e partida conversor de frequncia. Cada um desses mtodos tem seus prs e contras, ver figura 1.4.13.

Fig 1.4.13: Mtodo de inicializao

46

Seo 1.4 Motores

1.4.3 Tenso de alimentao

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

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

Para motores que so designados conforme a norma IEC 60034-1 com uma ampla faixa de tenso, por exemplo, 380-415V, a tenso principal tem uma tolerncia de 5%.

A temperatura mxima admissvel para a real classe de isolamento no excedida quando o motor operado dentro da faixa de tenso nominal. Para condies nos limites extremos, a temperatura sobre tipicamente aproximadamente 10 Kelvin..

1.4.4 Conversor de frequncia

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

Rudo acstico do motor, que s vezes transmitido para o sistema como rudo perturbador

Picos de alta tenso na sada do conversor de frequncia para o motor

Fig 1.4.14: Tenses Tpicas

Fig 1.4.15: Tenses principais de acordo com IEC 60038

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Isolamento para motores com conversor de frequncia

Em conexo com motores com conversores de frequncia, ns distinguimos entre diferentes tipos de motores, com diferentes tipos de isolamento.

Motores sem isolamento de fasePara motores construdos sem o uso de isolamento de fase, tenses contnuas (RMS) acima de 460 V podem aumentar o risco de descargas perturbadoras nos enrolamentos e, portanto, a destruio do motor. Isso se aplica a todos os motores construdos de acordo com esses princpios. A operao contnua com picos de tenso acima de 650 V pode causar danos ao motor.

Motores com isolamento de faseEm motores trifsicos, o isolamento de fase normalmente usado e consequentemente, precaues especficas no so necessrias se o fornecimento de tenso menor do que 500V.

Motores com isolamento reforadoEm conexo com tenses de alimentao entre 500 V e 690V, o motor tem que ter isolamento reforado ou ser protegido com filtros delta U/delta t. Para alimentao de tenses de 690V e maiores, o motor tem que ser equipado com ambos os filtros de isolamento reforado delta U/delta t.

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

Fig 1.4.16: Estator com isolamento de fase

Isolamento de fase tambm conhecido como papel de fase

48

Seo 1.4 Motores

Eficinciadomotor

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

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

Perdas independentes da carga no motor se referem a:Perdas de ferro (perdas do ncleo) Perdas mecnicas (frico)

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

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

1.4.5Proteodomotor

Os motores quase sempre so protegidos contra temperaturas abrangentes as quais podem causar danos ao sistema de isolamento. Dependendo da construo do motor e da aplicao a proteo trmica tambm pode ter outras funes, por exemplo, prevenir que temperaturas danosas no conversor de frequncia se ele est montado no motor.

O tipo de proteo trmica vria com o tipo do motor. A construo do motor juntamente com o consumo de potencia deve ser levada em considerao quando escolhendo a proteo trmica. De modo geral, os motores tem que ser protegidos contra as seguintes condies:

Errosquecausamaumentolentodetem-peratura nos enrolamentos:Sobrecarga lentaLongos perodos de inicializaoResfriamento reduzido/falta de resfriamentoTemperatura ambiente aumentadaPartidas e paradas frequentesFlutuao de frequnciaFlutuao de tenso

Erroscausandoaumentorpidodetemper-atura nos enrolamentos:Rotor bloqueadoFalha de fase

Por cento da carga nominal

Porc

ento

50 5 50500

00

0

40

0

0

0

0.4

0.

0.

EcinciaFator de potencia

Cos

j

Por cento da carga nominal75 55 75

5

75

7 5

75 7

Eci

nci

a %

Fig 1.4.17: Eficincia vs fator de potncia da carga vs carga (desenho esquemtico)

Fig 1.4.18: A relao entre eficincia e carga nominal de motores de tamanhos diferentes (desenho esquemtico)

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ProteoTrmica(TP)

De acordo com a norma IEC 60034-11, a proteo trmica do motor tem que estar indicada na placa com a designao TP. A figura 1.4.19 mostra uma viso geral das designaes TP.

TermistoresPTCTermistores PTC (Termistores de Coeficiente de Temperatura Positiva) podem ser equipados nos enrolamentos de um motor durante a produo ou adaptados depois. Geralmente, 3 PTCs so montados em srie; 1 em cada fase de enrolamento. Eles podem ser comprados com temperaturas de disparo variando de 90C a 180C em 5 nveis de graus. PTCs tm que estar conectados a um rel de termistor, que detecta o aumento rpido na resistncia do termistor quando ele alcana sua temperatura de disparo. Estes dispositivos so no-lineares. Na temperatu