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GRUNDFOS INDUSTRY MANUAL DE BOMBAS

Manual de bombas exemplo lcc

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  • 1. GRUNDFOS INDUSTRYMANUAL DE BOMBAS

2. MANUAL DE BOMBACopyright 2004 GRUNDFOS Management A/S. Todos os direitos reservados.As leis de direitos autorais e tratados internacionais protegem este material.Nenhuma parte deste material pode ser reproduzida sob qualquer forma ou porqualquer meio sem prvia permisso por escrito da GRUNDFOS Management A/S.Iseno de ResponsabilidadeTomamos todo cuidado necessrio para garantir a exatido do contedo deste material, entretanto, a GRUNDFOS Management A/S no ser responsvel por qualquerperda, quer seja direta, indireta, incidental ou consequente que possa surgir do usoou confiana depositada sobre qualquer contedo deste material. 3. IntroduoA indstria fabril tem uma elevada demanda pesada por bombas, quandose trata de uma tima operao, alta confiabilidade e baixo consumo deenergia. Por esse motivo, a Grundfos desenvolveu o Manual de Bomba,que, de maneira simples, aborda com vrias consideraes ao dimensionarbombas e sistemas de bombas.Elaboramos um manual para engenheiros e tcnicos que trabalhamcom o projeto e instalao de bombas e sistemas de bombas, contendorespostas para uma ampla variedade de perguntas tcnicas especficassobre as bombas. O Manual de Bombas pode ser lido do princpio ao fim ouparcialmente sobre tpicos especficos.O manual est dividido em 5 captulos, os quais abordam as diferentesfases do projeto de sistemas de bombas.No captulo 1 fazemos uma apresentao geral de diferentes tipos debombas e componentes. Aqui tambm descrevemos quais precauestomar ao lidar com lquidos viscosos. Alm disso, os materiais mais usados,assim como os diferentes tipos de corroso so apresentados aqui. Asterminologias mais importantes relacionadas leitura do desempenhodas bombas so apresentadas no captulo 2. O Captulo 3 aborda ossistemas hidrulicos e alguns dos fatores mais importantes a considerarpara se obter uma tima operao do sistema de bombas. Visto que frequentemente necessrio ajustar o desempenho da bomba por meiode 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 consumode energia desempenha um papel importante nas bombas e sistemas debombas de hoje.Esperamos sinceramente que voc faa uso do Manual de Bomba e oconsidere til no seu trabalho dirio.Diretor de Segmento Especialista em AplicaoMogens Roy Olesen Christian R. Bech 4. Captulo 1 Design de bombas e motores.................................7Seo 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 desuco 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 16Seo 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 .............................24Seo 1.3 Vedaes de eixos mecnicos...............................271.3.1 Componentes e funo da vedaode eixo mecnico.................................................................291.3.2 Vedaes de eixos mecnicos balanceadose no balanceados .............................................................301.3.3 Tipos de vedaes de eixos mecnicos....................... 311.3.4 Combinaes de materiais da faceda vedao.............................................................................341.3.5 Fatores que afetam o desempenhoda vedao.............................................................................36Seo 1.4 Motores.......................................................................... 391.4.1Padres ..................................................................................... 401.4.2 Partida no motor................................................................. 461.4.3 Tenso de alimentao.................................................... 471.4.4 Conversor de frequncia................................................. 471.4.5 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 desempenhode uma bomba centrfuga......................................................... 551.5.4 Seleo da bomba correta para um lquidocom anticongelante ......................................................................561.5.5 Exemplo de clculo ....................................................................... 581.5.6 Seleo da bomba com auxlio de computadorpara lquidos densos e viscosos................................................ 58Seo 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........................................................................73Captulo 2 Instalao e leitura dodesempenho .....................................................................................75Seo 2.1 Instalao da bomba ................................................762.1.1 Nova instalao.....................................................................762.1.2 Substituio-instalao existente .................................762.1.3 Fluxo do tubo para instalao debomba nica..........................................................................772.1.4 Limitao de rudos e vibraes......................................782.1.5 Nvel de som (L)......................................................................81Seo 2.2 Desempenho da bomba .........................................832.2.1 Termos hidrulicos................................................................832.2.2 Termos eltricos.....................................................................902.2.3 Propriedades dos lquidos.................................................93ndice 5. Captulo 3 Sistema hidrulico......................................................95Seo 3.1 Caractersticas do sistema .......................................963.1.1 Resistncias nicas...............................................................973.1.2 Sistemas abertos e fechados ............................................98Seo 3.2 Bombas conectadas em srie e paralelas............1013.2.1 Bombas em paralelo..........................................................1013.2.2 Bombas conectadas em srie........................................103Captulo 4 Ajuste do desempenhodas bombas......................................................................................105Seo 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 relativoquando o fluxo reduzido em 20%...........................111Seo 4.2 Solues para bomba comvelocidade controlada ...................................................1144.2.1 Controle de presso constante....................................1144.2.2 Controle de temperatura constante..........................1154.2.3 Presso do diferencial constante emum sistema de circulao..............................................1154.2.4 Controle da presso diferencialcom compensada por fluxo .........................................116Seo 4.3 Vantagens do controlede velocidade......................................................................117Seo 4.4 Vantagens das bombas comconversor de frequncia integrado .......................... 1184.4.1 Curvas de desempenho de bombas comvelocidade controlada.....................................................1194.4.2 Bombas com velocidade controlada emdiferentes sistemas ..........................................................119Seo 4.5 Conversor de frequncia.......................................1224.5.1 Funes e caractersticas bsicas.................................1224.5.2 Componentes do conversorde frequncia......................................................................1224.5.3 Condies especiais referentes aosconversores de frequncia.............................................124Captulo 5 Clculo dos custosdo ciclo de vida ...............................................................................127Seo 5.1 Equao de custos do ciclo de vida....................1285.1.1 Custos iniciais, preo de compra (Cic)..........................1295.1.2 Custos de Instalao ecomissionamento (Cin).....................................................1295.1.3 Custos de energia (Ce)........................................................1305.1.4 Custos operacionais (Co)...................................................1305.1.5 Custos ambientais (Cenv)...................................................1305.1.6 Custos de manuteno e reparos (Cm)......................1315.1.7 Custos de tempo de parada,perda de produo (Cs)...................................................1315.1.8 Custos de desmantelamentoe descarte (Co)......................................................................131Seo 5.2 Clculo dos custosdo ciclo de vida um exemplo ...................................132Apndice............................................................................................133A) Notaes e unidades........................................................134B) Tabelas de converso de unidades.............................135C) Prexos SI e alfabeto grego...........................................136D) Presso do vapor e densidade da guaem diferentes temperaturas........................................137E) Orifcio .................................................................................138F) Mudana na presso esttica devido mudana do dimetro do cano...............................139G) Injetores.................................................................................140H) Nomograma para perdas decarga em curvas e vlvulas............................................141I) Nomograma para perda do tubo degua limpa a 20C.............................................................142J) Sistema peridico..............................................................143K) Padres de bombas..........................................................144L) Viscosidade para lquidos diferentescomo funo da temperatura do lquido................145ndice remissivo.............................................................................151 6. Captulo 1. Design de bombas e motoresSeo 1.1: Construo da bomba1.1.1 A bomba centrfuga1.1.2 Curvas da bomba1.1.3 Caractersticas da bomba centrfuga1.1.4 Tipos mais comuns de bombas desuco 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 longoe curtoSeo 1.2 Tipos de bombas1.2.1 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 7. Seo 1.1Construo da bomba1.1.1 Bomba centrfugaEm 1689, o fsico Denis Papin inventou a bombacentrfuga e este tipo de bomba o mais usado aoredor do mundo. A bomba centrfuga construdasobre um princpio simples: O lquido levadoat o cubo do rotor e, atravs da fora centrfuga,ele lanado na direo da periferia dos rotores.A construo razoavelmente barata, robusta esimples e sua alta velocidade possibilita conectara bomba diretamente a um motor assncrono.A bomba centrfuga oferece um fluxo de lquidouniforme e pode facilmente ser acelerado semcausar danos a bomba.Agora, vamos observar a figura 1.1.1, que mostrao fluxo do lquido atravs da bomba. A entradada bomba leva o lquido para o centro do rotorgiratrio de onde lanado para a periferia. Estaconstruo oferece alta eficincia e apropriadapara lidar com lquidos puros. As bombas, que tmque lidar com lquidos impuros, como bombasde efluentes, so equipadas com um rotor que construdo especialmente para evitar que objetosfiquem armazenados no interior da bomba,consulte a seo 1.2.5.Se ocorrer diferena de presso no sistema enquantoa bomba centrfuga no estiver funcionando, olquido ainda consegue passar atravs da mesmadevido ao seu desenho aberto.Como se pode ver na figura 1.1.2, a bomba centrfugapode ser classificada em diferentes grupos: Bombasde fluxo radial, bombas de fluxo misto e bombas defluxo axial. As bombas de fluxos radial e as bombasde fluxo misto so os tipos mais comuns utilizados.Portanto, iremos nos concentrar somente nestes tiposde bombas nas prximas pginas.Entretanto, apresentaremos brevemente a bombade deslocamento positivo na seo 1.2.8.As diferentes exigncias de desempenho dasbombas centrfugas, especialmente em relao altura manomtrica total, fluxo e instalao,junto com as exigncias de operao econmica,so somente algumas das razes porque existemtantos tipos de bombas. A Figura 1.1.3 mostra osdiferentes tipos de bombas em relao ao fluxo epresso.Fig. 1.1.1: O fluxo do lquido atravs da bombaBomba de fluxo radial Bomba de fluxo misto Bomba de fluxo axialFig. 1.1.2: Diferentes tipos de bombas centrfugasH [m]1 21000064210006421006421064246Bombas de fluxo radialmultiestgiosBombas defluxo radialmonoestgios10Bombas de fluxo mistoBombas de fluxo axial2 46 100 2 46 10002 46 10000 100000Q [m3/h]Fig. 1.1.3: Fluxo e altura manomtrica total paradiferentes tipos de bombas centrfugas8 8. 1.1.2 Curvas das bombasAntes de aprofundarmos no mundo da construo etipos de bombas apresentaremos as caractersticasbsicas das curvas de desempenho das bombas. Odesempenho de uma bomba centrfuga mostradopor um conjunto de curvas de desempenho. Ascurvas de desempenho para uma bomba centrfugaso mostradas na figura 1.1.4. Altura manomtricatotal, consumo de energia, eficincia de consumoe NPSH so mostrados como uma funo no fluxo.Normalmente, as curvas das bombas nas apostilas dedados cobrem somente a parte da bomba. Portanto,o consumo de energia, o valor P2 que tambm estlistado nas apostilas de dados, cobre somente aenergia que entra na bomba consulte a figura1.1.4. O mesmo vale para o valor eficincia, que cobresomente a parte da bomba ( = P).Em alguns tipos de bombas com motor integrado econversor de frequncia possivelmente integrado,por exemplo, bombas com motor blindado (consultea seo 1.2.3), a curva de consumo de energia e acurva cobrem o motor e a bomba. Neste caso, ovalor P1 que deve ser levado em considerao.No geral, as curvss das bombas so projetadas de acordocom o ISO 9906 Anexo A, que especifica as tolernciasdas curvas: Q +/- 9%, H +/-7%, P +9% -7%.Mostramos a seguir uma breve apresentao dasdiferentes curvas de desempenho de bombas.Altura manomtrica total, a curva QHA curva QH mostra a altura manomtrica total, quea bomba capaz de executar em um determinadofluxo. A altura manomtrica total medida em metrosde coluna de lquido/metros [mLC]; normalmente aunidade metro [m] aplicada. A vantagem de se usara unidade [m] como unidade de medida da alturamanomtrica total da bomba que a curva QH no afetada pelo tipo de lquido que bomba tem quemanejar, consulte a seo 2.2 para mais informaes.H[m][%]504070Eficincia60504030201001210864230201000 10 20 30 40 50 60 70 Q [m 3/h]P2[kW]1086420NPSH(m)Consum o de energiaNPSHFig. 1.1.4: Curvas de desempenho tpicas parauma bomba centrfuga. Altura manomtricatotal, consumo de energia, eficincia e NPSH somostrados como uma funo do fluxoQP1 M P2 H3~M PFig. 1.1.5: As curvas para consumo de energia eeficincia normalmente cobrem somente a parteda bomba da unidade i.e. P2 e PH[m]60504030201000 10 20 30 40 50 60 70 80 Q [m3/hFig. 1.1.6: Curva QH tpica para uma bombacentrfuga; fluxo baixo resulta em alturamanomtrica total alta e fluxo alto resulta emaltura manomtrica total baixa9 9. Eficincia, a curva A eficincia a relao entre a energia fornecida ea quantidade de energia utilizada. No mundo dasbombas, a eficincia P a relao entre a energia,que a bomba fornece para a gua (PH) e a entradade 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 manomtricatotal em m.Para gua a 20oC e com Q medido em m3/h e H emm, a energia hidrulica pode ser calculada como:Como aparece a partir da curva de eficincia, aeficincia depende do ponto de operao da bomba.Portanto, importante selecionar uma bomba queseja compatvel com os requisitos de fluxo e queassegure que a bomba esteja funcionando na reade fluxo mais eficiente.Consumo de energia, a curva P2A relao entre o consumo de energia da bombae o fluxo mostrada na figura 1.1.8. A curva P2da maioria das bombas centrfugas semelhante curva na figura 1.1.8 onde o valor P2 aumentaquando o fluxo aumenta.Curva NPSH (Altura Manomtrica de SucoPositiva Lquida)O valor NPSH de uma bomba a presso mnimaabsoluta (consulte a seo 2.2.1) que deve estarpresente no lado de suco da bomba para evitarcavitao. O valor NPSH medido em [m] edepende do fluxo; quando o fluxo aumenta, o valorNPSH tambm aumenta; figura 1.1.9. Para maisinformaes sobre cavitao e NPSH, v para aseo 2.2.1.[%]807060504030201000 10 20 30 40 50 60 70 Q [m 3/h]Fig. 1.1.7: Curva de eficincia de uma bombacentrfuga tpicaP2[kW]10864200 10 20 30 40 50 60 70 Q [m 3/h]Fig. 1.1.8: Curva de consumo de energia de umabomba centrfuga tpicaNPSH[m]10864200 10 20 30 40 50 60 70 Q [m 3/h]p =PHP2= . g . Q . HP2 x 3600Fig. 1.1.9: Curva NPSH de bomba centrfugatpicaPH = 2.72 . Q . H [W]10Seo 1.1Construo da bomba= Q . H . g .3600 x pP2 10. 1.1.3 Caractersticas da bomba centrfugaA bomba centrfuga possui vrias caractersticase as mais importantes sero apresentadas nestaseo. Mais adiante neste captulo forneceremosuma descrio mais detalhada dos diferentes tiposde bombas. Nmero de fasesDependendo do nmero de rotores na bomba,uma bomba centrfuga pode ser uma bombamonoestgio ou uma bomba multiestgio. Posio do eixo da bombaAs bombas monoestgio e multiestgio soproduzidas com eixos de bomba verticais ouhorizontais. Estas bombas normalmente sonormalmente designadas como bombas horizontaisou verticais. Para mais informaes, v para seo1.1.4. Rotores de suco simples ou de suco duplaDependendo da construo do rotor, uma bombapode ser equipada com um rotor de suco simplesou rotor de suco dupla. Para mais informaes, vpara a seo 1.1.5. Acoplamento de estgiosOs estgios da bomba podem ser arranjados deduas maneiras diferentes: em srie e em paralelo,consulte a figura 1.1.10. Construo da carcaa da bombaDiferenciamos entre dois tipos de carcaa de bomba:Carcaa Voluta e carcaa de canal de retorno compalhetas guia. Para mais informaes, v para aseo 1.1.6.Fig 1.1.10: Bomba dupla com rotoresacoplados em paralelo11 11. Seo 1.1Construo da bomba1.1.4 Tipos mais comuns de bomba de suco axial e em linhaSuco axialHorizontalMonoestgioMultiestgioAcoplamento curto Acoplamento curtoAcoplamento longoBomba de suco axial = O lquido entra diretamente no rotor. A entrada e a sada possuemum ngulo de 90. Consulte a seo 1.1.9Bomba em linha = O lquido passa diretamente pela bomba em linha. O cano de suco e o canode descargaso colocados opostos um ao outro e podem ser montados diretamente nosistema de encanamentoBomba com carcaabipartida = Bomba com carcaa dividida axialmente. Consulte a seo 1.2.2Bomba horizontal = Bomba com eixo horizontalBomba vertical = Bomba com eixo verticalBomba monoestgio = Bomba com rotor nico. Consulte a seo 1.1.7Bomba multiestgio = Bomba com vrios rotores acoplados em srie. Consulte a seo 1.1.8Bomba com acoplamentolongo = Bomba conectada ao motor atravs de um acoplamento flexvel. O motor ea bomba possuem construes de rolamentos separados. Consulte a seo1.1.9Bomba com acoplamentocurto = bomba conectada ao motor atravs de um acoplamento rgido. Consulte aseo 1.1.912 12. Em linhaHorizontal / VerticalMultiestgioMonoestgioBipartidaMonoestgioAcoplamento longo Acoplamento curto Acoplamento curtoAcoplamento longoHorizontal13 13. 1.1.5 Tipos de rotores (foras axiais)A bomba centrfuga gera presso que exerce forassobre as peas fixas e giratrias da bomba.As peas das bombas so feitas para suportaressas foras. Se as foras axiais e radiais noforem contrabalanceadas na bomba, as forasdevem ser consideradas ao selecionar o sistemade acionamento da bomba (rolamento de contatoangular no motor). Em bombas equipadas comrotor de suco simples, podem ocorrer grandesforas axiais, figuras 1.1.11 e 1.1.12. Estas forasso balanceadas em uma das seguintes formas: Mecanicamente por meio de rolamentosde impulso. Estes tipos de rolamentos soespecialmente projetados para absorver asforas axiais dos rotores Por meio de orifcios de balanceamento no rotor,consulte a figura 1.1.13 Por meio de regulagem do acelerador a partirde um anel de vedao montado na traseira dosrotores, 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 evitadousando rotores de suco dupla (consulte afigura 1.1.16).Fig. 1.1.13: Balanceando asforas axiais em uma bombacentrfuga monoestgio comorifcios de balanceamentosomenteFig. 1.1.14: Balanceandoas foras axiais emuma bomba centrfugamonoestgio com lacunade vedao no lado dedescarga e orifcios debalanceamentoFig. 1.1.15: Balanceando asforas axiais em uma bombacentrfuga monoestgiocom lminas na traseira dosrotoresFig. 1.1.16: Balanceando asforas axiais em um sistemade rotor de suco duploFig. 1.1.11: : Rotor desuco simplesFig. 1.1.12: Bomba padrocom rotor de suco simplesForas AxiaisSeo 1.1Construo da Bomba14 14. 1.1.6 Tipos de carcaas (foras radiais)As foras radiais resultam da presso esttica nacarcaa. Portanto, podem ocorrer deflexes axiaisque levam interferncia entre o rotor e a carcaa.A magnitude e a direo da fora radial dependemda taxa do fluxo e altura manomtrica total.Ao projetar a carcaa da bomba, possvel controlaras foras radiais hidrulicas. Vale a pena mencionardois tipos de carcaas: a carcaa voluta simples ea carcaa voluta dupla. Como se pode observar nafigura 1.1.18, as duas carcaas tm o formato devoluta. A diferena entre as duas que a volutadupla possui uma palheta guia.A bomba de voluta simples caracterizada por umapresso simtrica na voluta no ponto de eficinciatimo, que leva carga radial zero. Em todos osoutros pontos, a presso ao redor do rotor no regular e consequentemente h presena de foraradial.Como se pode observar na figura 1.1.19, a carcaavoluta dupla desenvolve uma fora de reao radialbaixa constante em qualquer capacidade.Os canais de retorno (figura 1.1.20) so usados embombas multiestgio e tm a mesma funo bsicaque as carcaas volutas. O lquido levado de umrotor para o outro ao mesmo tempo, a rotao dagua reduzida e a presso dinmica transformadaem presso esttica. Devido ao projeto circular dacarcaa do canal, no h foras radiais presentes.1.1.7 Bombas monoestgioGeralmente, as bombas monoestgio so usadasem aplicaes que no exigem uma alturamanomtrica total de mais de 150 m. Normalmente,as bombas monoestgio operam no intervalo de2-100 m.As bombas monoestgio so caracterizadas porfornecer uma altura manomtricabaixa em relao ao fluxo, consulte a figura 1.1.3.A bomba monoestgio produzida no desenhovertical e horizontal, consulte as figuras 1.1.21 e1.1.22.Fig. 1.1.17: Rotor de Foras radiaisCarcaa VolutaCarcaa volutadupla1.0 Q /QoptFora RadialCarcaa voluta duplasuco simplesFig. 1.1.19: Fora radial paracarcaa voluta simples e duplaFig. 1.1.22: Bombacom acoplamentocurto em linhamonoestgioverticalFig. 1.1.21: Bomba comacoplamento curto desuco axial monoestgioFig. 1.1.20: Bombaem linha multiestgiovertical com carcaa decanal de retornoCanal de retorno15Fig. 1.1.18: Carcaa voluta simples 15. Fig. 1.1.25: Bomba comacoplamento longo comacopla mento bsicoFig. 1.1.26: Bomba com acoplamento longo comacopla mento de espaador1.1.8 Bombas multiestgioBombas multiestgio so usadas em instalaesonde uma altura manomtrica elevada necessria. Diversas fases so conectadas em sriee o fluxo guiado desde a sada de uma fase ata entrada da prxima. A altura manomtrica finalque uma bomba multiestgio pode proporcionar igual soma da presso que cada estgio podeproporcionar.A vantagem das bombas multiestgio queelas proporcionam uma altura manomtricaelevada em relao ao fluxo. Como as bombasmonoestgio, as bombas multiestgio estodisponveis nas verses vertical e horizontal,consulte as figuras 1.1.23 e 1.1.24.1.1.9 Bombas com acoplamento longoe bombas com acoplamento curtoBombas com acoplamento longoBombas com acoplamento longo so bombas comacoplamento flexvel que conecta a bomba e omotor. Este tipo de acoplamento est disponvelcomo acoplamento bsico ou como acoplamentode espaador.Se a bomba estiver conectada ao motor por umacoplamento bsico, necessrio desmontar omotor quando a bomba precisar de manuteno.Portanto, necessrio alinhar a bomba namontagem, consulte a figura 1.1.25.Por outro lado, se a bomba estiver equipada comum acoplamento de espaador, possvel fazer amanuteno 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 duasmaneiras a seguir: A bomba tem o rotor montadodiretamente sobre o eixo estendido do motor ou abomba tem um motor padro e um acoplamentorgido ou acoplamento de espaador, consulte asfiguras 1.1.27 e 1.1.28.Fig. 1.1.24: Bomba desuco axial multiestgioFig. 1.1.23: Bomba horizontalem linha multiestgioverticalFig. 1.1.27: Bomba comacoplamento curto comacoplamento rgidoFig. 1.1.28: Diferentes tipos de acoplamentoTipo acoplam entobsic oBomba comacoplamentolongo comacoplamentoflexvelBomba comacoplamentocurto comacoplamentorgidoAcoplam ento deespaador (opci)onalSeo 1.1Construo da bomba16 16. Fig. 1.2.1:Bomba padro comacoplamento longoFig. 1.2.2: Bomba padro comeixo simplesFig. 1.2.3: Bomba com carcaabipartida com acoplamento longoFig. 1.2.4: Bomba comcarcaa bipartida comrotor de suco duplaSeo 1.2Tipos de bomba1.2.1 Bombas padroPoucas normas internacionais tratam de bombascentrfugas. Na verdade, muitos pases possuemseus prprios padres, que mais ou menossobrepem uns aos outros. Uma bomba padro aquela compatvel com as regulamentaesoficiais, como, por exemplo, o ponto de operaoda bomba. Relacionamos abaixo alguns exemplosde padres internacionais para bombas: EN 733 (DIN 24255) se aplica s bombascentrfugas de suco axial, tambm conhecidascomo bombas de gua padro com pressonominal (PN) de 10 bar. EN 22858 (ISO 2858) se aplica s bombascentrfugas, tambm conhecidas como bombasqumicas padro com presso nominal (PN) de16 bar, consulte o apndice K.As normas mencionadas acima cobrem asdimenses de instalao e os pontos de operaode diferentes tipos de bombas. Quanto s peashidrulicas destas bombas, elas variam de acordocom o fabricante - deste modo, no h padresinternacionais determinados para estas peas.Bombas, que so projetadas de acordo com ospadres, oferecem vantagens ao usurio finalrelacionadas instalao, assim como servio,peas de reposio e manuteno.1.2.2 Bombas com carcaa bipartidaUma bomba com carcaa bipartida umabomba cuja carcaa dividida axialmente emduas partes. A Figura 1.2.4 mostra uma bombamonoestgio com carcaa bipartida com rotorde suco dupla. A construo com entradadupla elimina as foras axiais e assegurauma expectativa de vida til mais longa dosrolamentos. Geralmente, as bombas com carcaabipartida so mais eficientes, tem manutenomais fcil e uma faixa de desempenho ampla.17 17. Seo 1.2Tipos de bomba1.2.3 Bombas hermeticamente seladasNo de surpreender que a guia de entradado eixo da bomba deve ser selada. Geralmente,isto feito atravs de um retentor mecnicodo eixo, consulte a figura 1.2.5. A desvantagemdo retentor mecnico do eixo so suaspropriedades deficientes quando se tratade manipulao lquidos txicos e agressivos,que, consequentemente, levam a vazamento.At certo ponto estes problemas podem serresolvidos usando um retentor mecnico duplodo eixo. Outra soluo para estes problemas usar uma bomba hermeticamente selada.Diferenciamos estes dois tipos de bombashermeticamente seladas: Bombas com motorblindado e bombas com acionamento magntico.Informaes adicionais sobre estas bombas soencontradas nos prximos pargrafos.Bombas com motor blindadoUma bomba com motor blindado umabomba hermeticamente selada com o motore a bomba integrados em uma unidade semretentor, consulte as figuras 1.2.6 e 1.2.7. Olquido bombeado entra na cmara do rotor que separado do estator por uma blindagem finado rotor. O rotor pode servir como uma barreirahermeticamente selada entre o lquido e o motor.As bombas qumicas so feitas de materiaiscomo plstico ou ao inoxidvel que podemsuportar lquidos agressivos.O tipo mais comum de motor blindado abomba circuladora. Este tipo de bomba usadotipicamente em circuitos de aquecimento, poissua construo produz baixo rudo e a operao livre de manuteno.LiquidoRetentorAtmosferaFig. 1.2.5: Exemplo de bomba padro com retentormecnico do eixoBlindagemdo motorFig. 1.2.6: Bomba qumica com motor blindadoBlindagemdo MotorFig. 1.2.7: Bomba circuladora com motor blindado18 18. Bombas com acionamento magnticoNos ltimos anos, as bombas com acionamentomagntico tm se tornado cada vez maispopulares para transferncia de lquidos txicose agressivos.Como mostrado na figura 1.2.8, a bomba comacionamento magntico composta por doisgrupos de magnetos; um magneto interno eum magneto externo. Uma blindagem nomagnetizada pode separar estes dois grupos.A blindagem serve como uma barreirahermeticamente selada entre o lquido e aatmosfera. Como ilustrado na figura 1.2.9, omagneto externo conectado ao acionamentoda bomba e o magneto externo conectadoao eixo da bomba. Por meio disto, o torquedo acionamento da bomba transmitido parao eixo da bomba. O lquido bombeado servecomo lubrificante para os rolamentos da bomba.Portanto, ventilao suficiente crucial para osrolamentos.Magnetos externos Magnetos internosBlindagemFig. 1.2.8: Construo do acionamento magnticoMagnetosinternosBlindagemMagnetosexternosFig. 1.2.9: Bomba multiestgio com acionamentomagntico19 19. Fig. 1.2.10: Bomba sanitriaFig.1.2.11: Bomba sanitria com canal lateral deauto-escorvamento1.2.4 Bombas sanitriasAs bombas sanitrias so usadas principalmentepor indstrias de alimentos, bebidas, farmacuticase de biotecnologia onde muito importante que olquido bombeado seja manipulado suavemente eque as bombas sejam fceis de limpar.Para atender as exigncias de processamentodestas indstrias, as bombas devem ter umasuperfcie spera entre 3,2 e 0,4 m Ra. Isto podeser melhor obtido usando ao inoxidvel forjadoou laminado rolado como materiais de construo,consulte a figura 1.2.12. Estes materiais possuemuma superfcie compacta no porosa que podeser facilmente trabalhada para atender os vriosrequisitos de acabamento de superfcie.As principais caractersticas das bombas sanitriasso facilidade de limpeza e de manuteno.Os fabricantes lderes de bombas sanitriasprojetaram suas bombas para atender os padresa seguir:EHEDG [Grupo de Design de EquipamentoHiginico Europeu]QHD [Design Higinico Qualificado]3-A Padres Sanitrios:3A0/3A1: Padro Industrial/HiginicoRa 3.2 m3A2: Padro EstrilRa 0.8 m3A3: Padro EstrilRa 0.4 mAreia fundidaFundio deprecisoAo roladoFig.1.2.12: Aspereza da superfcie do materialSeo 1.2Tipos de bomba20 20. Fig. 1.2.14: Bomba de efluentes para instalaes secasRotor devrticeRotor decanal simplesRotor decanal duploFig.1.2.13: Detalhe deuma bomba de esgotopara instalaes midas1.2.5 Bombas de efluentesUma bomba de efluentes um equipamentolacrado com uma bomba e um motor. Devidoa sua construo, a bomba de efluentes apropriada para instalao submersa em poos.Trilhos duplos com sistema de autoacoplamentonormalmente so usados em instalaessubmersas. O sistema de autoacoplamentofacilita a manuteno, reparo e substituio dabomba. Devido construo da bomba, no necessrio entrar no poo para executaro servio. Na verdade, possvel conectar edesconectar a bomba automaticamente de forado poo. As bombas de efluentes tambm podemser instaladas secas como bombas convencionaisem instalaes horizontais ou verticais. Damesma forma, este tipo de instalao de fcilmanuteno e reparo e proporciona operaoininterrupta da bomba no caso de inundao dapoo seco, consulte a figura 1.2.14.Normalmente, as bombas de efluentes tmque ser capazes de manejar partculas grandes.Portanto, elas so equipadas com rotoresespeciais para evitar bloqueio e entupimento.Existem vrios tipos de rotores: rotores de canalsimples, rotores de canal duplo, rotores de trs equatro canais e rotores de vrtice. A Figura 1.2.15mostra os diferentes desenhos de rotores.As bombas de efluentes geralmente soproduzidas com um motor seco, com proteoIP68 (para mais informaes sobre classes deIP, v para a seo 1.4.1). O motor e a bombapossuem um eixo estendido comum com umsistema de retentor mecnico duplo do eixo emuma cmara de leo intermediria, consulte afigura 1.2.13.As bombas de efluentes podem operarintermitenteou continuamente de acordo com ainstalao em questo.21 21. 1.2.6 Bombas imersveisA bomba imersvel um tipo de bomba onde umaparte dela fica submersa no lquido bombeado e omotor mantido seco. Normalmente, as bombasimersveis so montadas no topo ou na parede detanques ou reservatrios. As bombas imersveisso usadas, por exemplo, na indstria de mquinas,ferramenta de solda, esmerilhadoras, centros deusinagem e unidades de resfriamento ou em outrasaplicaes envolvendo tanques e reservatrios,lavanderias industriais e sistemas de filtragem.As bombas para tornos podem ser divididas emdois grupos: Bombas para o lado limpo do filtroe bombas para o lado sujo do filtro. As bombascom rotores fechados normalmente so usadaspara o lado limpo do filtro por que fornecem altaeficincia e alta presso se necessrio. Bombas comrotores abertos ou semi-abertos normalmente sousadas para o lado sujo do filtro por que podemlidar com cavacos e partculas.Fig. 1.2.16: Bomba imersvelSeo 1.2Tipos de bomba22 22. Fig. 1.2.17: Bomba submersvel1.2.7 Bombas submersasH dois tipos de bombas submersas: Abomba submersa para sondagem com motorsubmersvel e a bomba de poos profundos commotor seco, que conectado bomba por eixolongo. Estas bombas normalmente so usadasjunto com o fornecimento e irrigao de gua.Os dois tipos de bombas so feitos para sereminstalados em poos submersos estreitos, assimsendo, possuem um dimetro reduzido, queas tornam mais longas do que outros tipos debombas,consulte a figura 1.2.17.As bombas submersas so especialmenteprojetadas para serem submersas em lquidoe desse modo so equipadas com motorsubmersvel, com proteo de IP68. A bomba produzida nas verses monoestgio emultiestgio (a verso multiestgio sendo amais comum) e equipada com uma vlvula dereteno no cabeote.Atualmente, a bomba de poo profundo temsido mais ou menos substituda pelo tipo debomba submersvel. O eixo longo da bombade poo profundo uma desvantagem, quedificulta a instalao e execuo do servio.Como o motor da bomba de poo profundo refrigerado a ar, a bomba frequentemente utilizada em aplicaes industriais parabombear gua quente de tanques abertos.A bomba submersvel no opera em altastemperaturas por que o motor fica submersono lquido que tem que resfri-lo.23 23. 1.2.8 Bombas de deslocamento positivoA bomba de deslocamento positivo fornece umfluxo constante aproximado a uma velocidadefixa, apesar das mudanas na contrapresso.Existem dois tipos de bombas de deslocamentopositivo: Bombas rotativas Bombas reciprocantesA diferena no desempenho entre uma bombacentrfuga, uma bomba rotativa e uma bombareciprocante est ilustrada direita, figura 1.2.18.Dependendo do tipo de bomba que voc estiverlidando, uma pequena alterao na contrapressoda bomba resulta em diferenas no fluxo.O fluxo de uma bomba centrfuga mudarconsideravelmente, o fluxo de uma bombarotativa mudar um pouco enquanto que o fluxode uma bomba reciprocante no mudar nada.Mas por que existe uma diferena entre as curvasde bombas para bombas reciprocantes e bombasrotativas? A superfcie da face de vedao real maior para bombas rotativas do que para bombasreciprocantes. Ento, apesar de as duas bombasserem projetadas com as mesmas tolerncias, aperda da bomba rotativa maior.Fig. 1.2.18: Relao tpicaentre fluxo e alturamanomtrica para 3 tiposdiferentes de bombas:1) Bombas centrfugas2) Bombas rotativas3) Bombas reciprocantesQHH13 232 1As bombas so tipicamente projetadas comas melhores tolerncias possveis para obtera eficincia e capacidade de suco maisalta possvel. Entretanto, em alguns casos, necessrio aumentar as tolerncias, porexemplo, quando as bombas tm que lidar comlquidos altamente viscosos, lquidos contendopartculas e lquidos de alta temperatura.As bombas de deslocamento vibram, o quesignifica que o volume do fluxo dentro de umciclo no constante.A variao no fluxo e a velocidade levam flutuao de presso devido resistncia nosistema de tubulao e nas vlvulas.Seo 1.2Tipos de bomba24 24. Bombas dosadorasAs bombas dosadoras pertencem famlia de bombasde deslocamento positivo e tipicamente do tipo dediafragma. As bombas de diafragma no apresentamvazamento por que o diafragma forma uma vedaoentre o lquido e os arredores.A bomba de diafragma est equipada com duasvlvulas de reteno uma no lado de suco euma no lado de descarga da bomba. Em relaos bombas de diafragma menores, o diafragma ativado pela biela, que conectada a um eletrom.Com isso, a bobina recebe a quantidade exata decursos necessrios, consulte a figura 1.2.21.Em relao s bombas de diafragma maiores, odiafragma 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 ajustadoalterando a extenso do curso e/ou a frequnciados cursos. Se for necessrio aumentar a rea deoperao, os conversores de frequncia podemser conectados s bombas de diafragma maiores,consulte a figura 1.2.22.H outro tipo de bomba de diafragma. Nestecaso, o diafragma ativado por uma bielaexcentricamente acionada por um motorescalonador ou motor assncrono, figuras 1.2.20e 1.2.23. Ao usar o acinamento de um motorescalonador, a rea dinmica da bomba aumentae melhora sua preciso consideravelmente. Comesta construo, no mais necessrio ajustara extenso do curso da bomba por que a biela montada diretamente no diafragma. O resultado que as condies de suco so otimizadas e osrecursos de operao so excelentes.Portanto, simples controlar os lados de sucoe de descarga da bomba. Comparado s bombasde diafragma com acionamento eletromagnticotradicional que fornecem pulsaes potentes,bombas de diafragma acionadas por motorescalonador possibilitam obter uma dosagem deaditivo mais estvel.Fig. 1.2.20: Bomba dosadoraFig.1.2.21: Mola de retorno da solenoide+1.2.22: Mola de retornode acionamento do came1.2.23: Acionamento da manivela+25 25. Captulo 1. Desenho de bombas e motoresSeo 1.3: Retentores do eixo mecnico1.3.1 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 26. Seo 1.3Retentores de eixos mecnicosA partir da metade da dcada de 1950 os reten-toresde eixos mecnicos ganharam terreno emfavor do mtodo de vedao tradicional l- Caixade empanque. Comparados s caixas de empan-que,os retentores dos eixos mecnicos oferecemas seguintes vantagens: Elas se mantm firmes nos menoresdeslocamentos e vibraes no eixo Eles no requerem ajuste As faces do retentor proporcionam uma pequenaquantidade de atrito e assim perda de potncia O eixo no desliza sobre nenhum componenteda vedao e deste modo no danificado porcausa de desgaste (custos de reparo reduzidos).O retentor de eixo mecnico a pea da bombaque separa o lquido da atmosfera. Na figura1.3.1 pode-se observar alguns exemplos ondeo retentor do eixo mecnico montado emdiferentes tipos de bombas.A maioria dos retentores de eixos mecnicos produzida de acordo com a norma europeia EN12756.Antes de escolher um retentor de eixo, h certascoisas que voc deve saber sobre o lquido eassim a resistncia do retentor ao lquido: Determinar o tipo de lquido Determinar a presso a que o retentor de eixoser exposto Determinar a velocidade a que o retentor de eixoser exposto Determinar as dimenses internasApresentaremos nas pginas seguintes como umretentor de eixo mecnico funciona, os diferentestipos de retentor, de que tipo de material osretentores de eixo mecnico so feitos e que fatoresafetam o desempenho dos retentores de eixosmecnicos.28Fig. 1.3.1: Bombas comretentores de eixos mecnicos 27. 1.3.1 Componentes e funo doretentor de eixo mecnicoO retentor de eixo mecnico formado por doiscomponentes principais: uma parte giratriae uma parte estacionria; e consiste das peaslistadas na figura 1.3.2. A Figura 1.3.3 mostra ondeas diferentes peas esto localizadas no retentor. A parte estacionria do retentor fixada nacarcaa da bomba. A parte giratria do retentor fixada no eixo da bomba e gira quando abomba est em operao. As duas faces do retentor primrio soempurradas uma contra a outra pela mola epresso do lquido. Durante operao um filmelquido produzido na lacuna estreita entre asduas faces do retentor. Este filme evapora antesde entrar na atmosfera, tornando o lquido doretentor do eixo mecnico firme, consulte afigura 1.3.4. O retentor secundrio impede que hajavazamento entre a montagem e o eixo. A mola une as faces do retentor mecanicamente. A mola retentora transmite torque do eixo parao retentor. Em relao aos retentores de eixodos foles mecnicos, o torque transferidodiretamente pelos foles.Lacuna de vedaoDurante a operao, o lquido forma umfilme lubrificante entre as faces da vedao.Este filme lubrificante consiste de um filmehidrosttico e um filme hidrodinmico. O elemento hidrosttico gerado pelo lquidobombeado que forado para dentro da lacunaentre as duas fases. O filme lubrificante hidrodinmico criadopela presso gerada pela rotao do eixo.Face do retentor (retentor primrio)Retentor secundrioMolaMola retentora (transmisso de torque)Base (faces do retentor, retentor primrio)Retenro esttico (retentor secundrio)Fig. 1.3.2: Componentes do retentor de eixo mecnicoParte estacionriaRetenetor do eixo mecnico DesignaoParte giratriaParte estacionriaRetentor secundrioRetentor primrioPea giratriaEixoRetentor secundrioRetentor primrioMolaMola retentoraFig. 1.3.3: Principais componentes do retentor do eixomecnicoFora lquidaFora da mola VaporFilme de lubrificaoEvaporao iniciaFig. 1.3.4: Retentor do erixo mecnico em operao29 28. Seo 1.3Retentores do eixo mecnicoFig. 1.3.5: Relao ideal entre as propriedades delubrificao fina e vazamento limitadoForas da molaForas hidrulicasFig. 1.3.6: Interao deforas sobre a vedaode eixo balanceadarea de Contato dasfaces da vedaoForas hidrulicasFig. 1.3.7: Interao deforas sobre a vedaode eixo no balanceadaArea de Contato dasfaces da vedaoBA BA espessura do filme lubrificante dependeda velocidade da bomba, da temperaturado lquido, da viscosidade do lquido e dasforas axiais da vedao de selo mecnico.O lquido constantemente trocado na lacuna devedao por causa da evaporao do lquido para a atmosfera movimento circular do lquidoA figura 1.3.5 mostra relao ideal entre aspropriedades de lubrificao fina e vazamentolimitado. Como se pode observar, a relao ideal quando o filme de lubrificao cobre toda a lacunade vedao, exceto por uma zona de evaporaoestreita prximo ao lado atmosfrico da vedao deselo mecnico.Vazamentos devido a depsitos nas faces da vedaoso observados com frequncia. Ao usar refrigerantes,os depsitos so criados rapidamente pela evaporaono lado de atmosfera da vedao. Quando o lquidoevapora na zona de evaporao, slidos microscpicosno lquido permanecem na lacuna de vedao comodepsitos criados por desgaste.Estes depsitos so observados em muitos tipos delquidos. Mas quando o lquido bombeado tem atendncia para cristalizao, isso pode se tornar umproblema. A melhor maneira de prevenir o desgaste selecionar faces de vedao feitas de material rgido,como carboneto de tungstnio (WC) ou carbonetode silcio (SiC).A estreita lacuna de vedao entre estes materiais(aprox. 0.3 m Ra) minimize o risco de slidosentrarem na lacuna de vedao, minimizando comisso a quantidade de acmulo de depsitos.1.3.2 Vedaes de eixos balanceadase no balanceadasPara obter uma presso de face aceitvelentre as faces de vedao primrias, h doistipos de vedao de eixo: balanceada e nobalanceada.Vedao de eixo balanceadaA figura 1.3.6 mostra uma vedao deeixo balanceada indicando onde as forasinteragem sobre a vedao.Vedao de eixo no balanceadaA figura 1.3.7 mostra uma vedao de eixono balanceada indicando onde as forasinteragem sobre a vedao.Vrias foras diferentes causam um impactoaxial sobre as faces da vedao. A fora damola e a fora hidrulica do lquido bombeadopressionam a vedao enquanto que a forado filme lubrificante na lacuna de vedaoneutraliza isso. Em relao alta presso dolquido, as foras podem ser to potentesque o lubrificante na vedao no consegueneutralizar o contato entre as faces da vedao.Como a fora hidrulica proporcional reaque a presso do lquido afeta, o impacto axialpode ser reduzido somente conseguindo umareduo da rea com presso.30 29. 0 20 40 60 80 100 120 140Taxas de desgaste comparativas vlidas para gua0 20 40 60 80 100 120 140Temperatura (oC)Fig. 1.3.8: Taxa de desgaste para razes diferentesde balanceamentoK = 1.15K = 1.00K = 0.85Temperatura (oC)Taxas de desgaste comparativas vlidas para guaK = 1.15K = 1.00K = 0.85Fig. 1.3.9: Anel devedaoVantagens e desvantagensdo anel de vedaoVantagens:Apropriado para lquidosquentes e aplicaes dealta pressoDesvantagens:Depsitos no eixo, comoferrugem, podem impediro movimento axial do anelde vedaoFig. 1.3.10: Vedao defole de borrachaVantagens e desvantagensda vedao de fole deborrachaVantagens:Insensvel a depsitos,como ferrugem, no eixoApropriada para bombearlquidos contendo slidosDesvantagens:Imprpria para lquidosquentes e aplicaes dealta pressoVedao de fole de borracha comgeometria de foles dobrveisA razo de balanceamento (K) de uma vedao de selomecnico definida como a relao entre a rea A e area (B) : K=A/BK = Razo de balanceamentoA = rea exposta presso hidrulicaB = rea de contato das faces da vedaoPara vedaes de eixo balanceadas, a razo debalanceamento geralmente K=0.8 e para vedaesde eixo no balanceadas a razo de balanceamentonormalmente K=1.2.1.3.3 Tipos de vedaes de selo mecnicosApresentamos abaixo uma descrio breve dosprincipais tipos de vedaes de eixos: anel de vedao,fole de vedao e a vedao de uma unidade ocartucho de vedao.Anis de vedaoEm um anel de vedao, a vedao entre o eixogiratrio e a face de vedao giratria feita atravsde um anel de vedao (figura 1.3.9). O anel devedao deve ser capaz de deslizar livremente nadireo axial para absorver deslocamentos axiais comoresultado das mudanas de temperatura e desgaste.O posicionamento Incorreto do assentamentoestacionrio pode resultar em atrito, resultando emdesgaste necessrio no anel de vedao e no eixo.Os anis de vedao so feitos de diferentes tipos deborracha como NBR, EPDM e FKM, dependendo dascondies operacionais.Vedao de foleUma caracterstica comum das vedaes de foles um fole de metal ou borracha que funciona comoum elemento de vedao dinmico entre o anelgiratrio e o eixo.Vedaes de foles de borrachaOs foles de vedao de borracha (consulte a figura1.3.10) podem ser feitos com diferentes tipos deborracha, como NBR, EPDM e FKM, dependendo dascondies operacionais. Dois princpios geomtricosdiferentes so usados para o desenho dos foles deborracha: Foles de rolo Foles dobrveis.31 30. 32Vedaes de fole de metalEm uma vedao de selo mecnico comum, amola produz a fora de fechamento necessriapara fechar as faces da vedao. Em umavedao de fole de metal (figura 1.3.11) a molafoi substituda por fole de metal com uma forasemelhante. O fole de metal atua tanto comouma vedao dinmica entre o anel giratrioe o eixo e como uma mola. O fole possui umaquantidade de ondulaes que proporciona aeles o fora desejada.Vedaes de cartuchoEm uma vedao de selo mecnico, todas as peasformam uma unidade compacta sobre a luvado eixo, pronta para ser instalada. A vedao decartucho oferece muitos benefcios comparadoss vedaes de eixos mecnicas convencionais,figura 1.3.12.DescargaEm certas aplicaes, possvel estendero desempenho da vedao de selo mecnicoinstalando uma descarga, consulte afigura1.3.13. A descarga pode abaixar a temperatura davedao de selo mecnico e impedir a formaode depsitos. A descarga pode ser instaladainternamente ou externamente. A descargainterna feita quando um fluxo pequeno dolado de descarga da bomba desviado para area da vedao. A descarga interna usadaprincipalmente para prevenir a gerao extra decalor em aplicaes de aquecimento. A descargaexterna feita por um lquido de limpeza e usado para assegurar uma operao livre deproblemas ao lidar com lquidos abrasivos ouslidos que causam entupimento.Fig. 1.3.11: : Vedao defole com cartucho de metalVantagens edesvantagens davedao de fole decartucho de metalVantagens:Insensveis a depsitos,como ferrugem e calno eixoApropriada para lquidosquentes e aplicaes dealta pressoBaixa razo debalanceamento leva abaixa taxa de desgaste econsequentemente vidamais longaDesvantagens:Falha por fadiga davedao de selo mecnicopode ocorrer quandoa bomba no estcorretamente alinhadaPode ocorrer fadiga comoresultado de presses outemperaturas excessivasVantagens da vedaode cartucho: Manuteno fcile rpida O desenho protege asfaces da vedao Mola pr-carregada Manipulao seguraFig. 1.3.12: Vedao de cartuchoFig 1.3.13: Dispositivo dedescarga de uma vedaode selo mecnico simplesSeo 1.3Retentores de eixos mecnicos 31. 33Retentores de eixos mecnicos duplosOs retentores de eixos mecnicos duplos so usadasquando a expectativa de vida de retentores de eixosmecnicos simples insuficiente devido ao desgastecausado por slidos ou presses e temperaturas muitoaltas / baixas. Alm disso, as vedaes de selo mecnicosso usadas com lquidos txicos, agressivos e explosivospara proteger os arredores. H dois tipos de retentoresde eixos mecnicos duplos: A vedao de selo mecnicoem tandem e a vedao dupla em um arranjo sequencial.Vedao dupla em tandemEste tipo de vedao dupla consiste de retentoresde eixos mecnicos montadas em tandem, que uma atrs da outra, colocadas em uma cmara devedao separada, consulte a figura 1.3.14.O arranjo de vedao em tandem deve ser equipadocom um sistema de liquido de resfriamento para absorver vazamento monitorar a taxa de vazamento lubrificar e resfriar a vedao para prevenircongelamento proteger contra funcionamento a seco estabilizar o filme lubrificante impedir a entrada de ar na bomba no caso de vcuoA presso do lquido de resfriamento deve sempreser mais baixa que a presso do lquido.Tandem - circulaoCirculao do lquido de resfriamento via tanquesem presso, consulte a figura 1.3.14. O lquido deresfriamento do tanque elevado circulado pelaao do termossifo e/ou ao de bombeamento navedao.Tandem - terminalLquido de resfriamento de um tanque elevado,consulte a figura 1.3.15. No dissipao de calor dosistema.Tandem - drenagemO lquido de resfriamento flui diretamente pela cmarade vedao para ser coletado para reuso, ou direcionadopara drenagem, consulte a figura 1.3.16.Fig. 1.3.14: Arranjo de vedao em tandem comcirculao de liquido de resfriamentoFig. 1.3.15: Arranjo de vedao em tandem comterminal de lquido de resfriamentoFig. 1.3.16: Arranjo com vedao em tandem comlquido de resfriamento para drenagem 32. 1.3.4 Combinaes de materiais da faceda vedaoApresentamos abaixo a descrio das combinaesde materiais mais importantes usadas emretentores de eixos mecnicos para aplicaesindustriais: Carboneto de tungstnio/carbonetode tungstnio, carboneto de silcio/carboneto desilcio e carboneto de carbono/ tungstnio oucarboneto de carbono/silcio.Carboneto de tungstnio/carboneto detungstnio (WC/WC)Carboneto de tungstnio cementado cobre o tipode metais duros que so baseados em uma fase docarboneto de tungstnio duro (WC) e geralmenteuma fase de aglutinante metlico mais macio. Otermo correto carboneto de tungstnio cementado,entretanto, o termo abreviado para carboneto detungstnio (WC) usado para convenincia.WC com liga de cobalto (Co) somente resistente corroso na gua se a bomba incorporar base metalcomo ferro fundido.WC com liga de crmio-nquel-molibdnio temresistncia corroso igual EN 14401.WC sem ligas sinterizadas tem a resistncia corroso mais elevada. Entretanto, a resistncia corroso em lquidos, como hipoclorito no toalta. O par de materiais WC/WC possui as seguintescaractersticas: Extremamente resistente a desgaste Muito robusto, resiste manipulao bruta Propriedades de funcionamento a secodeficientes. No caso de funcionamento a seco, atemperatura aumenta para vrias centenasde graus Celsius em poucos minutos econsequentemente danifica os anis de vedao.Se determinada temperatura e presso foremexcedidas, a vedao pode gerar rudo. Rudo umaindicao de condies operacionais deficientesque a longo prazo podem causar desgaste navedao. Os limites de uso dependem do dimetroe desenho da face da vedao.Para uma combinao da face da vedao WC/WC,o perodo de tempo esperado para aparecimentode rudo pode durar de 3-4 semanas, emboratipicamente, no h ocorrncia de rudo nosprimeiros 3-4 dias.Seo 1.3Retentores de eixos mecnicosBarreira depresso do lquidoCmara de vedaocom barreira depresso do lquidoLquido bombeadoFig. 1.3.17: Arranjo de vedao sequencialVedao dupla sequencialEste tipo de vedao a soluo ideal paramanipular lquidos abrasivos, agressivos, explosivosque causariam desgaste, dano ou bloqueio em umavedao de selo mecnico.A vedao dupla sequencial consiste de duasvedaes de eixos montadas em sequncia emuma cmara de vedao separada, consulte afigura 1.3.17. Este tipo de vedao protege oambiente ao redor e as pessoas que trabalhamcom a bomba.A presso na cmara de vedao dever 1-2 baresmais alta que a presso da bomba. A presso podeser gerada por: Uma fonte de presso separada existente.Muitas aplicaes incorporam sistemaspressurizados. Uma bomba separada, por exemplo, bombadosadora.34 33. Carboneto de silcio/carboneto de silcio(SiC/SiC)Carboneto de silcio/carboneto de silcio (SiC/SiC) uma alternativa para o WC/WC e usada ondea resistncia corroso mais elevada necessria.A combinao de materiais SiC/SiC possui asseguintes caractersticas: Material muito frgil que exige manipulaocuidadosa Extremamente resistente gua Resistncia corroso extremamente boa.SiC (Q 1s, Q 1P e Q 1G ) corroso difcil,independentedo tipo de lquido bombeado. Entretanto, aexceo gua com condutividade deficiente,como gua desmineralizada, que ataca asvariantes SiC Q 1s e Q 1P, enquanto que Q 1G resistente corroso neste lquido No geral, estas combinaes de materiaispossuem propriedades deficientes parafuncionamento a seco. Entretanto, o materialQ 1G / Q 1G material suporta um perodo defuncionamento a seco limitado por causa docontedo de grafite no materialPara finalidades diferentes, h diversas variantes deSiC/SiC:Q 1s, SiC de granulao fina e sinterizao diretaSiC de granulao fina de sinterizao direta comuma pequena de poros minsculos.Por alguns anos, esta variante de SiC foi usada comomaterial padro para vedao selo mecnico. Os limitesde presso e temperatura so ligeiramente menores queaqueles do WC/WC.Q 1P, SiC de granulao fina, sinterizado, poroso uma variante do SiC de sinterizao densa. Estavariante de SiC possui poros fechados circularesgrandes. O grau de porosidade de 5-15% e otamanho dos poros 10-50 m Ra.Os limites de presso e temperatura excedem aqueles doWC/WC.Consequentemente, em gua quente Q 1P / Q 1Pcombinao gera menos rudo que a combinaoWC/WC. Entretanto, o rudo de vedaes de SiCporoso esperado durante o perodo de desgaste deamaciamento de 3 a 4 dias.Q 1G SiC auto-lubrificante, sinterizadoVariantes materiais SiC contendo lubrificantes secosesto disponveis no mercado. A designao QG1aplica-se ao material SiC, que apropriado para usoem gua destilada ou desmineralizada, como opostoaos materiais acima.Os limites de presso e temperatura de Q 1G / Q 1Gso similares a do Q 1P / Q 1P.Os lubrificantes secos, por exemplo grafite, reduzemo atrito no caso de funcionamento seco, que deimportncia decisiva para a durabilidade de umavedao durante o funcionamento a seco.Caractersticas do carboneto de carbono/tungstnio ou carbono/silcioVedaes com uma face de carbono possuem asseguintes caractersticas: Material muito frgil que exige manipulaocuidadosa 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 tornama vedao apropriada para uso mesmo em condies delubrificao insatisfatrias (alta temperatura) sem geraode rudo. Entretanto, estas condies causaro desgaste naface de carbono da vedao levando reduo da vida til.O desgaste depende da presso, temperatura, dimetrolquido e desenho da vedao. Velocidades bsicasreduzem a lubrificao entre as faces da vedao; comoresultado, pode se esperar aumento de desgaste. Entretanto,normalmente este no o caso porque a distnciaque as faces da vedao tm para se mover reduzida.35 34. Carbono impregnado de metal (A) ofereceresistncia corroso limitada, mas resistnciamecnica melhorada, condutividade de calor edesse modo, reduo do desgaste Com resistncia mecnica reduzida, mas maiorresistncia corroso, carbono impregnadode resina sinttica (B) cobre um campo amplode aplicaes. O carbono impregnado de resinasinttica aprovado para gua potvel O uso de carbono/SiC para aplicaes com guaquente 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 causamuito menos desgaste. Assim, carbono/ WC,carbono/Q1P ou carbono/Q1G para sistemas degua quente1.3.5 Fatores que afetam o desempenhoda vedaoComo mencionado anteriormente, nenhumavedao totalmente pressionada. Nas prximaspginas, apresentaremos os fatores que tmimpacto sobre o desempenho da vedao:Consumo de energia, rudo e vazamento. Estesfatores sero apresentados individualmente.Entretanto, importante destacar que eles estointimamente relacionados e assim sendo, devemser considerados como um todo.Consumo de energiaNo novidade que a vedao precisa de energiapara girar. Os seguintes fatores contribuem para oconsume de energia, que a perda de energia deuma vedao de selo mecnico:36 Ao centrfuga de bombeamento das peasgiratrias. O consume de energia aumentadramaticamente com a velocidade da rotao(para a terceira energia). Atrito da face da vedao. O atrito entre as duasfaces da vedao consiste de atrito no filme de do lquido fino atrito devido aos pontos de contato entre asfaces da vedao.O nvel de consumo de energia depende do desenhoda vedao, condies de lubrificao e materiaisda face da vedao.Perda de energia (W)Perda de energia (W)3600Velocidade (rpm)36002000 4000 6000 8000 10000 12000Velocidade (rpm)0250200150100500Ao debombeamentoAtritoFig. 1.3.18: Consumo de energia de umavedao de selo mecnico de 12 mmA figura 1.3.18 um exemplo tpico de consumo deenergia de uma vedao de selo mecnico. A figuramostra que o atrito de at 3600 rpm o motivoprincipal do consumo de energia da vedao de selomecnico.O consumo de energia , principalmente em relaos caixas de espanque, um problema importante.Como se observar no exemplo, substituir uma caixade empanque por uma vedao de selo mecnicoleva a uma economia de energia considervel,consulte a figura 1.3.19.02502001501005002000 4000 6000 8000 10000 12000Ao debombeamentoAtritoSeo 1.3Retentores de eixos mecnicos 35. 37Bomba padro 50 mLC; eixo 50 mm e 29OO rpmConsumo de energiaCaixa de empanque 2.0 kWhVed. selo mecnico 0.3 kWhVazamentoCaixa empanque 3.0 l/h (quando montada corretamente)Ved. selo mecnico 0.8 ml/hFig. 1.3.19: Caixa de empanque versus vedao deselo mecnicoRudoBar2520151050RudoFaixa de operao10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 CFig. 1.3.20: Relao entre faixa de operaoe velocidadeVelocidade 3000 rpmVelocidade 1800 rpmVelocidade 1200 rpmVelocidade 600 rpmBar2520151050Faixa de operao10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 CVelocidade 3000 rpmVelocidade 1800 rpmVelocidade 1200 rpmVelocidade 600 rpmRudoA escolha dos materiais da face da vedao decisiva para o funcionamento e vida davedao de selo mecnico. A gerao de rudo resultado das condies de lubrificaodeficientes em vedaes que manipulamlquidos de baixa viscosidade. A viscosidade dagua diminui com o aumento da temperatura.Isto significa que as condies de lubrificaodiminuem conforme a temperatura aumenta.Se o lquido bombeado atinge ou excede atemperatura de ebulio, o lquido na parteda face da vedao evapora, que resulta emum diminuio adicional nas condies delubrificao. Uma reduo na velocidade tem omesmo efeito, consulte a figura 1.3.20.VazamentoInversamente, menos vazamento significapiores condies de lubrificao e aumentode atrito. Na prtica, a quantidade devazamento de perda de energia que ocorrenas vedaes de selo mecnicos pode variar.O motivo que o vazamento depende de fatoresque so impossveis de quantificar teoricamentepor causa do tipo das faces da vedao, tipo delquido, mola, carga,etc. Portanto, a figura 1.3.21deve ser entendida como uma orientao.Para a leitura correta da curva da taxa devazamento (figura 1.3.21), necessrio seguiros quatro passos abaixo:Passo 1: Ler a presso neste caso 5 baresPasso 2: Vedao no balanceada de 30 mmPasso 3: Velocidade 3000 rpmPasso 4: Taxa de vazamento 0,06 ml/hFig. 1.3.21: Taxas de vazamento 36. Captulo 1. Desenho de bombas e motoresSeo 1.4: Motores1.4.1 Normas1.4.2 Partida no motor1.4.3 Tenso de alimentao1.4.4 Conversor de frequncia1.4.5 Proteo do motor 37. Motores so usados em muitas aplicaes ao redordo mundo. A finalidade de um motor eltrico criar rotao, ou seja, converter energia eltrica emenergia mecnica. As bombas funcionam com energiamecnica que fornecida por motores eltricos.1.4.1 PadresNEMAA National Electrical Manufacturers Association(NEMA) estabelece padres para uma ampla gamade produtos eltricos, incluindo motores. A NEMAest principalmente associada a motores usados naAmrica do Norte. Os padres representam as prticasindustriais gerais e so apoiados pelos fabricantesde equipamentos eltricos. Os padres podem serencontrados na Publicao de Padres da NEMA No.MG1. Alguns motores grandes podem no se encaixarnas padres da NEMA.Diretrizes e mtodos de proteo motores ExFig. 1.4.1: Motor eltricoFig. 1.4.2: Padres NEMA e IECIECA International Electrotechnical Commission(IEC) estabelece padres para motores usadosem muitos pases do mundo. O padro IEC 60034contm os prticas eltricas recomendadas queforam desenvolvidos pelos pases participantesda IEC.Seo 1.4Motores40 38. ATEX (ATmosphre EXplosible) refere-se a duasdiretrizes europias sobre risco de explosodentro de reas diferentes. A diretriz ATEX envolveequipamento eltrico, mecnico, hidrulico epneumtico. Quanto ao equipamento mecnico, osrequisitos de segurana na diretriz ATEX asseguramque os componentes de bombas, como vedaesde eixos e rolamentos no aquecem e inflamamgs e poeira. A primeira diretriz ATEX (94/9/ EC)trata de requisitos para equipamentos para usoem reas com risco de exploso. O fabricante devesatisfazer os requisitos e classificar seus produtosem categorias. A segunda diretriz ATEX (99/92/EC)trata dos requisitos mnimos de segurana e sadeque o usurio deve satisfazer, ao trabalhar emreas com risco de exploso. Diferentes tcnicasso usadas para prevenir que o equipamentoeltrico se torne uma fonte de ignio. No caso demotores eltricos, os tipos de proteo d ( prova defogo), e (segurana aumentada) e nA (sem fascas)so aplicados em relao a gs e DIP (a prova deignio por poeira) aplicado em relao poeira..Motores a prova de fogoproteo tipo EExd (de)Em primeiro lugar, motores a prova de fogoEExd (tipo de) so equipamentos de categoria2G para uso na zona 1. A carcaa do estator eas flanges isolam as peas do motor a prova defogo que podem incendiar em uma atmosferapotencialmente explosiva. Devido ao isolamento,o motor capaz de suportar a presso queacompanha a exploso de uma mistura explosivadentro do motor. A propagao da exploso para aatmosfera ao redor do isolamento assim evitada,pois a exploso resfriada atravs das passagensde chamas. O tamanho das passagens definidona norma EN 50018. A temperatura da superfciedo isolamento a prova de fogo deve estar semprede acordo com as classes de temperatura.Motores de segurana aumentadaproteo tipo EEx (e)Motores de segurana aumentada (tipo e) soequipamentos categoria 2G para uso na zona 1. Estesmotores no so a prova de fogo e no construdospara suportar uma exploso interna. A construodeste motor baseada na segurana contraUsurio FabricanteZonas:Gs (G): 0, 1 e 2Poeira (D): 20, 21 e 22RiscoConstanteRiscoPotencialRiscoMenorEquipamentoCategoria 3(3G/3D)EquipamentoCategoria 2(2G/2D)EquipamentoCategoria 1(1G/1D)Zona:0 ou 20Zona:1 ou 21Zona:1 ou 21Zona:2 ou 22Zona:2 ou 22Fig 1.4.3: : A ligao entre as zonas e categorias deequipamentos um requisito mnimo Se as regrasnacionais forem mais rgidas, elas so aquelas quedevem ser seguidas.Fig 1.4.4: A explosoocorre dentro do motore levado para fora domotor pelas passagens dechamas. A classificaoda temperatura paramotores prova de fogo vlida para superfciesexternas.Fig 1.4.5: Para maiorsegurana, nopode ocorrer fascasnos motores EExe.A classificao datemperatura cobre assuperfcies internas eexternas.Fig 1.4.6: Com motoressem fasca ExnA,provavelmente noocorre ignio.41 39. possveis temperaturas excessivas e ocorrnciade fascas e arcos durante a operao normal equando um erro previsvel ocorre. A classificaode temperatura para segurana aumentada dosmotores vlida tanto para superfcie internaquanto externa, e portanto importante observara temperatura de enrolamento do estator.Motores antifascas proteo tipo Ex(nA)Motores antifascas (tipo nA) so equipamentocategoria 3G para uso em zona 2. Esses motoresno podem de maneira alguma inflamar umaatmosfera potencialmente explosiva em operaonormal ver figura 1.4.6.Prova de Poeira Inflamvel (DIP)Dois tipos de motores de Prova de PoeiraInflamvel existem: 2D/categoria 2 equipamentose 3D/categoria 3 equipamentos.2D/categoria 2 equipamentosDe modo a evitar que a eletricidade esttica causeignio, a ventoinha de arrefecimento numacategoria de motor 2 DIP para uso em zona 21(rea com perigo potencial de exploso) feitode metal. Da mesma forma, para minimizar orisco de ignio, o terminal de terra externo estsujeito a exigncias de construo mais severas.A temperatura externa da superfcie do recinto a que est indicada na placa do motor ecorresponde ao desempenho de funcionamentodurante as piores condies permitidas parao motor. Motores para uso na zona 21 (reacom perigo potencial de exploso) tem que serprotegido IP65, que completamente protegidocontra poeira.3D/categoria 3 equipamentosTipo deproteoCdigoPadres Uso em A TEXTCENELEC Principio Aplicaocategoria/ZonaENIEC60079Requisitosgerais- 50014 - 0 - Requisitos eltricos bsicos Todos equipamentosImerso leo o 50015 - 6 Categoria 2Zona 1Componentes eltricos imersos em leoexcluindo atmosfera explosiva de ignio TransformadoresPressurizado p 50016 - 2 Categoria 2Zona 1Equipamento do receptculo purgadopara remover atmosfera explosiva epressurizado para evitar o ingresso daatmosfera circundanteComutao egabinetes de controle,motores granedsPreenchido p q 50017 - 5 Categoria 2Zona 1Partes eltricas so circundadas com ppor ex. quartzo para evitar contato comatmosfera explosivaAparelhos eltricos, ex.capacitores, fusveis. prova de fogo d 50018 - 1 Categoria 2Zona 1Equipamento eltrico do receptculo o qual,se h uma exploso interna no inamara atmosfera circundanteMaiorseguranae 50019 - 7Mtodos adicionais so usados paraeliminar arcos, fagulhas, e superfcie quentecapaz de inamar atmosfera inamvelSeguranaIntrnsecaiaib5002050020- 11- 11Categoria 1Zona 0Categoria 2Zona 1Energia eltrica em no equipamento estlimitada de modo que os circuitos nopodem inamar uma atmosfera por fascasou aquecimentoEquipamento demedida e controle, porex. sensores,instrumentaoEncapsulamento m 50028 - 18 Categoria 2Zona 1Componentes eltricos incorporados emmaterial aprovado para evitar contato comatmosfera explosivaAparelhos de medidae controle, vlvulassolenoidesTipo deproteconA 50021 - 15 Categoria 3Zona 2 Sem formao de arco e sem fascaNota: Grupo II Atmosferas P so cobertas pela CENELEC EN 50281-1 E EN 50281-2Motores CA, painis decontrole, equipamentosde iluminaoCategoria 2Zona 1Motores CA, terminaise cx. de conexo, equip.de iluminao, motorestipo gaiola de esquiloMotores CA, caixasterminais, aparelhosde iluminaoFig 1.4.7: Padres e mtodos de proteo42Seo 1.4Motores 40. A temperatura indicada na categoria 3motor DIP para uso em zona 22 (reas commenos perigo de exploso) corresponde aodesempenhos de funcionamento sob as piorescondies permitidas para aquele motorespecifico. Um motor para uso em zona 22 temque ser protegido IP 55, que protegido contrapoeira. A proteo IP a nica diferena entreequipamento categoria 2D e equipamentocategoria 3D.Montagem(Montagem Internacional IM)Existem trs modos diferentes de montagem:motor de montagem em pedestal, motorcom flange de fixao com flange de orifciolivre (FF) e motor com flange de fixao comflange de orifcio roscados (FT). A figura 1.4.8mostra as diferentes formas de montagemde um motor e as normas que se aplicampara as fixaes. A montagem de motores estabelecida de acordo com os seguintespadres: IEC 60034-7 Cdigo I, ou seja. designao IMseguida pelo cdigo DIN 42590 anteriormenteusado IEC 60034-7, Cdigo IIClasse de proteo(Proteo contra a Entrada IP)A classe de proteo determina os grausde proteo do motor contra a entrada deobjetos slidos e gua. A classe de proteo determinada por meio de duas letras IPseguidas por dois dgitos, por exemplo IP55.O primeiro dgito corresponde a proteocontra contato e entrada de objetos slidos e osegundo digito a proteo contra a entrada degua, ver figura 1.4.9.Furos de drenagem permitem a fuga de guaque possa ter entrado no estator, por exemplo,por condensao.Quando o motor est instalado num ambientemido, o furo da drenagem inferior deve seraberto. Abrir o furo de drenagem muda declasse da caixa do motor de IP55 para IP44.Motor demontagem empedestalIM B3IM 1001Motor comflange defixao comflange deorifcio livreIM B5IM 3001IM V1IM 3011Motor comflange defixaocom flangede orifcioroscadosIM B14IM 3601IM V18IM 3611IM B35IM 2001Fig 1.4.8: Diferentes tipos de montagemFig 1.4.9: A classe de proteo determinada por meio dedois dgitos IP seguidos por duas letras; por exemplo IP5543 41. Tamanho do chassiFigura 1.4.11 d uma viso geral da relaoentre o tamanho do chassi, extremidade doeixo, potencia do motor e tipo de flangee tamanho. Para motores de tamanho dechassi 63 at e incluindo 315M. a relao estespecificada em EN 50347. Para motores comtamanho de chassi 315L e maior, nenhumpadro cobre esta relao. A figura mostraonde no motor os diferentes valores queformam o tamanho do chassi so medidos.Flanges e extremidade do eixo esto deacordo com EN 50347 e IEC 60072-1. Algumasbombas tm um acoplamento, o que requeruma extremidade de eixo do motor lisa ouuma extenso do eixo especial que no estdefinido nas normas.Classe de IsolamentoA classe de isolamento definida na normaIEC 60085 e diz algo sobre o quanto robustoo sistema de isolamento para temperaturas.A vida de um material isolante altamentedependente da temperatura qual ele exposto. Os vrios materiais e sistemasisolantes esto classificados em classes deisolamento dependendo de suas habilidadesa resistir a altas temperaturas.100mmIEC 100L (Neste caso L = 140 mm)140 mmDistncia entreorifciosB3Fig 1.4.10: Tamanho chassiClasseBFHTemperaturaambiente mxima(C)404040Aumento mximode temperatura(K)80105125Zona desobretemperatura(K)101015Temperaturamx. de enrolamento(Tmax) (C)130155180Fig 1.4.12: Diferentes classes de isolamento e seusaumentos de temperatura em voltagem nominal e carga44Seo 1.4Motores 42. Fig 1.4.11: A relao entre o tamanho do chassi e entrada de energia45 43. Partida diretaComo o nome sugere, a partida direta significaque o arranque do motor feito diretamenteconectado diretamente fonte na tenso nominal.A partida direta adequada para fornecimentosestveis e mecanicamente rgido e sistema deeixo bem dimensionados, por exemplo bombas.Sempre que formos aplicar o mtodo de partidadireta importante consultar a autoridades locais.Partida estrela-tringuloO 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 enrolamentosdo estator conectado em estrela (Y) para ainicializao. Em outras posies, o fornecimentode corrente reconectado aos enrolamentos emdelta () uma vez que o motor ganhou velocidade.Inicializao por autotransformadorComo o nome indica, a inicializaopor autotransformador utiliza umautotransformador. O autotransformador colocado em srie com o motor durante a partidae varia a tenso para cima at tenso nominalentre dois a quatro passos.Partida suaveUma partida suave , como voc esperaria, umdispositivo que garante uma partida suave deum motor. Isso feito pelo aumento da tensoat um tempo de aumento de tenso pr-determinado.Partida por conversor de frequnciaConversores de frequncia so designados paraalimentao continua de motores, mas elestambm podem ser usado para partida suave.1.4.2 Inicializao do motorDistinguimos entre modos diferentes deinicializao do motor: partida direto, partidaestrela-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 inicializao46Seo 1.4Motores 44. 1.4.3 Tenso de alimentaoA tenso nominal do motor encontra-sedentro de certo intervalo de tenso. A figura1.4.14 mostra exemplos tpicos de tenso paramotores de 50 Hz e 60 Hz.De acordo com a norma internacional IEC60038, o motor tem que ser capaz de operarcom uma tolerncia de tenso principal de 10%.Para motores que so designados conformea norma IEC 60034-1 com uma ampla faixade tenso, por exemplo, 380-415V, a tensoprincipal tem uma tolerncia de 5%.A temperatura mxima admissvel paraa real classe de isolamento no excedidaquando o motor operado dentro da faixa detenso nominal. Para condies nos limitesextremos, a temperatura sobre tipicamenteaproximadamente 10 Kelvin..1.4.4 Conversor de frequnciaConversores de frequncia sohabitualmente usados para controlar avelocidades das bombas, ver capitulo 4.O conversor de frequncia converte a tensode alimentao em uma nova tenso efrequncia, fazendo que o motor funcionea uma velocidade diferente. Este modo deregular a frequncia pode resultar em algunsproblemas: Rudo acstico do motor, que s vezestransmitido para o sistema como rudoperturbador Picos de alta tenso na sada do conversor defrequncia para o motorFig 1.4.14: Tenses TpicasFig 1.4.15: Tenses principais de acordo com IEC 6003847 45. Isolamento para motores com conversor defrequnciaEm conexo com motores com conversores defrequncia, ns distinguimos entre diferentes tiposde motores, com diferentes tipos de isolamento.Motores sem isolamento de fasePara motores construdos sem o uso de isolamentode fase, tenses contnuas (RMS) acima de460 V podem aumentar o risco de descargasperturbadoras nos enrolamentos e, portanto, adestruio do motor. Isso se aplica a todos osmotores construdos de acordo com esses princpios.A operao contnua com picos de tenso acima de650 V pode causar danos ao motor.Motores com isolamento de faseEm motores trifsicos, o isolamento de fasenormalmente usado e consequentemente,precaues especficas no so necessrias se ofornecimento de tenso menor do que 500V.Motores com isolamento reforadoEm conexo com tenses de alimentao entre500 V e 690V, o motor tem que ter isolamentoreforado ou ser protegido com filtros delta U/delta t. Para alimentao de tenses de 690Ve maiores, o motor tem que ser equipado comambos os filtros de isolamento reforado deltaU/delta t.Motores com rolamentos isoladosDe modo a evitar fluxos de corrente prejudiciaisatravs dos rolamentos, os rolamentos do motortem que ser eletricamente isolados. Isso se aplicapara motores de chassi de tamanho 280 e acima.Isolamento de fase tambmconhecido como papel de faseFig 1.4.16: Estator com isolamento de fase48Seo 1.4Motores 46. Eficincia do motorDe modo geral, motores eltricos so bastanteeficientes. Alguns motores tm eficincias depotencia eletricidade-para-eixo de 80-93%dependendo do tamanho do motor e as vezesat mais altas para motores maiores. Existemdois tipos de perda de energia em motoreseltricos: perdas dependentes da carga e perdasindependentes da carga.Perdas dependentes da carga variam com oquadrado 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 sereferem a: Perdas de ferro (perdas do ncleo) Perdas mecnicas (frico)Diferentes classificaes de motor categorizammotores de acordo com a eficincia. As maisimportantes so CEMEP na UE (EFF1, EFF2 e EFF3)e EPAct nos EUA.Motores podem falhar por causa dasobrecarga por um longo perodo e, portantoa maioria dos motores so intencionalmentesuperdimensionados e apenas operam entre 75% a80% de sua capacidade de carga total. Nesse nvelde carga, a eficincia do motor e fator de potnciapermanecem relativamente altos. Mas quando acarga do motor menos do que 25%, a eficincia efator de potencia diminuem.A eficincia do motor cai rapidamente abaixo decerta porcentagem da carga nominal. Assim, importante dimensionar o motor de forma queas perdas associadas com o funcionamento domotor muito abaixo da sua capacidade nominalsejam minimizadas. comum escolher um motorde bomba que satisfaa os requisitos de potenciada bomba.1.4.5 Proteo do motorOs motores quase sempre so protegidos contratemperaturas abrangentes as quais podem causar danosao sistema de isolamento. Dependendo da construodo motor e da aplicao a proteo trmica tambmpode ter outras funes, por exemplo, prevenir quetemperaturas danosas no conversor de frequncia se eleest montado no motor.O tipo de proteo trmica vria com o tipo do motor.A construo do motor juntamente com o consumode potencia deve ser levada em considerao quandoescolhendo a proteo trmica. De modo geral, osmotores tem que ser protegidos contra as seguintescondies:Erros que causam aumento lento de tem-peraturanos enrolamentos: Sobrecarga lenta Longos perodos de inicializao Resfriamento reduzido/falta de resfriamento Temperatura ambiente aumentada Partidas e paradas frequentes Flutuao de frequncia Flutuao de tensoErros causando aumento rpido de temper-aturanos enrolamentos: Rotor bloqueado Falha de fasePor cento da carga nominalPorcento50 5 00 5 5000004000.0.0.40EcinciaFator de potenciaCos j75 5 5 75Por cento da carga nominal5757 5757Ecincia %Fig 1.4.17: Eficinciavs fator depotncia da cargavs carga (desenhoesquemtico)Fig 1.4.18: A relaoentre eficincia ecarga nominal demotores de tamanhosdiferentes (desenhoesquemtico)49 47. Proteo Trmica (TP)De acordo com a norma IEC 60034-11, a proteotrmica do motor tem que estar indicada naplaca com a designao TP. A figura 1.4.19 mostrauma viso geral das designaes TP.Fig 1.4.19: Designaes TPTermistores PTCTermistores PTC (Termistores de Coeficiente deTemperatura Positiva) podem ser equipadosnos enrolamentos de um motor durante aproduo ou adaptados depois. Geralmente, 3PTCs so montados em srie; 1 em cada fasede enrolamento. Eles podem ser compradoscom temperaturas de disparo variando de 90Ca 180C em 5 nveis de graus. PTCs tm queestar conectados a um rel de termistor, quedetecta o aumento rpido na resistncia dotermistor quando ele alcana sua temperaturade disparo. Estes dispositivos so no-lineares.Na temperatura ambiente, a resistncia de comconjunto de 3 ser de aproximadamente 200-300ohms, e isso aumentar rapidamente quando tertermistor alcana sua temperatura de disparo. Sea temperatura aumentar mais o termistor PTCpode atingir vrios milhares de ohms. Os rels dotermistor normalmente so configurados paradisparar a 3000 ohms ou so pr-configuradospara disparar de acordo com o que a norma DIN44082 prescreve. A designao TP para PTCs paramotores menores do que 11kW TP 211 se osPTCs esto ajustados nos enrolamentos. Se osPTCs so retroajustados, a designao TP TP 111.A designao TP para PTCs para motores maioresque 11 kW normalmente TP111.Interruptores trmicos e termostatosInterruptores trmicos so pequenas chavesbimetlicas que comutam devido temperatura.Eles esto disponveis com uma ampla gama detemperaturas de disparo; normalmente dos tiposaberto e fechado. O tipo mais comum o fechado.Um ou dois em srie so geralmente montadosnos enrolamentos como termistores e podem serdiretamente conectados ao circuito da bobinacontator principal. Desta forma, nenhum rel necessrio. Este tipo de proteo mais baratodo que termistores, mas, por outro lado, menossensvel e no capaz de detectar uma falha derotor bloqueado.Interruptores trmicos tambm so conhecidoscomo interruptores Thermik, Klixon e PTO(Proteo Trmica a Abertura). Interruptorestrmicos sempre levam uma designao TP111.Motores monofsicosMotores monofsicos normalmente vm comproteo trmica incorporada. A proteotrmica normalmente tem um restabelecimentoautomtico. Isso sugere que o motor tem que serconectado rede eltrica de um modo que garantaque acidentes causados pelo restabelecimentoautomtico sejam evitados.Motores trifsicosMotores trifsicos tem que ser protegidos deacordo com os regulamentos locais. Este tipo demotor normalmente tem contatos incorporadospara reinicializao nos circuito de controleexterno.50 48. 51Aquecimento de ParalisaoUm elemento de aquecimento garante oaquecimento de paralisao do motor. O elementode aquecimento especialmente usado emconexo com aplicaes que trabalham comumidade e condensao. Ao utilizar o aquecimentode paralisao, o motor est mais quente do que oambiente e assim, a umidade relativa do ar dentrodo motor sempre inferior a 100%.ManutenoO motor deve ser verificado em intervalosregulares. importante manter o motor limpo de modo agarantir a ventilao adequada. Se a bomba instalada em um ambiente empoeirado, ela deveser limpa e verificada regularmente.RolamentosNormalmente, motores tm um rolamentobloqueado na extremidade de acionamento eum rolamento com folga axial na extremidadesem acionamento. A folga axial exigida, devidos tolerncias de produo, expanso trmicadurante operao, etc. Os rolamentos do motorso mantidos no lugar por arruelas de pressoonduladas na extremidade sem acionamento, verfigura 1.4.21.O rolamento fixo na extremidade de acionamentopode ser tanto um rolamento radial de esferas ouum rolamento de contato angular.As folgas e tolerncias de rolamentos soapresentadas de acordo com ISO 15 e ISO492. Como os fabricantes de rolamentos temque cumprir estas normas, os rolamentos sointernacionalmente permutveis.De modo a rodar livremente, um rolamentode esferas deve ter certa folga interna entre acanalizao e as esferas. Sem essa folga interna,as esferas podem ou ter dificuldade para rodarou ficarem presas e serem incapazes de rodar.Por outro lado, demasiada folga interna resultarem um rolamento instvel que pode gerar rudoexcessivo ou permitir que o eixo oscile.Dependendo de para qual tipo de bomba o motorest adaptado, o rolamento radial de esferasna extremidade de acionamento deve ter folgaC3 ou C4. Rolamentos com folga C4 so menossensveis ao calor e tem capacidade de cargaaxial aumentada.O rolamento transportando as foras axiais dabomba pode ter folga C3 se: a bomba tem alivio hidrulico completo ou parcial a bomba tem muitos perodos de operao breve a bomba tem longos perodos de inatividadeRolamentos C4 so usados para bombas comforas axiais altas flutuantes. Rolamentos decontato angular so usados se a bomba exercefortes foras axiais unidirecionais.Fig 1.4.21: Desenho de corte transversal do motor1.4.20: Estator com elemento de aquecimento 49. 52Seo 1.4MotoresMotores com rolamentospermanentemente lubrificadosPara rolamentos fechados permanentementelubrificados, utilize um dos seguintes tipos degraxa resistentes a altas temperaturas: Graxa a base de ltio Graxa a base de poliureiaAs especificaes tcnicas devem corresponder norma DIN 51825 K2 ou melhor. A viscosidadebsica do leo deve ser maior do que: 50 cSt (10-6m2/sec) a 40C e 8 cSt (mm2/sec) a 100CPor exemplo, Kluberquiet BQH 72-102 com umarazo de preenchimento de graxa de: 30 -40%.Motores com sistema de lubrificaoNormalmente motores de chassi com tamanho160 e maiores tem bocais lubrificantes para osrolamentos tanto na extremidade de acionamentoquanto na extremidade sem acionamento.Os bocais lubrificantes so visveis e de fcilacesso.O motor projetado de tal modo que: h um fluxo de graxa em torno do rolamento graxa nova entra no rolamento a graxa velha removida do rolamentoMotores com sistemas de lubrificao sofornecidos com uma instruo de lubrificao,por exemplo como uma etiqueta na tampa daventoinha. Alm disso, as instrues so dadasnas instrues de instalao e operao.O lubrificante com frequncia a base deltio, graxa de alta temperatura, por exemploEXXON UNIREX N3 ou Shell Alvania Graxa G3. Aviscosidade bsica do leo deve ser maior que 50 cSt (10-6m2/sec) a 40C e 8 cSt (mm2/sec) a 100CFig:1.4.22: Tipos tpicos de rolamento em motores de bomba 50. Capitulo 1. Design de bombas e motoresSeo 1.5: Lquidos1.5.1 Lquidos viscosos1.5.2 Lquidos no newtonianos1.5.3 O impacto de lquidos viscosos nodesempenho de uma bomba centrifuga1.5.4 Selecionando a bomba certa para umliquido com anticongelante1.5.5 Exemplo de calculo1.5.6 Seleo de bombas assistida porcomputador para lquidos densos e viscosos 51. Seo 1.5Lquidos1.5.1 Lquidos viscososNo h dvida sobre isso; a gua o liquidomais comum que uma bomba trata. Entretanto,em vrias aplicaes, as bombas tem que lidarcom outros tipos de lquidos, por exemplo,leo, propilenoglicol, gasolina. Comparado comgua esses tipos de lquidos tem densidade eviscosidade diferentes.A viscosidade a medida da espessura dolquido.Quanto mais alta a viscosidade mais espessoo liquido. Propilenoglicol e leo de motor soexemplos de lquidos espessos ou de altaviscosidade. A gasolina e a gua so exemplosde lquidos finos de baixa viscosidade.Existem dois tipos de viscosidade: A viscosidade dinmica (), que normalmente medida em Pa-s ou Poise. (1 Poise= 0,1 Pas) A viscosidade cinemtica () que normalmente medida em centiStokes ou m2/s(1 cSt = 10-6 m2/s)A relao entre a viscosidade dinmica () ea viscosidade cinemtica () mostrada naformula direita.Nas pginas a seguir, ns focaremos apenas naviscosidade cinemtica ().A viscosidade de um liquido mudaconsideravelmente com a alterao datemperatura; leo quente mais fino do queleo frio, Como podemos verificar na figura1.5.1 um liquido 50% propilenoglicol aumentasua viscosidade 10 vezes quando a temperaturamuda de +20 para -20C.Para maiores informaes relativas viscosidade do liquido v ao apndice L.54 = = densidade do lquidoFig. 1.5.1: Comparao de valores de viscosidade paragua e alguns outros lquidos. Valores de densidade etemperaturas tambm so mostrados. 52. 1.5.2 Liquidos no newtonianosOs lquidos discutidos at agora so conhecidoscomo fluidos newtonianos. A viscosidade delquidos newtonianos no afetada pela magnitudee a movimento aos quais eles esto expostos. leomineral e gua so exemplos tpicos deste tipo delquido. Por outro lado, a viscosidade de lquidosno newtonianos altera quando agitados.Isso pede alguns exemplos: Lquidos dilatantes como creme a viscosidadeaumenta quando agitado Fluidos plsticos como ketchup tem um limitede escoamento, o qual tem que ser excedidoantes que o fluxo inicie. Deste ponto em diante aviscosidade diminui com um aumento na agitao Lquidos tixotropico como pintura no gotejante apresenta uma viscosidade decrescente com umaumento na agitaoOs lquidos no newtonianos no esto cobertospela frmula de viscosidade descrita anteriormentenesta seo.1.5.3 O impacto de lquidos viscosos nodesempenho de uma bomba centrifugaLquidos viscoso