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MARINHA DO BRASIL DIRETORIA DE PORTOS E COSTAS ENSINO PROFISSIONAL MARÍTIMO
CURSO DE FORMAÇÃO DE AQUAVIÁRIOS (CFAQ I-M)
MANUTENÇÃO DE MÁQUINAS E
EQUIPAMENTOS DE
SISTEMAS AUXILIARES
– MAQ 001–
1ª. edição
Rio de Janeiro
1
2013 © 2013 direitos reservados à Diretoria de Portos e Costas
Autor: Professor Marcus Vinicius de Lima Arantes
Revisão Pedagógica:
Revisão ortográfica:
Diagramação/Digitação: Invenio Design Coordenação Geral: ____________ exemplares Diretoria de Portos e Costas Rua Teófilo Otoni, n. 4 – Centro Rio de Janeiro, RJ 20090-070 http://www.dpc.mar.mil.br [email protected]
Depósito legal na Biblioteca Nacional conforme Decreto n. 1825, de 20 de dezembro de 1907.
IMPRESSO NO BRASIL / PRINTED IN BRAZIL
2
S U M Á R I O
INTRODUÇÃO........................................................................................................................ 7
UNIDADE 1– CANALIZAÇÃO, VÁLVULAS E ACESSÓRIOS.............................................. 9
1.1 CANALIZAÇÃO, REDE E TUBO ............................................................................. 9
1.2 MATERIAIS USADOS NA FABRICAÇÃO DOS TUBOS ........................................... 10
1.3 ACESSÓRIOS DE TUBULAÇÃO, JUNTAS E ISOLAMENTO TÉRMICO ................. 10
1.3.1 União de tubos ........................................................................................................... 11
1.3.2 Elementos de vedação – Juntas ................................................................................ 14
1.3.3 Demais acessórios de tubulação ................................................................................ 16
1.3.4 Isolamento térmico...................................................................................................... 18
1.3.5 Válvulas ...................................................................................................................... 20
1.3.6 Padronização de cores de redes de tubulação .......................................................... 23
1.3.7 Elementos de Vedação – Gaxetas ............................................................................ 26
UNIDADE 2 – INSTRUMENTOS DE CONTROLE ................................................................ 29
2.1 PRESSÃO .................................................................................................................. 29
2.1.1 Conceitos, unidades de pressão e conversões .......................................................... 30
2.1.2 Instrumentos de medição de pressão ........................................................................
2.2 TEMPERATURA ........................................................................................................ 31
2.2.1 Conceitos, unidades de temperatura e conversões ................................................... 31
2.2.2 Instrumentos de medição de temperatura .................................................................. 32
3
2.3 VOLUME E VAZÃO .................................................................................................... 33
2.4 NÍVEL .........................................................................................................................
37
UNIDADE 3 – LUBRIFICAÇÃO ............................................................................................ 39
3.1 CONCEITO DE ATRITO E LUBRIFICAÇÃO.............................................................. 39
3.2 PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DOS ÓLEOS LUBRIFICANTES ......................... 40
3.2.1 Viscosidade ................................................................................................................ 40
3.2.2 Densidade .................................................................................................................. 40
3.2.3 Ponto de fluidez ......................................................................................................... 41
3.2.4 Ponto de fulgor ........................................................................................................... 41
3.3 TIPOS DE LUBRIFICANTES USADOS A BORDO .................................................... 41
3.4 MÉTODOS DE APLICAÇÃO DE LUBRIFICANTES................................................... 41
3.5 ARMAZENAMENTO DOS LUBRIFICANTES............................................................. 44
UNIDADE 4 – COMPRESSORES DE AR............................................................................... 47
4.1 COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO POSITIVO ............................................. 47
4.1.1 Compressores alternativos ......................................................................................... 48
4.1.2 Compressores rotativos ............................................................................................. 49 4.2 COMPRESSORES DINÂMICOS (TURBOCOMPRESSORES) ................................. 52
4.3 CONTROLE DE CAPACIDADE DOS COMPRESSORES ........................................ 52
4.4 CUIDADOS NA OPERAÇÃO COM COMPRESSORES ........................................... 53
UNIDADE 5 –TANQUES ....................................................................................................... 55
5.1 CLASSIFICAÇÃO DOS TANQUES. ESTRUTURAIS E NÃO-ESTRUTURAIS ......... 55
5.1.1 Tanques estruturais..................................................................................................... 55
5.1.2 Tanques não-estruturais.............................................................................................. 55
5.2 IDENTIFICAÇÃO DOS TANQUES EM UM PLANO .................................................. 55
5.2.1 Tanques estruturais ................................................................................................... 55
5.2.2 Tanques não-estruturais ............................................................................................ 56
5.3 SONDAGEM de tanques ............................................................................................ 56
UNIDADE 6 – BOMBAS ........................................................................................................ 57
6.1 CLASSIFICAÇÃO DAS BOMBAS .............................................................................. 57
6.1.1 Bombas de deslocamento positivo ou volumétricas ................................................... 57
6.1.2 Turbobombas ou bombas dinâmicas.......................................................................... 59
6.2 EMPREGO DAS BOMBAS A BORDO ...................................................................... 61
6.3 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DAS BOMBAS .................................................. 62
6.3.1 Funcionamento de uma bomba alternativa ................................................................ 62
6.3.2 Funcionamento de uma bomba rotativa...................................................................... 63
6.3.3 Funcionamento de uma bomba centrífuga ................................................................ 65
UNIDADE 7 – SEPARADORES CENTRÍFUGOS.................................................................. 67
7.1 CONCEITOS DE DENSIDADE, SEDIMENTO, CLARIFICAÇÃO E PURIFICAÇÃO.. 67
7.2 FUNCIONAMENTO DOS SEPARADORES CENTRÍFUGOS.................................... 68
7.3 COMPONENTES DE UM PURIFICADOR ................................................................. 69
7.4 CUIDADOS NA MANUTENÇÃO E LIMPEZA DOS SEPARADORES........................ 70
UNIDADE 8 – COMBATE À POLUIÇÃO................................................................................ 73
8.1 MÉTODOS DE COMBATE À POLUIÇÃO DA ÁGUA DO MAR POR ÓLEO:
DISPERSANTES, AGLUTINADORES, ABSORVENTES E BARREIRAS ................. 73
8.2 SISTEMAS DE LAVAGEM DE TANQUES: LOAD ON TOP (LOT), LAVAGEM
COM ÓLEO CRU (COW), TANQUES PARA LASTRO SEGREGADO (SBT)............ 74
8.3 SEPARADOR DE ÁGUA E ÓLEO.............................................................................. 75
8.3.1 Princípio de funcionamento......................................................................................... 76
8.4 SISTEMA DE TRATAMENTO DE EFLUENTES ........................................................
77
UNIDADE 9 – COMUNICAÇÕES INTERIORES E SISTEMAS DE ALARME ...................... 79
9.1 COMUNICAÇÕES INTERIORES ............................................................................... 79
9.2 SISTEMA DE ALARMES DA PRAÇA DE MÁQUINAS............................................... 80
9.2.1 Princípio de funcionamento do sistema de alarmes .................................................. 81
UNIDADE 10 – TROCADORES DE CALOR......................................................................... 83
10.1 FORMAS DE TRANSMISSÃO DE CALOR: CONDUÇÃO, CONVECÇÃO E
RADIAÇÃO ................................................................................................................. 83
10.2 VAPORIZAÇÃO E CONDENSAÇÃO ......................................................................... 84
4
10.2.1 Vaporização ................................................................................................................ 84
5
10.2.2 Condensação.............................................................................................................. 85
10.3 PRINCIPAIS PARTES DE UMA CALDEIRA .............................................................. 85
10.4 FUNCIONAMENTO DE UMA CALDEIRA .................................................................. 88
10.5 TIPOS DE TROCADORES DE CALOR MAIS COMUNS A BORDO:
CONDENSADORES, AQUECEDORES E RESFRIADORES ................................... 91
UNIDADE 11 – SISTEMAS DE GOVERNO........................................................................... 95
11.1 PRINCIPAIS PARTES DE UM SISTEMA DE GOVERNO ......................................... 95
11.2 EVOLUÇÃO DA MÁQUINA DO LEME ......................................................................
96
BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................................... 101
6
INTRODUÇÃO
Os navios, independentemente do seu porte e tipo, possuem diversos equipamentos e
instrumentos de controle que compõem o seu sistema de propulsão e seus sistemas auxiliares.
O propósito geral desta disciplina é proporcionar ao aluno conhecimentos sobre os
equipamentos e demais acessórios dos sistemas auxiliares das instalações de máquinas de
navios mercantes. Esta apostila aborda os principais sistemas auxiliares de bordo, incluindo
equipamentos estáticos, equipamentos dinâmicos e seus sistemas de lubrificação, tubulação e
seus acessórios e instrumentação de controle.
Considerou-se como critério de elaboração deste trabalho uma abordagem dos assuntos
que propiciasse uma dosagem de conhecimento aos alunos compatível com suas atribuições
no exercício de suas atividades profissionais. Recomenda-se aos alunos uma leitura atenciosa
dos diversos assuntos aqui apresentados, uma vez que serão de fundamental importância para
o desempenho de suas funções a bordo.
É também importante ressaltar um dos principais aspectos para quem lida com máquinas
e sistemas pressurizados, energizados e com fluidos a alta temperatura. É o aspecto relativo a
segurança. São sistemas que requerem atenção dos seus operadores, que, por sua vez,
devem obedecer às regras de segurança utilizando os EPIs adequados e tomando todos os
cuidados necessários para evitar acidentes.
7
8
UNIDADE 1
CANALIZAÇÕES, VÁLVULAS E ACESSÓRIOS
1.1 CANALIZAÇÕES, REDE E TUBO
A maioria dos sistemas de bordo tem entre os seus componentes uma rede de
tubulação. É por seu intermédio que são movimentados os diversos fluidos tais como vapor,
água, óleo combustível, óleo lubrificante, ar comprimido, etc.
Tubos ou canalizações são os elementos utilizados para essa finalidade. Ao seu conjunto
denominamos rede de tubulação ou simplesmente rede, como é mais usual a bordo.
Dependendo de sua aplicação, os tubos são fabricados de diversos materiais e diâmetros.
Figura 1: Rede de tubulação.
Entre os diversos sistemas ou redes de tubulação existentes a bordo podemos destacar
as seguintes:
- Rede de água de alimentação de caldeiras.
- Redes de água potável e de água de resfriamento de intercambiadores - Redes de
transferência e de queima de óleo combustível.
- Rede de óleo lubrificante.
- Redes de ar comprimido de serviço e ar de instrumentos.
- Rede de água de combate a incêndio.
- Rede de esgotamento de porão.
9
1.2 MATERIAIS USADOS NA FABRICAÇÃO DOS TUBOS
Os tubos podem ser fabricados de diversos tipos de materiais dependendo do fluido que
irá transportar sua pressão, temperatura e os esforços aos qual a rede de tubulação ficará
submetida durante a operação.
Os materiais mais empregados na fabricação de tubos podem ser metálicos ou plásticos
e os principais são os seguintes:
Aço e suas ligas
Material utilizado na grande maioria de tubos. Podem ser aços-carbono ou aços inoxidáveis com composição química também variável. O aço tem boa resistência mecânica e é compatível com a maioria dos fluidos transportados. Os aços inoxidáveis são utilizados quando o fluido transportado é mais agressivo ou se encontra em pressões e temperaturas mais elevadas.
Ferro Fundido
Tem baixa resistência mecânica. É mais utilizado em redes de drenagem de esgoto
Ferro Forjado
Tem boa resistência mecânica e boa resistência a corrosão. É muito utilizado em redes de água doce fria ou quente.
Metais não-ferrosos (cobre recozido e latão)
Têm utilização geral em água doce e salgada, óleo lubrificante, gás frigorífico e ar de baixa pressão. Como os outros materiais, o cobre também tem seus atributos e desvantagens. Com relação à qualidade e vida útil, certamente não há material que o iguale. Por outro lado, o custo é o mais alto que o dos outros materiais e requerem alguns cuidados especiais tal como mão-de-obra especializada para a instalação. Tem boa resistência química, mas tem um alto coeficiente de dilatação.
Ligas de cobre-níquel
São materiais especiais, mais caros, normalmente empregados em sistemas com fluidos em temperaturas elevadas e em tubos de intercambiadores de calor por onde circula água salgada.
Materiais plásticos
Muito utilizados em instalações prediais de água e esgoto. O tipo de material plástico mais utilizado é cloreto de polivinila, mais conhecido como PVC. Atualmente os tubos plásticos são largamente utilizados, muito conhecidos, têm preço relativamente baixo e fácil manuseio.
Cimento
Os tubos de concreto são utilizados em sistemas de abastecimento urbano de água, captação e condução de águas pluviais, esgoto sanitário, efluentes industriais ou para a canalização de córregos e galerias.
Borracha Utilizada para fabricação de tubos flexíveis (mangueiras com e sem espiral
metálica) para passagem de ar comprimido, água, hidrocarbonetos e produtos abrasivos. São também utilizados para produtos alimentícios e químicos.
1.3 ACESSÓRIOS DE TUBULAÇÃO, JUNTAS E ISOLAMENTO TÉRMICO
Acessórios para tubulações são componentes utilizados em sistemas de tubulação para
fazer mudanças de direção (curvas e joelhos), fazer derivações (tês), fazer mudanças de
diâmetro (reduções concêntricas e excêntricas), fazer ligações de tubos entre si (luvas, uniões
e flanges) e fazer fechamento da extremidade de um tubo(tampões ou flange cego).
10
1.3.1 União de tubos
Para constituir uma rede de tubulação, os tubos podem ser unidos através de vários tipos
de conexões que são as seguintes:
Conexão soldada
Os tubos são unidos através de um processo de soldagem. A técnica correta de
soldagem de tubos indica uma união por solda de topo - as extremidades dos dois tubos são
chanfradas (ou biseladas) e a abertura preenchida com solda.
Figura 2: Solda de topo. Figura 3: Tubulação soldada.
Conexão flangeada
Nesse tipo de conexão são utilizados nas extremidades dos tubos a serem unidos
elementos de conexão chamados de flanges. Os flanges são roscados ou soldados nas
extremidades dos tubos e são unidos e ajustados um contra o outro por intermédio de
parafusos e porcas. Para propiciar uma vedação perfeita, usa-se um elemento chamado junta
entre as duas faces dos flanges a serem unidas.
Os tipos de flanges variam quanto a diversos dos seus aspectos. Quanto a sua face
podem ser:
Face com ressalto (“raised face”)
É o tipo mais comum de face. A vedação é feita pelos ressaltos dos dois flanges quando
unidos. Entre os ressaltos coloca-se uma junta. O ressalto pode ser ranhurado ou não.
Face plana (“flat face”)
As faces são lisas, sem ressaltos. O aperto da junta é muito inferior ao obtido em
igualdade de condições com os flanges de face com ressalto. São o faceamento usual nos
flanges de ferro fundido e de outros materiais frágeis, como os plásticos, por exemplo. Se os
flanges de ferro fundido e de outros materiais frágeis tivessem faces com ressalto, o aperto dos
parafusos poderia causar fraturas nas bordas do flange em consequência da flexão.
11
Figura 4: Flange face com ressalto. Figura 5: Flange face plana.
Face para junta de anel (“ringtype joint”)
Esse tipo de face é usado em flanges de aço para serviços severos, de altas pressões e
temperaturas, como por exemplo, vapor. É empregado também para fluidos perigosos, e
tóxicos em que deva haver maior segurança contra vazamentos. A face dos flanges tem um
rasgo circular profundo, onde se encaixa uma junta em forma de anel metálico. Consegue-se
nesses flanges uma melhor vedação com o mesmo grau de aperto dos parafusos, não só
devido à ação de cunha da junta de anel nos rasgos dos flanges como, também, porque a
pressão interna tende a dilatar a junta de anel apertando-a contra as paredes dos rasgos. Os
flanges para junta de anel garantem também melhor vedação em serviços com grandes
variações de temperatura.
Os flanges são ainda classificados de acordo com suas características construtivas e os
mais usuais são os seguintes:
Flange de pescoço (“welding neck”)
É um dos tipos de flange mais usados em tubulações industriais para quaisquer níveis de
pressões e temperaturas, para diâmetros de 1 ½” ou maiores. Tem excelente resistência
mecânica, permite melhor aperto e baixas tensões residuais em consequência da solda. Suas
extremidades terão que ser chanfradas para serem ligadas ao tubo por uma única solda de
topo.
Flange sobreposto (“slip on”) 12
Figuras 6 e 7: Flange tipo “Ringtype joint”.
Figuras 8 e 9: Flange de pescoço.
É um flange de menor custo e mais fácil de se instalar do que o flange de pescoço. A
ponta do tubo se encaixa no flange, facilitando o alinhamento e evitando a necessidade do
corte do tubo na medida exata. O flange é ligado ao tubo por duas soldas em ângulo, uma
interna e outra externa. Esse flange só pode ser usado para tubulações em serviços não
severos, porque o aperto permissível é bem menor - as tensões residuais são um pouco mais
elevadas.
Flange de encaixe (“socket welding”)
O flange de encaixe é muito parecido com o flange sobreposto. A diferença está em que
seu diâmetro nominal, existe outro diâmetro menor, que serve de apoio para a ponta do tubo. O
diâmetro interno do tubo e o diâmetro de passagem são iguais. Isto elimina qualquer restrição
ao fluxo. A Soldagem é feita apenas na parte externa do flange.
Flange rosqueado (“Threaded Flange”)
Os flanges rosqueados são usados apenas para tubos de metais de difícil soldabilidade
(ferro fundido, por exemplo), e para alguns tipos de tubos não-metálicos, como os de materiais
plásticos. Empregam-se também para tubos de aço e de ferro forjado em tubulações
secundárias (água, ar comprimido etc.) e em redes prediais.
Flange solto (“lap joint”)
Este tipo de flange não é fixo à tubulação, podendo deslizar livremente no tubo, só se
detendo na extremidade do tubo onde é soldado uma peça denominada de pestana (stub-end).
É entre essas pestanas que é colocada a junta como elemento de vedação. Os flanges soltos 13
Figuras 10 e 11: Flange sobreposto.
Figuras 12 e 13: Flange de encaixe.
Figuras 14 e 15: Flange rosqueado.
são muito utilizados em tubulações de aço inoxidáveis outros materiais nobres, de custo
elevado, pois não entram em contato com o fluido e, portanto pode ser de material menos
nobre.
Figuras 16 e 17: Flange solto.
Flange cego (blind)
Este tipo de flange não é vazado e é usado para fechar extremidades dos sistemas de
tubulação.
1.3.2 Elementos de vedação – Juntas
Em todas as ligações flangeadas existe sempre uma junta que é o elemento de vedação.
Quando em serviço, a junta está submetida a uma forte compressão provocada pelo aperto dos
parafusos, e também a um esforço de cisalhamento devido à pressão interna do fluido
circulante. Para que não haja vazamento através da junta, é necessário que a pressão exercida
pelos parafusos seja bem superior à pressão interna do fluido, que tende a afastar os flanges.
Por esse motivo, quanto maior for à pressão do fluido, tanto mais dura e resistente terá de ser
a junta, para resistir ao duplo esforço de compressão dos parafusos e de cisalhamento pela
pressão. A junta também deverá ser suficientemente deformável e elástica para se amoldar às
irregularidades das superfícies dos flanges, garantindo a vedação. Assim, as juntas duras, se
por um lado resistem a pressões mais altas, por outro lado exigem maior perfeição no
acabamento das faces dos flanges e no alinhamento dos tubos, e vice-versa. O material das
juntas deverá ainda resistir à ação corrosiva do fluido, bem como a toda faixa possível de
variação de temperaturas.
As juntas para flanges podem ser não-metálicas, semimetálicas, ou metálicas, sendo os
seguintes tipos mais usuais:
Juntas não-metálicas
14
Figuras 18 e 19: Flange cego.
Existe uma grande variedade de juntas não-metálicas, empregadas com flanges de face
com ressalto, ou com flanges de face plana. Os principais materiais empregados são:
a) Borracha natural: usada para água, ar, condensado até 60°C.
b) Borrachas sintéticas: usadas para óleos até 80°C. c) Materiais plásticos: usados para fluidos corrosivos em baixas pressões e temperatura
ambiente.
d) Papelão hidráulico: é um nome genérico para designar diversas classes de juntas de
amianto comprimido grafitado com um material aglutinante.
Figura 20: Juntas não-metálicas para flanges.
Juntas metálicas
Essas juntas são constituídas de uma lâmina metálica (geralmente de aço inoxidável),
torcida em espiral, com enchimento de amianto entre cada volta. Essa inserção de aço inox e
amianto se deformam com o aperto ajustando-se às faces dos flanges promovendo uma boa
vedação. É prática usual empregar-se essas juntas nos seguintes casos:
Flanges de classe de pressão 600#, em qualquer temperatura.
Flanges de classes de pressão 150# e 300#, para temperaturas inferiores a 0°C,
superiores a 400°C, ou para serviços com necessidade de maior segurança contra
vazamentos.
As juntas metálicas, que são notáveis pela sua excelente elasticidade, costumam ter um
dispositivo de centralização para facilitar o correto posicionamento nos flanges; esse dispositivo
pode ser um anel externo de aço, que fica encaixado entre os parafusos dos flanges, ou um
arame que se prende em dois parafusos diametralmente opostos.
15
Figura 21: Juntas metálicas para flanges.
Os materiais das juntas devem ser compatíveis com o fluido que circula na rede, sua
pressão e temperatura. Os manuais dos fabricantes devem ser consultados sempre que haja
alguma dúvida.
As juntas podem ser adquiridas já prontas para serem usados ou podem ser fabricadas a
bordo a partir das folhas do material a ser utilizado, papelão hidráulico, por exemplo.
Sempre que houver necessidade de uma troca de juntas alguns cuidados devem ser
observados:
Limpar criteriosamente a superfície dos flanges, removendo partes da junta antiga
ainda agregada.
Selecionar o material da junta de acordo com as especificações do fluido do sistema.
Atentar para a espessura mais adequada considerando que ela deverá ser comprimida
pelo aperto para preencher todos os espaços entre os dois flanges.
Se a junta tiver que ser confeccionada, fazer os furos com diâmetro ligeiramente
maiores que os parafusos, proporcionando um ajuste perfeito da junta nos furos. O
diâmetro interno da junta deve ser um pouco maior do que o diâmetro interno do tubo
para não interferir no fluxo do fluido.
Lubrificar parafusos e porcas, substituindo os defeituosos. Parafusos e porcas devem
ser do mesmo material.
Apertar os parafusos na sequência correta (cruzando os apertos diametralmente) para
distribuir uniformemente a pressão sobre a junta. Iniciar com um primeiro torque de
cerca de 1/3 do torque máximo, aumentando nos apertos subsequentes.
1.3.3 Demais acessórios de tubulação
Os demais acessórios são componentes utilizados em sistemas de tubulação para
cumprir diversas finalidades tais como conexão de tubos, reduções de diâmetro, derivações,
mudança de direção, isolamento de trechos e fechamento de tubos. Alguns deles podem ser
do tipo rosqueados, com encaixe para solda ou para solda de topo. As válvulas são também
tecnicamente consideradas acessórios, mas trataremos do assunto em outro tópico.
Assim, para conexão dos diversos tipos de tubostemos as luvas, as uniões e os niples.
Figura 22: União rosqueada. Figura 23: Niple. Figura 24: Luva rosqueada.
16
Para reduções de diâmetro em uma rede de tubulação utilizamos acessórios dos mais
diversos tipos de materiais que são as reduções concêntricas, reduções excêntricas, niples
de redução, buchas de redução e luvas de redução.
Figura 25: Niple de redução Figura 26: Bucha de redução Figura 27: Luva de redução,
Figura 28: Redução excêntrica. Figura 29: Redução concêntrica.
Derivações em uma rede de tubulação são ramais para condução do fluido para outros
setores da instalação. Essas derivações podem sair do ramal principal com o mesmo diâmetro
ou com diâmetro reduzido e podem ser conexões a 90º ou 45º. Os acessórios de tubulação
normalmente utilizados para derivações são os tês (normais, a 45º ou de redução), e as
cruzetas.
As derivações podem também serem soldadas no ramal principal, onde é feita uma
abertura denominada “boca de lobo” onde é soldada uma peça de transição chamada colar,
onde se conecta por solda a extremidade do tubo da derivação. Essa transição pode ainda ser
do tipo sela ou ainda com o tubo da derivação entrando diretamente na “boca de lobo” com o
reforço de um anel de reforço na junção.
Os acessórios de tubulação para mudança de direção são as curvas e os joelhos (às
vezes também conhecidos como cotovelos). As curvas são normalmente de aço forjado para
solda de topo e são utilizadas em tubulações de diâmetros maiores nas instalações de
processo. Podem ser curvas de raio longo ou curvas de raio curto a 45º, 90º ou 180º
17
e a cruzeta. Os três tipos de tês (normal, de redução e a 45º) –Figura 30: Tês
Os joelhos (ou cotovelos)são utilizados em tubulações de diâmetros menores (até 2”)
em sistemas auxiliares, para água e ar por exemplo. Podem ser a 45º ou 90º.
Para fechamento das extremidades de tubos em uma rede de tubulação utilizamos vários
tipos de acessórios. Para tubulação de maior diâmetro e pressão normalmente utilizadas nos
sistemas de processo industrial usamos acessórios como os tampões para solda de topo e
flanges cegos. Para tubulação diâmetros menores (até 2”) utilizadas em sistemas auxiliares
(para água e ar por exemplo) utilizamos os tampões rosqueados e os bujões.
Figura 33: Fechamento - Tampão para solda de topo, tampão rosqueado e bujão rosqueado.
Para isolamento de trechos de uma rede de tubulação utilizamos as raquetes, que são
peças cegas fabricadas de chapas de aço e inseridas entre os flanges nas extremidades dos
trechos a serem isolados um do outro.
1.3.4 Isolamento térmico
O isolamento térmico, quando aplicável, é utilizado em tubulações e equipamentos
como vasos, tanques e fornos que operem com temperaturas elevadas (isolamento a quente)
ou com baixas temperaturas (isolamento a frio). O isolamento térmico limita a perda do calor e
do frio e minimiza a oscilação da temperatura quando os fluidossão transportadas ou
simplesmente armazenados.
O Isolamento a quente tem como finalidade proteger as superfícies aquecidas para evitar
trocas de calor com o exterior que poderão alterar a temperatura do fluido transportado que
18
º e 180º. 90Figura 31: Curvas - Os três tipos de curvas – 45º,
Figura 32: Joelhos - Joelhos de 45º e 90º.
resultaria em perda de energia. Tem ainda a finalidade de proteger o pessoal contra
queimaduras.
O Isolamento a frio é utilizado para isolar a tubulação do ramo frio dos sistemas de
refrigeração e demais equipamentos da mesma natureza. Tem como finalidade manter a
temperatura do fluido refrigerante, evitando troca de calor com o exterior.
Materiais isolantes – Há vários tipos de materiais isolantes utilizados para isolamento
térmico de tubulação e equipamentos. A principal característica de um material isolante térmico
é ter baixa condutividade térmica, ou seja, são materiais que não propiciam a transferência do
calor. Normalmente, esses materiais isolantes são porosos, e aprisiona o ar nas pequenas
cavidades do material sólido, evitando sua movimentação, impedindo à convecção e
consequentemente a transferência do calor.
Os principais materiais isolantes utilizados nos sistemas industriais e nos sistemas de
bordo são os seguintes:
Silicato de cálcio – é o material mais utilizado para isolamento o quente de tubulação e
vasos de pressão. É produzida a partir de matérias-primas naturais como a cal virgem e a
diatomita (sílica amorfa), reforçadas por fibras de celulose e vidro. Pode ser utilizado em
temperaturas de operação até 650ºC e é quimicamente inerte, podendo ser utilizado em
contato com todos os tipos de aço, sem causar corrosão. O silicato de cálcio apresenta-se das
seguintes formas:
Placas – As placas são utilizadas principalmente para isolar superfícies planas e
equipamentos cilíndricos de grandes diâmetros: caldeiras, tanques, trocadores de calor etc.
Calha bipartida – São segmentos moldados em duas seções utilizados para o isolamento de tubulação.
Figura 34: Calhas e placas.
Segmentos – Os segmentos de silicato de cálcio são normalmente aplicados em tubulações de grande diâmetro, tanques e equipamentos cilíndricos de grandes dimensões.
19
Figura 35: Segmentos.
A tubulação isolada com calhas de silicato de cálcio recebe um acabamento de chapas
de alumínio que têm como função a proteção mecânica do isolamento térmico propiciando
ainda um acabamento para os sistemas isolados termicamente. As chapas de alumínio podem
ser lisas ou corrugadas e são fixas em volta das calhas por uma fita de alumínio.
Figura 36: Montagem de isolamento de tubos.
Lã de rocha ou lã mineral – Muito utilizada para isolamento a quente, a lã de rocha, ao
longo do seu ciclo de vida, por ser mineral e inorgânica, não se deteriora, garantindo seu
desempenho e economia de energia indefinidamente. Devido a suas características
termoacústicas, atende com excelência os mercados de isolamento térmico da construção civil
e industrial entre outros. Fabricada a partir de fibras minerais de rocha vulcânica, aglomeradas
com resinas especiais e aditivas, possuem propriedades de repelência à água e ausência de
poeira; resultando em um efetivo material para isolamento térmico e acústico, e para proteção
contra o fogo.
Lã de vidro – Graças a seus baixos coeficientes de condutividade térmica, combinados
com espessuras e densidades adequadas, a lã de vidro é conhecida como excelente isolante
térmico o quente de equipamentos industriais, caldeiras, fornos, tubulações, telhados,
suportando altas temperaturas. Por ser um material fibroso, a lã de vidro também é um dos
melhores materiais para o tratamento acústico.
Tanto a lã de rocha como a lã de vidro apresentam-se em placas rígidas ou mantas.
Poliestireno – É um material derivado do petróleo, mais conhecido no Brasil, na sua
forma expandida, pelo nome comercial de isopor. É largamente utilizado como isolante
térmico, possuindo excelente poder de isolamento tanto para o calor como principalmente para
20
idro. Figura 37: Placas de lã de rocha e manta de lã de v
baixas temperaturas, aplicação preferencial pela sua reconhecida eficiênciacomo isolante
térmico para frio. Apresenta-se comercialmente em forma de calhas e placas.
Poliuretano – É um material isolante térmico muito utilizado em isolamento a frio. Como
o poliestireno, o poliuretano é também um plástico expandido - durante a fabricação sofre uma
expansão com formação de bolhas internas microscópicas. É apresentado em calhas, placas
ou é injetado diretamente em formas que envolvem os tubos como uma espuma que se
enrijece após a aplicação.
1.3.5 Válvulas
Válvulas são elementos de bloqueio ou controle do fluxo de um fluido em uma rede de
tubulação. São encontradas em todas as instalações de processo em uma indústria ou nos
sistemas de bordo.
São vários os tipos de válvulas, fabricados de materiais diversos dependendo dos
parâmetros do fluido de operação. Assim, esses materiais variam desde o ferro e o bronze para
baixas temperaturas até os aços inoxidáveis e demais ligas sofisticadas para fluidos de
pressão e temperatura elevada.
Os vários tipos de válvulas estão relacionados com suas aplicações. Assim, a
classificação das válvulas quanto à sua finalidade é a seguinte:
Válvulas de bloqueio – servem para bloquear o fluxo de um fluido em uma tubulação:
válvula gaveta, válvula macho e válvula esfera. Atuam totalmente abertas ou totalmente
fechadas.
Válvula gaveta – Na válvula gaveta o elemento que promove o bloqueio do fluido é uma
cunha que se move abrindo ou fechando a passagem do fluxo pelo movimento de uma haste.
Dependendo do seu porte podem ser operadas manualmente, por acionamento elétrico,
pneumático ou hidráulico. Não se presta para trabalhar semi-aberta. Trabalha-se com ela
totalmente aberta, dando plena passagem ao fluido ou totalmente fechada bloqueando o seu
fluxo.
Válvula macho – A válvula macho é utilizada para bloqueios de gases, água, vapor e
demais líquidos em geral para quaisquer pressões ou temperaturas. Seu elemento de vedação
é uma peça que pode ser cilíndrica ou cônica que, ao ser girado, dá passagem plena ou
bloqueia o fluxo. A válvula esfera tem as mesmas aplicações e o mesmo princípio de
funcionamento da válvula macho, a menos do formato da peça de vedação que é esférica.
Esses dois tipos de válvula são chamados de válvula de fechamentorápido, pela rapidez com
21
Figura 38: Válvula gaveta Figura 39: Válvula macho Figura 40: Válvula esfera.
Elementos constituintes de uma válvula gaveta – A figura abaixo nos mostra um corte
de uma válvula tipo gaveta e todos os elementos que a compõe.
Figura 41: Componentes de válvula gaveta.
Válvulas de regulagem – são válvulas que não só servem para bloquear o fluxo de um
fluido em uma tubulação como também servem para fazer uma regulagem da vazão desse
fluido trabalhando semi-abertas. São as válvulas tipo globo, válvula borboleta e válvula
diafragma.
Válvulas globo – As válvulas globo têm esse nome pelo formato do seu corpo. São
utilizadas para regulagem e bloqueio da vazão do fluido em linhas de água, óleo, vapor, gases
e líquidos em geral em qualquer pressão e temperatura. Seu corpo é basicamente constituído
22
que fazem essa operação.
de uma câmara de entrada do fluido e outra de saída. Um plug acionado por uma haste abre e
fecha a passagem entre essas câmaras regulando ou bloqueando a vazão do fluido.
Válvulas borboleta – As válvulas tipo borboleta são utilizadas principalmente para
tubulação de grande diâmetro (“mais de 10”) e de baixa pressão. Pode trabalhar em sistemas
que operem com água, ar comprimido, gases, materiais pastosos, líquidos sujos ou contendo
sólidos em suspensão. Compõem-se de um disco metálico ou revestido (normalmente com
Teflon) que é acionado abrindo e fechando pela movimentação de uma haste a ele presa. Pode
acionada manualmente ou por acionamento elétrico, pneumático ou hidráulico
Válvulas de diafragma – As válvulas de diafragma são muito utilizadas para fluidos
corrosivos, tóxicos, inflamáveis ou perigosos de um modo geral. O fechamento da válvula ou a
regulagem da vazão do fluido é feito através de um diafragma flexível que é apertado contra a
sede. Não há contato do mecanismo de acionamento do diafragma com o fluido. O diafragma é
a peça que assegura o fechamento do fluxo ou sua regulagem. É fabricado de borracha
sintética, de neoprene ou teflon.
Figura 42: Válvula globo. Figura 43: Válvula borboleta. Figura 44: Válvula diafragma.
Válvulas de fluxo unidirecional – são válvulas que só permitem o fluxo do fluido em
uma única direção. Os tipos de válvulas unidirecionais são a válvula de retenção e a válvula
de pé
Válvulas de retenção - As válvulas de retenção são instaladas em um sistema para
evitar que o fluido retorne, contrariando o seu sentido de fluxo. Elas têm várias configurações
construtivos sendo os tipos mais usuais os seguintes:
Portinhola simples.
Portinhola dupla (duplex).
Tipo pistão.
Tipo disco. Tipo esfera.
23
Figura 45: Válvulas de retenção tipo portinhola simples e portinhola dupla.
Figura 46: Válvulas de retenção Figura 47: Válvula de retenção Figura 48: Válvula de retenção tipo pistão. tipo disco. tipo esfera.
Válvula de pé - A válvula de pé tem uma aplicação específica na sucção de bombas para
manter sempre o ramo de sucção cheio mantendo assim a sua escorva.
Figura 49: Válvula de pé.
Válvulas de retenção e vedação – É um tipo especial de válvula que tem a configuração
interna de uma válvula globo, mas tem o plug de vedação solto na haste. Isso propicia que ela
quando aberta funcione como válvula de retenção (a força do fluido levanta o plug e permite o
fluxo do fluido em uma única direção). Quando fechada, o plug é pressionado contra a sede e
promove a vedação total. São muito utilizadas em instalações navais. As válvulas da rede de
água de alimentação das caldeiras são geralmente desse tipo.
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Válvula de Segurança e Alívio – As válvulas de segurança e alívio têm com finalidade
controlar a pressão no interior de uma rede de tubulação ou de um vaso de pressão. Sua
configuração interna consta de uma mola pressionando o plug contra uma sede. A tensão da
mola é regulada para que a válvula abra ao atingir a “pressão de set”, aliviando o excesso de
pressão. As válvulas de segurança têm um ponto de abertura e fechamento e são utilizadas
para fluidos gasosos em geral. As válvulas de alivio são utilizadas para líquidos e têm abertura
intermitente sempre que a pressão atinge o valor de abertura.
Além dos tipos de válvulas apresentados ainda existem alguns tipos especiais que são os
seguintes:
Válvula agulha – Esta válvula tem uma configuração interna semelhante a uma válvula
globo. Entretanto, seu obturador tem o formato afilado, daí o seu nome. Na medida em que vai
sendo fechada, o fluxo vai sendo estrangulado pela diminuição de sua passagem pela sede até
o fechamento total.
São válvulas indicadas para regulagem de fluxo com boa precisão e são muito utilizadas
nos sistemas de instrumentação.
25
Figura 50: Válvulas de retenção e vedação.
Figura 51: Válvula de segurança.
Figura 52: Válvula agulha. Figura 53: Válvula guilhotina.
Válvula de fechamento rápido – São tipos de válvulas instaladas em redes onde se
deseja fazer um fechamento rápido por questões de segurança. Podem ser de vários tipos,
porém os mais empregados são a válvula de gaveta com haste deslizante comandada por uma
alavanca (guilhotina), válvula de gaveta com fechamento por mola liberada por um gatilho e
que pode ser comandada a distância. Há ainda a válvula fechada hidraulicamente por ação de
um fole que recebe pressão hidráulica e pode ser comandada a distância.
1.3.6 Padronização de cores de redes de tubulação
Para melhor identificação das diversas redes de tubulação de bordo os tubos são
pintados com uma cor padronizada dependendo do fluido que transportam.
Linhas com temperaturas em torno da temperatura ambiente têm os seus tubos pintados
diretamente com a cor correspondente. Tubos isolados termicamente terão faixas pintadas na
cor correspondentes espaçadas umas das outras ao longo da linha.
As cores são as seguintes:
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AZUL................> água doce (quente ou fria)
AMARELO.......> óleo lubrificante
VERDE.............> água salgada
PRATA.............> vapor
MARRON.........> óleo combustível
PRETO.............>esgoto
VERMELHA.....> rede de incêndio
1.3.7 Elementos de Vedação – Gaxetas
A gaxeta é um elemento de vedação que tem como finalidade evitar
vazamentos de fluido em um equipamento ou válvula para o exterior. Com essa
finalidade são utilizadas em hastes de válvulas – as gaxetas são montadas em
volta da haste, acomodadas na caixa de gaxetas e ajustadas pelo preme-
gaxetas. Na figura ao lado o engaxetamento em uma válvula gaveta.
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Figura 54: Componentes – Engaxetamento.
A figura ao lado nos mostra o engaxetamento de uma bomba centrífuga.
As gaxetas são montadas em uma caixa de gaxetas e ajustadas pelo aperto da
sobreposta (também chamada de preme-gaxeta). Deve-se ter o cuidado para
não se dar um aperto excessivo para não danificar as gaxetas por aquecimento.
O anel de lanterna tem como finalidade de receber um fluido refrigerante
(normalmente água) para refrigeração das gaxetas.
Figura 55: Engaxetamento de bomba centrífuga.
As gaxetas são fabricadas a partir de fibras naturais ou sintéticas. São fornecidas em forma de cordões. Devem ter boa resistência a fluídos abrasivos, resistência térmica e resistência à agressividade química dos fluídos.
28
Figura 56: Gaxetas.
A escolha da gaxeta da gaxeta apropriada requer praticamente os mesmos cuidados da
escolha de uma junta. Deve-se levar em conta o tipo de fluido do sistema, a pressão exercida
pelo fluido e sua temperatura. Os catálogos dos fabricantes de gaxetas indicam os materiais
mais indicados a cada um dos casos.
Para o engaxetamento correto de uma haste de válvula, por exemplo, os procedimentos
seriam os seguintes:
Fechar a válvula, impedindo que o fluido seja pressionado de encontro ao engaxetamento.
Se necessário, limpar os fios de rosca da sobreposta a fim de permitir que as porcas sejam desmontadas com facilidade.
Lubrificar os fios de rosca com um lubrificante líquido.
Com a chave apropriada, afrouxar as porcas da sobreposta, verificando sempre se a quantidade de fluido que vaza pela haste não aumenta.
Caso persista o vazamento, retirar a sobreposta e retirar uma ou mais voltas de gaxeta substituindo-as por novas.
Caso não haja vazamento acentuado, retirar todas as voltas de gaxeta, limpar a caixa de gaxetas e colocar novas, apertando a sobreposta e cada volta inserida. Os anéis de gaxetas devem ser montados com as emendas defasadas uma das outras de 90º.
Ao colocar a última volta de gaxeta apertar à sobreposta e ver se a válvula abre e fecha sem dificuldade. Execute alguns ciclos de abertura e fechamento e reaperte a sobreposta.
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28
UNIDADE 2
INSTRUMENTAÇÃO DE CONTROLE
Os instrumentos de medição e controle têm como finalidade medir e controlar as variáveis
(pressão, temperatura, nível e vazão dos diversos sistemas existentes a bordo. Assim, temos
instalado a bordo os instrumentos abaixo listados de acordo com cada uma das variáveis:
PRESSÃO Manômetros, vacuômetros, manovacuômetros e barômetros.
TEMPERATURA Termômetros e pirômetros.
NÍVEL Indicadores de nível.
VAZÃO Hidrômetros, oleômetros.
2.1 PRESSÃO
2.1.1 Conceitos, unidades de pressão e conversões
Pressão (P) - É a relação entre uma força (F) e a superfície (A) sobre a qual ela atua.
P = F / A
Pressão Atmosférica - É a pressão devido ao peso de ar existente sobre uma área
unitária ao nível do mar (pressão barométrica). O ar exerce uma força em todas as direções e
sobre todos os objetos e seres vivos que se encontram mergulhados nele. Assim, a pressão
atmosférica não é fixa. Varia com a altitude e também com as condições meteorológicas do
local, fatores que afetam o peso do ar.
Pressão Manométrica (Relativa) - Pressão manométrica, relativa ou efetiva é a medida
da pressão em relação à pressão atmosférica local.
Pode ser positiva ou negativa. Quando a pressão é negativa temos o que se chama de
vácuo.
Pressão Absoluta - É a soma da pressão manométrica com a pressão atmosférica local.
Assim, teríamos o quadro abaixo de referenciais de pressão.
Referenciais de pressão.
Unidades de pressão – As unidades de pressão encontradas nos instrumentos de bordo
variam de acordo com a procedência do instrumento. As principais são as seguintes: - bar
- kgf / cm² (quilograma-força por centímetro quadrado)
- mm Hg (milímetros de mercúrio)
- lb/pol² (libra por polegada quadrada) ou psi (pounds per squareinch)
Quando a pressão atmosférica é medida tendo como referencial o nível do mar, temos o
que se chama de atmosfera padrão, com o valor unitário de 1 atm. Assim então, teríamos um
referencial para estabelecer a equivalência entre as unidades de pressão acima mencionadas.
1atm = 1,0333 kgf/ cm² = 1,01325 bar = 14,69 psi = 760 mm Hg
2.1.2 Instrumentos de medição de pressão
Barômetros – São instrumentos destinados a medir a pressão
atmosférica. Existem dois tipos de barômetros – os de coluna de
mercúrio e o constituído por uma caixa metálica, que é chamado de
aneroide (figura ao lado).
Manômetros – Instrumentos utilizados para medição de
pressão acima da atmosférica (pressão manométrica). Podem ser
graduados em diferentes unidades dependendo de sua procedência.
Podem ser analógicos, digitais ou de coluna de líquido. Os
analógicos são os mais usados a bordo e medem a pressão pela
31
atm + Pman = PabsP
Figura 58: Manômetro.
Figura 57: Barômetro.
deflexão de um tubo recurvado chamado Tubo Bourdon, utilizado como elemento sensor. O
da figura ao lado é do tipo analógico e está graduado em bar.
Vacuômetros – Instrumentos utilizados para medição de vácuo
(pressão negativa, abaixo da atmosférica). Podem ser graduados
em diferentes unidades dependendo de sua procedência. O
princípio de funcionamento é o mesmo dos manômetros, pois
possuem também um Tubo Bourdon montado
internamente. O da figura ao lado é do tipo analógico e está
Figura 59: Vacuômetro. graduado em polegadas de mercúrio (in Hg).
Manovacuômetros – São instrumentos que têm uma
escala de pressão e de vácuo no mesmo mostrador e são
então utilizados para medição de pressão e de vácuo. O da
figura ao lado está graduado em quilograma-força por
centímetro quadrado (kgf/cm²).
Figura 60: Manovacuômetro.
O manômetro de coluna líquida, também conhecido por “Tubo em U” contém um tubo transparente em forma de “U” no qual se coloca uma dada quantidade de líquido (normalmente o mercúrio). Uma das extremidades do tubo é ligada ao sistema cuja pressão vamos medir (P1) e na outra extremidade atua a pressão de referência (pressão atmosférica). A diferença entre as pressões é a que queremos medir e pode ser vista na régua graduada em unidade de pressão.
Figura 61: Manômetro de coluna líquida.
32
2.2 TEMPERATURA
2.2.1 Conceitos, unidades de temperatura e conversões
Utilizando uma conceituação simplificada, podemos dizer que temperatura é o grau de
calor ou frio, representado em uma escala definida.
As unidades de temperatura usuais encontradas nos instrumentos de bordo são:
- Grau Celsius, também conhecido como Grau Centígrado (ºC)
- Grau Fahrenheit (ºF)
A conversão de grau Fahrenheit em grau centígrado se faz através da seguinte fórmula:
C = 5 (F – 32) / 9
2.2.2 Instrumentos de medição de temperatura
Os instrumentos de medição de temperatura são os termômetros e os pirômetros. A
diferença de nomenclatura ente os dois é que o pirômetro é utilizado para medição de altas
temperaturas como os gases da fornalha de uma caldeira ou gases de descarga de motores.
Termômetro – é todo instrumento capaz de medir a temperatura dos mais diversos
fluidos e materiais. De acordo com sua natureza, dividem-se em dois grandes grupos:
1º – Termômetros que se utilizam sistemas físicos para medição de temperatura;
2º – Termômetros que se utilizam sistemas elétricos para medição de temperatura;
Dentre os termômetros que utilizam sistemas físicos para medição de temperaturas mais
comuns são os que se baseiam na dilatação do mercúrio. Ainda nessa categoria estão os que
se baseiam no aumento da pressão de um gás e também os chamados termômetros
bimetálicos que se baseiam na dilatação de uma lâmina bimetálica, composta de dois metais
33
Os termômetros que se utilizam sistemas elétricos para medição de temperatura fazem
essa medição através de variações de suas características elétricas. Esses termômetros
elétricos classificam-se em dois tipos, a saber:
Termômetros de resistência ou termorresistências – O princípio de medição de
temperatura utilizando termômetros de resistência se baseia na variação do valor da resistência
elétrica de um condutor metálico em função da temperatura.
Termoelementos ou termopares – Os termopares são constituídos por dois fios de
metais diferentes soldados nas suas pontas, essa junção, ao ser aquecida, gera uma corrente
elétrica que depende da temperatura.
Pirômetro – Para medir altas temperaturas como fornalhas e descarga de gases do
motor usaram um tipo de manômetro que não se danifica com essas condições chamado
pirômetro.
São vários os tipos de pirômetros, mas os mais utilizados a bordo de navios são os
pirômetros termelétricos ou termopares.
2.3 VOLUME E VAZÃO
34
lâmina bimetálica. Figura 64: Termômetro bimetálico – Funcionamento da
63: Esquema de um termômetro a gás. Figura 62: Termômetro de mercúrio. Figura
térmica. laminados com diferentes coeficientes de dilatação
Nas rotinas de bordo sempre ocorre à necessidade de verificarmos medidas de volume,
seja de óleo ou de água. Quando se faz uma sondagem de um tanque de óleo combustível
geralmente temos que recorrer a uma tabela que nos vai determinar o volume desejado.
Volume de um recipiente de base cilíndrica ou retangular é a medida resultante da
multiplicação da área de sua base pela sua altura. Quando sondamos um tanque o que
estamos verificando é a altura que o líquido está no tanque. Se multiplicarmos esse valor pela
área da base do tanque, teremos o volume do líquido naquele momento. Normalmente há
tabelas que contém esses valores.
Volume = comprimento x largura x altura
Assim, em um tanque de base retangular o seu volume é dado
pela multiplicação dos valores dos dois lados (que nos dá a área) pela sua altura. Como
exemplo se tiver um tanque com um lado de sua base medindo 10 m, o outro lado 8 m e a
altura 4 m, o seu volume total será:
V = 10 x 8 x 4 = 320 m³
Como exemplo prático, imaginemos que esse seja um dos tanques de óleo combustível
do navio. Ao se fazer uma sondagem verifica-se na trena que a altura do nível do óleo é de
2,60 m. O volume do óleo no tanque então será:
V = 10 x 8 x 2,60 = 208 m³ No sistema métrico o volume é expresso em metros cúbicos (m³). Outra unidade
bastante usual para volume é o litro, que é equivalente a um decímetro cúbico ( 1 dm³). A
tabela abaixo nos mostra a equivalência entre as diversas unidades de volume.
LITROS
MULTIPLICADOS POR SE OBTÉM
1.000,028 cm³
1 dm³
0,001000028 m³
0,100 dal
0,010 hl
0,2641794 Galão líquido (EUA)
0,2199755 Galão líquido (inglês)
0,008386 Barril (EUA)
0,0061106 Barril (inglês)
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V = a x b x c
0,03531566 Pé cubico
Para se obter a conversão inversa, divide-se em vez de multiplicar.
Exemplo:
Um tanque possui 353, 1566 pés cúbicos de produto. Quantos litros e quantos metros
cúbicos têm no tanque?
Vemos pela tabela que 1 litro corresponde a 0,03531566 pés cubicos. Então, para
transformar pés cúbicos em litros fazemos a operação inversa:
353,1566 / 0,03531566 = 10.000 litros
Para metros cúbicos, pela tabela temos que 1 litro = 0,001000028 m³
Então, 10.000 x 0,001000028 = 10 m³
Vazão – é a variável que indica quantitativamente o fluxo de um fluido. É o volume
escoado na unidade de tempo. Nos navios temos medidores de vazão nos sistemas de óleo e
água para nos indicar a quantidade desses fluidos que escoaram pelas redes de tubulação de
bordo.
É importante salientar que alguns medidores marcam somente o volume do fluido
deslocado, não indicando o tempo do deslocamento. Assim esses instrumentos são na verdade
medidores de volume deslocado. Para saber a vazão, deve se anotar o valor indicado no
medidor em intervalos de tempo determinados. O hidrômetro da figura ao lado é um exemplo.
Figura 65: Medidor de volume.
Os medidores de vazão são classificados de acordo com o quadro abaixo:
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Dentre os medidores de vazão mais usuais em sistemas industriais e nos sistemas navais
estão os seguintes:
Rotâmetros - Os rotâmetros são medidores de vazão do tipo indireto e seguem o
princípio de “área variável”, onde o flutuador é suspenso pelo fluído a uma altura
correspondente à vazão. A leitura é feita, em uma unidade de volume ou massa por tempo,
diretamente sobre a escala gravada em baixo relevo no cone de medição. A aresta superior do
flutuador corresponde a linha de referência para a leitura.
Figura 66: Rotâmetros.
Medidores de vazão analógica – O mostrador indica diretamente a vazão
que está fluindo pelo medidor. É graduado em unidades de vazão: Galões por
minuto (GPM), metros cúbicos por hora, etc.
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Os medidores de vazão tipo turbina são acoplados diretamente a tubulação.
Estes medidores são utilizados na medição de vazão em líquidos e gases,
podendo ser fabricados em diferentes materiais para atender a uma extensa
gama de tipos de fluidos.
Figura 67: Medidor de vazão analógico. Figura 68: Medidor de vazão turbina.
A tabela abaixo nos mostra a conversão entre as unidades de vazão mais usuais.
MULTIPLICAR UMA UNIDADE DE POR PARA OBTER
Litro / minuto (l/min)
60 Litro / hora (l/h)
0,016666 Litro/segundo (l/seg)
0,03531566 Pé cúbico / minuto
15,85032 Galão/hora (EUA)
13,19814 Galão/hora (Ing)
Metro cúbico / minuto
999,972 Litro / minuto
264,1721 Galão/minuto (EUA)
219,9694 Galão/minuto (Ing)
Metro cúbico / hora 4,4028 Galão/minuto (EUA)
0,5885794 Pé cúbico / minuto
Galão/minuto (EUA) 227,124 Litro / minuto
0,2271 Metro cúbico / hora
Galão/minuto (Ing) 272,7648 Litro / minuto
72,057 Galão/hora (EUA)
2.4 NÍVEL
O controle e medição de nível a bordo são de suma importância, principalmente no que
diz respeito a caldeiras. Há também medidores de nível em tanques de água e tanques de óleo.
São vários os modelos e princípios de funcionamento dos medidores de nível. São
classificados em medidores de medição direta e medidores de medição indireta.
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Entretanto vamos aqui focalizar somente os de medição direta, que são os mais comuns
nas instalações de bordo.
Visor de nível – São vários os visores de nível a bordo a começar pelo visor de nível das
caldeiras. É o tipo mais simples e adequado para medição local de nível. Em muitos casos é
instalada uma iluminação atrás do visor para facilitar a visualização do nível. Em tanques,
normalmente se instala uma régua graduada para indicar a altura correta do nível do líquido no
interior do tanque.
Figura 69: Visor de nível de caldeiras.
Bóias e flutuadores – o sistema de indicação de nível utilizando boia consiste em uma
bóia presa a um cabo que tem sua extremidade ligada a um contrapeso. No contrapeso está
fixo um ponteiro que indicará diretamente o nível em uma escala. Esta medição é normalmente
encontrada em tanques abertos.
39
Contatos de eletrodos – Nos líquidos que conduzem eletricidade, podemos mergulhar
eletrodos metálicos de comprimentos diferentes. Quando houver condução entre os eletrodos
teremos a indicação de que o nível atingiu a altura do último eletrodo alcançado pelo líquido.
Figura 71: Sistema utilizando eletrodos.
Figura 71: Sistema utilizando eletrodos.
UNIDADE 3
LUBRIFICAÇÃO
3.1 CONCEITO DE ATRITO E LUBRIFICAÇÃO
40
Figura 70: Sistema de medição de nível com bóia.
Atrito é o movimento relativo entre dois corpos, ou seja, é a fricção entre duas
superfícies, ocasionando certa resistência ao movimento e consequentemente provoca o
aquecimento naquela região de contato. Por mais planas e acabadas que sejam as superfícies,
sempre vai haver rugosidades que provocarão atrito e aquecimento
Em uma máquina, onde há vários componentes móveis trabalhando em contato,
deslizando uns sobre os outros ou fazendo contato de engrenamento, é necessário que haja
uma forma de reduzir ao máximo esse atrito, evitando assim o desgaste entre as superfícies
em atrito que contribuirá também para reduzir a temperatura na região de contato. A isso
chamamos Lubrificação.
Lubrificar é então aplicar uma substância (lubrificante) entre duas superfícies em
movimento relativo, formando uma película que evita o contato direto entre as superfícies,
promovendo diminuição do atrito e, conseqüentemente, do desgaste e da geração de calor.
Entre as substâncias lubrificantes duas são as mais usuais nos sistemas industriais e
sistemas de bordo – as graxas e os óleos lubrificantes. Os primeiros lubrificantes eram de
origem animal. Com o passar do tempo os lubrificantes evoluíram e passaram a ter bases de
origem vegetal, mineral e sintética. Os modernos lubrificantes são uma composição de óleos
básicos – que podem ser minerais ou sintéticos, com aditivos para conferir-lhes características
especiais.
A função primária do lubrificante é formar uma película delgada entre duas superfícies
móveis, reduzindo o atrito e suas consequências, que podem levar à quebra dos componentes,
isto é, lubrificar. As demais funções são:
Refrigerar – o óleo lubrificante representa um meio de transferência de calor, "roubando"
calor gerado por contato entre superfícies em movimento relativo. Nos motores de combustão
interna, o calor é transferido para o óleo através de contatos com vários componentes e, em
seguida, para o sistema de arrefecimento de óleo.
Limpar – em motores de combustão interna uma das principais funções do lubrificante é
retirar as partículas resultantes do processo de combustão e manter estas partículas em
suspensão no óleo, evitando que se depositem no fundo do cárter e provoquem incrustações.
Proteger contra a corrosão – a corrosão e o desgaste pode resultar na remoção de
metais das peças, por isso a importância dos aditivos
3.2 PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DOS ÓLEOS LUBRIFICANTES
3.2.1 Viscosidade
É a propriedade física que caracteriza a resistência de um fluido ao escoamento. De outra
maneira pode-se dizer que a viscosidade corresponde ao atrito interno nos fluidos em função
da temperatura. É comumente percebida como a "grossura", ou resistência ao despejamento. 41
Viscosidade descreve a resistência interna para fluir de um fluido e deve ser pensada como a
medida do atrito do fluido. Assim, a água é "fina", tendo uma baixa viscosidade, enquanto óleo
vegetal é "grosso", tendo uma alta viscosidade.
Quando se aquece um fluido sua viscosidade cresce e ele se torna mais fluido e escoa
com mais facilidade. Ao ser resfriado, ao contrário, ele se encorpa, torna-se viscoso e passa a
escoar com mais dificuldade. Agentes contaminantes também afetam a viscosidade dos óleos
tais como diluição por combustível, água emulsionada e sólidos em suspensão.
A viscosidade é o item mais importante na seleção e no controle de um óleo lubrificante.
Os valores de viscosidade dos óleos são obtidos através de um aparelho chamado
viscosímetro. Trata-se de um teste padronizado onde é medido o tempo que certa quantidade
de fluido leva para escoar através de um pequeno tubo (capilar) a uma temperatura constante.
A temperatura do teste deve ser constante, pois a viscosidade é uma propriedade que se altera
de acordo com a variação da temperatura. Quanto maior for a temperatura, maior será a
facilidade de escoamento, e quando em temperaturas baixas, o fluido oferece maior resistência
ao escoamento devido ao aumento da viscosidade.
Os valores obtidos na medição da viscosidade e as unidades dependem dos tipos de
viscosímetros empregados na medição e podem ser Centistokes, Segundos Saybolt e
Centipoise. Por sua vez, a SAE (Sociedade dos Engenheiros Automotivos), criou um critério de
classificação que teve aceitação generalizada pelos fabricantes de veículos e de lubrificantes.
Esta classificação é feita associando-se um número puro à viscosidade determinada em
laboratório. Quanto maior o número, maior será a viscosidade.
3.2.2 Densidade
Densidade indica a massa de um certo volume de óleo a uma certa temperatura, é
importante para indicar se houve contaminação ou deterioração de um lubrificante. O Grau API
(em inglês, API Gravity) é uma escala arbitrária que mede a densidade dos líquidos derivados
do petróleo. A escala API, medida em graus, varia inversamente à densidade relativa, isto é,
quanto maior a densidade relativa, menor o grau API. O grau API é maior quando o petróleo é
mais leve.
3.2.3 Ponto de fluidez
Ponto de fluidez é a menor temperatura em que o óleo ainda escoa. Este ponto é uma
medida importante para a determinação das características de armazenagem e de transporte
do óleo na instalação. Não há uma relação direta entre o ponto de fluidez e a viscosidade. O
ponto de fluidez dos óleos lubrificantes fica muito abaixo de 0ºC, o que não torna preocupante
o armazenamento dos óleos lubrificantes nas praças de máquinas de navios.
42
3.2.4 Ponto de fulgor
Ponto de fulgor ou ponto de inflamação é a menor temperatura na qual o óleo liberta
vapor em quantidade suficiente para formar uma mistura inflamável por uma fonte externa de
calor. O ponto de fulgor está diretamente ligado à volatilidade do óleo lubrificante e trata-se de
um dado importante no que se refere à segurança, aos riscos de transporte, armazenagem e
manuseio dos óleos lubrificantes.
3.3 TIPOS DE LUBRIFICANTES USADOS A BORDO
Todos os equipamentos dinâmicos instalados a bordo de um navio se utilizam de
lubrificantes. O que vai nos dizer a especificação do lubrificante de cada um deles são os
manuais dos fabricantes. Na lubrificação dos equipamentos de bordo utilizamos óleos e
graxas. As graxas lubrificantes são o nome genérico e popular dado a lubrificantes pastosos
compostos de misturas de óleos lubrificantes minerais (de diversas viscosidades) e sabão.
As graxas são classificadas quanto a sua consistência pela NLGI (National Lubrificating
Grease Institute), onde o grau varia com a penetração de um cone em um recipiente contendo
graxa. Quanto maior a penetração, mais macia será a graxa. De acordo com o valor deste
índice de penetração, é dado um número que varia de 0 a 6 e uma denominação. Quanto mais
alta a numeração que a graxa recebe, maior é a sua consistência. As graxas são utilizadas em
pontos onde os óleos não seriam eficazes face sua tendencia de escorrer. São também
utilizadas quando há necessidade da formação de um selo protetor para evitar entrada de
contaminantes.
3.4 MÉTODOS DE APLICAÇÃO DE LUBRIFICANTES
Lubrificação manual
É usado para aplicação direta do óleo sobre as partes a serem
lubrificadas, tais como engrenagens abertas, correntes, etc. Para isso
utiliza-se uma almotolia (figura ao lado).
Figura.. 72: Almotolia.
Lubrificação por copo
O sistema de lubrificação que utiliza o copo com agulha ou vareta refere-se ao emprego
de um dispositivo que conta com uma agulha que atravessa um orifício. A ponta da agulha
mantém-se sobre o eixo e quando o eixo gira, a agulha é movimentada, permitindo o fluxo do
43
fluido lubrificante. A lubrificação por copo conta gotas oferece a vantagem da regulagem da
quantidade de lubrificante aplicado sobre uma peça qualquer.
Figura 73: Copo de lubrificação.
Fonte:internet.
Lubrificação por anel
O óleo fica alojado em um reservatório abaixo do mancal. Ao redor do eixo há um anel
cuja parte inferior está mergulhada em óleo. O movimento de rotação do eixo faz com que o
anel arraste o óleo promovendo a lubrificação.
Figura 74: Lubrificação por anel.
Copo conta–gotas
Esse dispositivo utiliza uma válvula de agulha para regular o fluxo de óleo do reservatório
e um visor para permitir observação direta da vazão. Uma haste, na parte superior do
reservatório permite a abertura ou fechamento da válvula sem alterar a regulagem fixada.
Figura 75: Copo conta-gotas.
Lubrificação por banho de óleo e salpico
44
Nesse sistema, o lubrificante está contido em um recipiente convenientemente
dimensionado, ficando as partes a lubrificar parcialmente mergulhadas no óleo. No sistema de
banho, muito empregado em caixas de engrenagens, as esferas ou roletes dos rolamentos e as
partes inferiores das engrenagens arrasta o lubrificante para as partes altas. No sistema de
salpico, além de se obter o mesmo efeito, o óleo salpica nas demais peças. A lubrificação por
salpico é muito empregada — cabeçotes de máquinas operatrizes bem como em pequenos
motores e compressores. As figuras abaixo ilustram esses sistemas.
Figura 76: Lubrificação por banho de óleo e salpico.
Lubrificação por circulação
Esse processo, mais avançado do que qualquer outro anterior, possibilita o fluxo
constante de óleo aos mancais e outras peças que requerem lubrificação abundante. O óleo
utilizado na lubrificação retorna ao reservatório e é recirculado.
Os sistemas circulatórios se dividem em:
1º — Sistema circulatório por gravidade — onde o óleo é bombeado para um
reservatório superior, acima das partes a serem lubrificadas, daí fluindo para as partes moveis
por gravidade.
2º — Sistema circulatório sob pressão— onde o óleo é bombeado diretamente aos
pontos de lubrificação, sendo a dosagem individual feita através de válvulas de agulha dotadas
de visores.
Os sistemas circulatórios são empregados em maquinas cujos mancais e demais
componentes requerem grande volume de óleo.
Figura 77: Lubrificação por gravidade. Figura 78: Lubrificação forçada.
45
Pinos graxeiros
Para lubrificação a graxa. Possui internamente uma esfera de aço, comprimida por uma
mola que veda a saída da graxa, porém permite a entrada da mesma quando ela é pressionada
para dentro. Possibilitam o uso de pistolas graxeiras e outros tipos de recursos para injetar a
graxa.
Figura 79: Pinos graxeiros.
Fonte: internet.
3.5 ARMAZENAMENTO DOS LUBRIFICANTES
Os lubrificantes devem ser preservados para evitar contaminações. Seus dois principais
contaminantes são a água e as impurezas presentes no ar atmosférico. A contaminação com
água faz com que o óleo fique emulsionado, o que irá reduzir significativamente suas
propriedades lubrificantes. Desta forma, quando recebemos óleo lubrificante a bordo devemos
observar algumas técnicas de preservação.
O óleo pode ser recebido a bordo em tambores a granel, quando é bombeado de uma
embarcação diretamente para os tanques do navio. Seja de uma forma ou de outra, deveremos
observar o seguinte:
Quando recebido em tambores, estes devem ser inspecionados. Caso estejam
enferrujados ou furados devem ser devolvidos.
Os tambores devem ser armazenados em local abrigado para que não sejam
molhados pela chuva nem afetados pela maresia. Caso isso não seja possível,
transferir o óleo para os tanques próprios para aquele tipo de óleo.
Como nos navios há vários tipos de óleos lubrificantes de diferentes especificações
para diferentes tipos de equipamentos, deve-se tomar o máximo de cuidado para
não se misturarem em virtude de um armazenamento indevido.
Ainda com relação ao item acima, no recebimento a granel devemos tomar cuidado
com a tomada a ser conectado o mangote de bombeamento. Uma conexão errada
poderá enviar o óleo recebido para um tanque de outro óleo com especificação
diferente. Nunca se devem misturar óleos de tipos diferentes. Essas tomadas
devem ter placas indicando os tanques aos quais elas se interligam.
46
Deve-se tomar o cuidado de se evitar contaminação por água no óleo armazenado
em tanques. Esta água poderá entrar pelas tomadas de recebimento, pela rede ou
qualquer outra parte que se ligue ao tanque.
As graxas são recebidas em baldes que devem ser estocados em local não muito quente para
não afetar as propriedades da graxa.
Sempre que um balde for aberto para se retirar parte da graxa, tomar o cuidado de fechá-lo de
forma conveniente para evitar que entre agentes contaminantes no balde.
Também com relação às graxas, não pode haver mistura de graxas de diferentes tipos. Cada
uma tem a sua especificação e sua utilização.
47
46
UNIDADE 4
COMPRESSORES DE AR
Compressor de ar é um equipamento destinado a geração de ar comprimido para as
diversas aplicações a bordo de navios. Existem diversos tipos de compressores de ar, cada um
com seus propósitos de utilidade. Basicamente os compressores podem ser classificados
quanto à sua pressão de descarga e quanto ao seu tipo.
Quanto a pressão de descarga do ar os compressores podem ser classificados em:
- Compressores de baixa pressão – comprimem o ar até 10 kg / cm²
- Compressores de média pressão – comprimem o ar entre 10 kg / cm² e 70 kg/cm²
- Compressores de alta pressão – comprimem o ar acima de 70 kg / cm²
Os mais encontrados a bordo dos navios mercantes são os de média e baixa pressão. Os
compressores de média pressão são adequados para o sistema de partida dos motores de
propulsão cujos tanques de armazenagem de ar de partida operam com pressões entre 25 e
30 kg/cm². Para os sistemas de de ar de serviços gerais e ar de controle para instrumentos a
aplicação adequada é de um compressor de baixa pressão.
Quanto ao seu tipo, os compressores podem ser de deslocamento positivo ou
dinâmicos (turbo-compressores).
4.1 COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO POSITIVO
Os compressores do tipo deslocamento positivo baseiam-se fundamentalmente na
redução do volume do ar por compressão.
O ar é admitido em uma câmara isolada do meio exterior, onde o seu volume é
gradualmente diminuído, processando-se a compressão. Quando certa pressão é atingida,
provoca-se a abertura de válvulas de descarga ou, simplesmente, o ar é empurrado para o
tubo de descarga durante a contínua diminuição do volume da câmara de compressão.
Por sua vez, os compressores de deslocamento positivo são divididos em dois tipos
básicos: Compressor alternativo e compressor rotativo
4.1.1 Compressores alternativos
O compressor alternativo é um tipo de compressor de deslocamento positivo em que a
compressão do ar é feita em uma câmara de volume variável por um pistão, ligado a um
mecanismo biela-manivela similar ao de um motor alternativo.
O compressor do tipo alternativo é composto de uma câmara, conhecida por cilindro,
onde se desloca um êmbolo ou pistão em movimento alternativo (para baixo e para cima).
Esses dois extremos entre os quais se desloca o pistão são chamados de ponto morto
superior (PMS) e ponto morto inferior (PMI). No seu movimento descendente (para baixo), a
válvula de sucção se abre e o ar penetra no interior do cilindro. Quando o pistão no movimento
ascendente (para cima) comprime o ar a um valor determinado, a válvula de descarga se abre
deixando o ar comprimido sairpraticamente com pressão constante. Ao final do movimento de
ascensão, a válvula de descarga se fecha, e a de sucção se abre, preenchendo a câmara a
medida que o pistão se move e desta forma o ciclo de funcionamento vai se repetindo.
Figura 80: Compressor alternativo – Corte.
Os compressores alternativos de êmbolo são os mais comuns e mais empregados a
bordo. Entretanto há mais dois tipos de compressores alternativos que podem ser encontrados
em um ou outro navio, que são os seguintes:
Compressor alternativo de labirinto
Esse tipo de compressor tem como característica especial ser isento de óleo. É um tipo
especial de compressor alternativo de deslocamento positivo que trabalha sem anéis de pistão.
A vedação entre o pistão e a parede do cilindro é obtida por uma série de labirintos. Os
cilindros tem uma superfície interna finamente ranhurada e as saias do pistão tem uma rosca
com extremidades agudas cortadas na sua superfície.
Compressor de diafragma
O compressor de diafragma é também isento de óleo. Apesar de ter um pistão alternativo
dentro de um cilindro, é empregada uma membrana flexível ou diafragma. O diafragma é que
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faz a compressão do ar e pode ser acionado tanto mecanicamente como hidraulicamente. Este
tipo de compressor não é usual a bordo de navios.
Classificação
Os compressores alternativos podem ser classificados quanto à posição dos
cilindros, quanto ao tipo de cilindros e quanto ao número de estágios. Quanto
aposição dos cilindros, os compressores alternativos podem ser:
Compressor de cilindro horizontal
Cilindro ou cilindros dispostos em um mesmo plano horizontal.
Compressor de cilindro vertical
Cilindro ou cilindros dispostos em um mesmo plano vertical.
Compressor de cilindros em ângulo
O mais comum é o compressor de cilindros em “V”.
Compressor de cilindros semi-radiais
Os cilindros são dispostos formando um semicírculo.
Quanto ao tipo dos cilindros, os compressores alternativos podem ser:
Cilindro de simples efeito
É aquele em que a compressão se realiza em apenas uma face do êmbolo.
Cilindro de duplo efeito
É aquele em que a compressão se realiza em amabas as faces do êmbolo.
Os compressores alternativos são também classificados quanto ao número
de estágios. Quando nos referimos a estágios de compressão estamos nos
referindo ao número de vezes o ar tem sua pressão aumentada antes de ser
descarregado.
Compressor de simples estágio
É aquele que tem apenas um cilindro. Ou seja, comprime o ar uma única vez
Compressor de múltiplos estágios
É aquele em que o ar recebe duas ou mais compressões sucessivas antes de
ser descarregado. Tem mais de um cilindro com volumes diferentes. O cilindro
denominado de “baixa pressão” aspira o ar da atmosfera e o descarrega em uma
determinada pressão para um outro cilindro denominado de “alta pressão”, que por
sua vez o descarrega para um tanque de armazenagem. No caso de mais de dois
estágios, a descarga seria para a admissão do próximo estágio.
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4.1.2 Compressores rotativos
Compressores rotativos são aqueles em que os gases são comprimidos por
elementos giratórios. Os tipos mais conhecidos são os de parafusos, de lóbulos,
de palhetas e de anel líquido.
Compressores rotativos de parafuso
Os compressores de parafusos são compressores rotativos com dois eixos helicoidais
em sentidos opostos. Um dos rotores possui lóbulos convexos, o outro uma depressão
côncava e são denominados, respectivamente, rotor macho e rotor fêmea. Eles operam
conforme o princípio do deslocamento e se deslocam continuamente. O ar é aspirado do
ambiente, sendo comprimido entre os rotores e a carcaça que os contém. As extremidades
dos rotores cobrem a admissão: o ar entra na câmara de compressão. O ar segue para o
compartimento formado pelo lóbulo do rotor macho e pelo sulco do rotor fêmea. Assim que
os rotores giram, este "compartimento" torna-se progressivamente menor, comprimindo o ar
armadilhado. O ar comprimido é descarregadoatravés de uma aberturade saída. Os
compressores de parafusos são construídos para operar a seco para ar comprimido isento
de óleo, ou no caso normal com injeção de óleo para lubrificação, vedação e resfriamento.
De acordo com o tipo de acesso ao seu interior, os compressores podem ser
classificados em herméticos, semi-herméticos ou abertos. A categoria dos compressores de
parafuso pode também ser subdividida em compressores de parafuso duplo e simples. Os
compressores de parafuso podem também ser classificados de acordo com o número de
estágios de compressão, com um ou dois estágios de compressão.
Figura 81: Compressor rotativo de parafusos .
Compressores rotativos de lóbulos
Os compressores de lóbulos são conhecidos como Compressores tipo Roots e
constituem um exemplo típico do que se pode chamar de soprador, porque gera aumentos de
pressão muito pequenos. Esse tipo de compressor possui dois rotoresque giram em sentido
contrário, mantendo uma folga muito pequena no ponto de tangência entre si e com relação à
carcaça. O gás penetra pela abertura de sucção e ocupa a câmara de compressão, sendo
51
conduzido até a abertura de descarga pelos rotores. Os compressores de lóbulos, embora
classificados volumétricos, não possuem compressão interna, porque os rotores apenas
deslocam o fluido de uma região de baixa pressão para uma de alta
pressão.
Os Compressores tipo Roots, são compressores de baixa
pressão, que são muito utilizados em transportes pneumáticos e na
sobrealimentação dos motores Diesel. Estes compressores
apresentam um rendimento volumétrico muito baixo, mas em
compensação o rendimento mecânico é elevado. No entanto a
principal vantagem destes compressores é a sua grande Figura 82: Compressor de lóbulos
robustez, o que permite que rodem anos sem qualquer revisão. (roots). Fluxo do ar.
Compressores rotativos de palhetas
Os compressores de parafusos de palhetas um rotor é montado dentro de uma carcaça
com uma excentricidade (desnivelamento entre o centro do eixo do rotor e da carcaça).
No rotor são montadas palhetas móveis, de modo que a rotação faz as palhetas se
moverem para dentro e para fora de suas ranhuras. O gás contido entre duas palhetas
sucessivas é comprimido a medida o volume entre elas diminui devido à rotação e à
excentricidade do rotor. A figura ao lado mostra o fluxo do ar comprimido entre as palhetas.
Figura 83 : Compressor de palhetas.
É possível resfriar o ar, lubrificar as superfícies e vedar a câmara, ao mesmo tempo, pela
injeção de óleo. O óleo injetado é recuperado e recirculado após a compressão. Como a
temperatura máxima do óleo pode ser mantida relativamente baixa, é possível recuperar
praticamente todo o óleo.
Compressores rotativos de anel líquido
Dentre os compressores rotativos há ainda o compressor de anel líquido, que não é muito
usual a bordo dos navios.
52
Figura 84: Compressor de anel líquido.
Os compressores rotativos de anel líquido são constituídos de um tambor excêntrico
provido de palhetas que gira no interior de uma carcaça fixa. Ao girar, forma junto das paredes
da carcaça um anel de líquido (normalmente água) para vedação. A espessura do anel líquido
é praticamente constante. O volume compreendido entre as palhetas e o anel líquido é, por
outro lado, variável, permitindo assim a compressão.
4.2 COMPRESSORES DINÂMICOS (TURBOCOMPRESSORES)
Os compressores dinâmicos ou turbocompressores possuem dois componentes
principais: impelidor e difusor, cujas funções têm como resultado a transformação da energia
cinética do ar em pressão.
Os compressores dinâmicos se dividem em dois grupos: compressores centrífugos e
compressores axiais.
O compressor centrífugo aciona um impelidor a alta velocidade (50 mil a 60 mil RPM)
levando o ar para uma caixa de compressão. À medida que o ar é conduzido ao cubo do
impulsor, uma força centrífuga faz com que ele seja expulso para o lado de fora. O ar sai do
impulsor em alta velocidade, porém com baixa pressão. Um difusor, conjunto de paletas fixas
que envolvem o impulsor, converte o ar de alta velocidade e baixa pressão em ar de baixa
velocidade e alta pressão. As moléculas do ar perdem velocidade quando atinge as paletas, o
que reduz a velocidade do fluxo de ar e aumenta a pressão.
O compressor axial compõe-se de um conjunto de palhetas montadas no impelidor e
outro na carcaça conforme figura ao lado. O movimento do ar, paralelo ao eixo, explica o termo
compressor de “fluxo axial”. À medida que o ar se desloca da entrada (sucção) para a saída, há
uma diminuição na área entre as aletas o que ocasiona o aumento de pressão.
53
Figura 85: Compressor centrífugo. Figura 86: Compressor axial.
4.3 CONTROLE DE CAPACIDADE DOS COMPRESSORES
O controle de capacidade dos compressores tem por finalidade cessar o fluxo de ar de
descarga quando a pressão de operação do sistema é atingida. Os compressores têm várias
maneiras de fazer esse controle de capacidade:
Controle de capacidade intermitente
Também chamado de controle descontínuo da capacidade. Nessa modalidade de
controle o compressor funciona em carga máxima ou parada. Ou seja, quando o sistema
alcança a pressão máxima, o motor do compressor é desligado e quando chega ao mínimo ele
é ligado. A freqüência de comutação pode ser regulada num pressostato. Para que os períodos
de comandos possam ser limitados a uma média aceitável, é necessário um grande
reservatório de ar comprimido.
Os demais métodos de controle de capacidade são métodos de controle contínuo e são
os seguintes:
Controle por abertura da válvula de aspiração
É o método mais comum de descompressão de compressores alternativos. Quando o
sistema alcança a pressão máxima, um mecanismo mantém a válvula de aspiração aberta.
Dessa forma, não há compressão do ar pelo pistão.
Controle por abertura da válvula limitadora de pressão
É uma regulagem na descarga do compressor. Na saída do compressor existe uma
válvula limitadora de pressão, quando a pressão desejada é alcançada, a válvula se abre
deixando o excesso de pressão escapar para a atmosfera.
Controle por regulagem na rotação
Esse método é utilizado quando o acionador do compressor é um motor de combustão
interna ou uma turbina (são acionadores não comuns a bordo). Utiliza-se um regulador de
velocidade do acionador que funciona de acordo com a carga do compressor.
Controle por estrangulamento
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Essa regulagem se dá ao estrangulamento no funil de sucção, e o compressor pode
assim ser regulado. Esta regulagem é normalmente utilizada nos turbocompressores.
4.4 CUIDADOS NA OPERAÇÃO COM COMPRESSORES
Os cuidados com a operação dos compressores podem ser quanto aos aspectos de
segurança e quanto à sua operação.
A tubulação de descarga dos compressores é geralmente quente e pode provocar queimaduras. Deve ser termicamente isolada para proteção pessoal.
Cuidado com partes móveis expostas. Acoplamentos rígidos e transmissão por polia e correias devem ser protegidos para evitar acidentes.
Manter limpo e isento de óleo o piso do local em que o compressor está instalado para evitar escorregões.
Atenção à temperatura e pressão da água de resfriamento (bloco e resfriadores intermediários caso existam)
Atenção para possíveis vazamentos de água de resfriamento em locais que possa contaminar o õleo lubrificante.
Atenção para o nível e a pressão do óleo lubrificante. Atentar também para sua qualidade, principalmente a viscosidade.
Atentar para ruídos anormais ou vibração acima dos níveis normais de funcionamento.
Atentar para o cumprimento da periodicidade de manutenção prevista no plano de manutenção programada.
55
54
UNIDADE 5
TANQUES
Tanques são elementos de fundamental importância em um navio. São vários tipos de
líquidos a serem armazenados destinados à utilização nas operações de bordo e para isso são
utilizados os tanques. Há também tanques destinados a carga como nos navios petroleiros e
demais navios de carga líquida a granel.
5.1 CLASSIFICAÇÃO DOS TANQUES: ESTRUTURAIS E NÃO-ESTRUTURAIS
Os tanques podem ser classificados como tanques estruturais e tanques
nãoestruturais.
5.1.1 Tanques estruturais
São aqueles que fazem parte da estrutura da embarcação, isto é, são construídos como
parte integrante do casco da embarcação. Servem para transportar grandes volumes de
líquidos como água, óleo, gás liquefeito e outros produtos químicos. Os tanques de carga de
um navio petroleiro são estruturais também.
5.1.2 Tanques não-estruturais
São aqueles que não fazem parte da estrutura da embarcação. São construídos fora,
levados para bordo e montados no local de operação. São normalmente menores que os
estruturais e armazenam menores quantidades.
5.2 IDENTIFICAÇÃO DOS TANQUES EM UM PLANO
5.2.1 Tanques estruturais
Os tanques estruturais podem ser de duplo fundo ou laterais. Os tanques de duplo
fundo ficam na parte inferior da embarcação, sendo seu fundo constituído pela chapa do casco
do navio e outra logo acima, formado um fundo duplo para evitar derramamento do produto no
mar em caso de dano no casco por acidentes de qualquer natureza. Há um espaço vazio entre
as anteparas transversais dos tanques chamado cofferdam, que tem como finalidade isolar um
tanque de óleo de um tanque de água, por exemplo, para evitar contaminação. Há também um
cofferdam sempre que o espaço contíguo a um tanque for um compartimento com materiais
ou pessoas (paióis, praça de máquinas, etc). O cofferdam é também conhecido como espaço
de ar ou espaço de segurança.
Os tanques laterais são formados pelas chapas laterais do costado e as de fundo.
Normalmente são utilizados para lastro em navios graneleiros.
5.2.2 Tanques não-estruturais
Os tanques não estruturais são instalados no convés e/ou na praça de máquinas dos
navios. Recebem abastecimento dos fornecedores de terra ou transferências de outros tanques
de bordo. Neste último caso, temos como exemplo a transferência de parte do óleo
combustível dos tanques de duplo fundo (estruturais) para o tanque de sedimentação
(nãoestrutural). Para se ter uma idéia de porte desses dois tipos de tanques, enquanto os
tanques estruturais têm capacidade que podem chegar a 1.000 toneladas, os não-estruturais
tem capacidade entre um máximo de 100 toneladas até 100 litros ou até menos.
Todos os tanques, independentemente dos seus tipos devem ter uma comunicação para
a atmosfera, normalmente chamada de suspiro ou vent afim de que os gases sejam exauridos
enão haja pressão dentro do tanque.
Assim, podemos resumir que os tanques de bordo têm as seguintes características e
aplicações:
Tanques que armazenam grandes quantidades de líquidos (carga, para operação do
navio ou lastro) são os de duplo fundo e os laterais.
Tanques que armazenam quantidades menores de líquidos (óleo ou água) para o
consumo diário do navio são os tanques não-estruturais.
5.3 SONDAGEM DE TANQUES
Os tanques de bordo devem ser sondados periodicamente para se verificarquais são as
quantidades de produtos neles contida. Desta forma, eles têm um tubo-sonda onde podemos
introduzir uma fita metálica graduada (trena) para saber a altura do líquido no tanque. Quando
medimos com sonda (trena metálica), a medida do fundo à superfície do líquido é chamada de
“sondagem ou imagem” e o espaço medido entre a superfície do líquido e o topo do tanque é
chamado de “ulagem”.
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Há também outras formas de indicação de nível que podem ser por boias com operação
mecânica ou baseadas em sistemas de instrumentação que podem ser pneumáticos ou
eletrônicos.
Se qualquer dos métodos empregados nos indicar apenas a altura do produto no tanque,
podemos verificar o seu volume através de tabelas existentes a bordo.
UNIDADE 6
BOMBAS
Bomba é um equipamento destinado a transferir um líquido de um local para outro
através de uma ação mecânica. Recebem uma força motriz de um acionador (motor elétrico,
motor a combustão ou turbina) e transfere energia ao líquido aumentando-lhe a pressão para
transportá-lo de um ponto a outro.
Figura 87: Instalação típica de uma bomba.
6.1 CLASSIFICAÇÕES DAS BOMBAS
As bombas podem ser classificadas em duas grandes categorias:
Bombas de deslocamento positivo ou volumétricas.
Turbobombas ou dinâmicas.
6.1.1 Bombas de deslocamento positivo ou volumétricas
58
Observe que na figura 87 existe uma instalação
típica de uma bomba aspirando de um poço ou
porão, cujas partes principais são:
M – motor de acionamento da bomba;
B – bomba;
VPC – válvula de pé com crivo;
2 – poço;
3 – linha de aspiração;
VR – válvula de retenção;
R – Válvula de descarga; 4 – linha de descarga.
As bombas de deslocamento positivo possuem uma ou mais câmaras, em cujo interior
existe um elemento propulsor (êmbolo, diafragma, etc.) que comunica energia de pressão ao
líquido, provocando o seu escoamento desde sua aspiração até sua descarga.
As bombas de deslocamento positivo podem ser Alternativas ou Rotativas. Bombas alternativas
Nas bombas alternativas, o líquido recebe a ação das forças diretamente de um êmbolo
ou de uma membrana flexível (diafragma). Elas podem ser acionadas pela ação do vapor ou
por meio de motores elétricos ou também por motores de combustão interna. São bombas de
Bombas rotativas
Nas bombas rotativas, o líquido recebe a ação de forças provenientes de uma ou mais
peças dotadas de movimento de rotação que, comunicando energia de pressão, provocam seu
escoamento. A ação das forças se faz segundo a direção que é praticamente a do próprio
movimento de escoamento do líquido.
As bombas rotativas têm sua constituição baseada em tipos diferentes sendo os
principais palhetas, engrenagens e parafuso.
Bombas de palheta
Um rotor com palhetas móveis é ligado a um eixo que é conectado a um acionador
principal. À medida que o rotor gira, as palhetas são expulsas por inércia e acompanham o
contorno do cilindro (o anel não gira).Quando as palhetas fazem contato com o anel, é formada
uma vedação positiva entre o topo da palheta e o anel.
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ura 89: Bomba alternativa de diafragma.FigFigura. 88: Bomba alternativa de êmbolo.
ção do próprio movimento do líquido. deslocamento positivo porque exercem forças na dire
Figura 90: Bomba de palheta.
Bombas de engrenagens
O fluido bombeado ocupa o espaço vazio entre as engrenagens e a carcaça e é deslocado da região de sucção para a região de descarga. Entre os centros de rotação os dentes se acoplam não permitindo o retorno do fluido.
Figura 91: Bomba de engrenagens.
Bombas de parafusos
Possuem um ou mais parafusos. O fluido é admitido pelas extremidades e devido ao movimento de rotação e aos filetes dos parafusos é empurrado pela parte central onde é descarregado.
Figura 92: Bomba de parafusos.
6.1.2 Turbobombas ou bombas dinâmicas
Turbobombas
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São bombas nas quais a movimentação do líquido é feita por forças geradas no líquido
em conseqüência da rotação de uma peça interna dotada de pás ou aletas (rotor), que provoca
seu deslocamento desde a admissão até a descarga.
Dentre as turbobombas focalizaremos os seus principais tipos que são as centrífugas,
as axiais e as helicoidais.
Bombas centrífugas
Neste tipo de bomba o líquido entra no rotor paralelamente ao eixo de rotação, sendo
dirigido pelas pás para a periferia do rotor até a descarga existente na carcaça (voluta).
Figura 93: Bomba centrífuga - Rotor e voluta Figura 94: Bomba centrífuga em corte.
As bombas centrífugas por sua vez também se classificam quanto aos seus diversos
aspectos – pressão, vazão, direção do fluxo, tipo e número de rotores, tipo de aspiração,
posição de saída, velocidade de rotação, posição do eixo e tipo de carcaça. Quanto aos
rotores, podem ser dos seguintes tipos:
As bombas centrífugas também podem ter mais de um estágio. São bombas que
possuem mais de um rotor, com a finalidade de aumentar a pressão. O número de estágios
depende do número de rotores.
61
Figura 95: Tipos de rotores.
Figura 96: Bomba centrífuga multiestágios.
Bombas axiais
O fluido entra no rotor na direção axial e é descarregado na mesma direção axial.
Figura 97: Bomba axial.
Bombas helicoidais
As pás neste tipo de bomba apresentam dupla curvatura, com a borda de saída bastante
inclinada em relação ao eixo. Desta forma, a trajetória da partícula é uma hélice cônica e
reversa. O rotor usualmente possui somente uma base para a fixação das pás em forma de
cone ou ogiva.
Figura 98: Bomba helicoidal.
6.2 EMPREGOS DAS BOMBAS A BORDO
62
São várias as aplicações de bombas a bordo de navios. Para cada uma delas utiliza-se o
tipo de bomba que seja mais adequado ao fluido e as condições de bombeamento.
Normalmente empregamos bombas centrífugas, axiais ou alternativas para água e rotativas
para óleos.
Assim, as principais aplicações de bombas a bordo são:
Resfriamento do motor propulsor – bomba de água doce para o resfriamento do motor
propulsor.
Água de circulação – bomba de água salgada que aspira do mar para circulação dos
intercambiadores de bordo que utilizam esse tipo de água.
Óleo combustível do motor propulsor – bomba que aspira do tanque de serviço de
óleo combustível e descarrega para a queima no motor
Lubrificação do motor propulsor – bomba que aspira do poceto do motor e descarrega
para lubrificar as diversas partes do motor propulsor.
Tanque hidrofórico de água doce – bomba que aspira de um tanque de água doce e
descarrega para o tanque hidrofórico, cuja finalidade é fornecer água doce sob pressão para
todas as acomodações do navio
Transferência de óleo combustível – bomba que faz a transferência de óleo
combustível dos tanques de armazenamento para os tanques de sedimentação.
Transferência de óleo Diesel - bomba que faz a transferência de óleo Diesel dos
tanques de armazenamento para os tanques de sedimentação.
Lastro – bomba que faz o lastreamento do navio aspirando água do mar e
descarregando-a para os tanques de lastro.
Serviços gerais e incêndio – bomba que aspira água do mar e a descarrega para as
redes de serviços gerais que utilizam água salgada. Também mantém pressurizadas as redes
de incêndio no navio.
Carga – em navios petroleiros bomba de carga é aquela que faz o descarregamento do
navio.
Alimentação de caldeira – em navios que possuem caldeira há uma bomba de
alimentação de água para a mesma.
Esgoto de porão – bomba que aspira todo o líquido existente na dala da praça de
máquinas, enviando-o para um tanque de esgoto. Deste tanque, após a sedimentação, a água
passa por um sistema de separação do óleo e só depois é descarregada para o mar.
63
6.3 PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DAS BOMBAS
6.3.1 Funcionamento de uma bomba alternativa
O sistema de funcionamento de uma bomba alternativa é muito simples e consiste no
deslocamento de um êmbolo no interior de um cilindro ou de um movimento de um diafragma
caso seja ela deste tipo. Supondo uma bomba de êmbolo, que é a mais comum, o
funcionamento se processa da forma abaixo detalhada.
No curso de aspiração, o movimento do êmbolo tende a produzir um vácuo no interior do
cilindro, provocando a entrada do líquido. É a diferença de pressões que provoca a abertura de
uma válvula de aspiração e mantém fechada a de recalque. No curso de descarga, o êmbolo
exerce forças sobre o líquido, impelindo-o para o tubo de descarga, provocando a abertura da
válvula de recalque e mantendo fechada a de aspiração. A descarga é intermitente e as
pressões variam periodicamente em cada ciclo. Estas bombas são auto-escorvantes e podem
funcionar como bombas de ar, fazendo vácuo se não houver líquidas a aspirar.
Figura 99: Bomba alternativa a vapor.
No caso das bombas alternativas de diafragma, o órgão que fornece a energia do líquido
é uma membrana acionada por uma haste com movimento alternativo. O movimento da
membrana, em um sentido, diminui a pressão da câmara fazendo com que seja admitido um
volume de líquido. Ao ser invertido o sentido do movimento da haste, esse volume é
descarregado na linha de recalque. São usadas para serviços de dosagens de produtos já que,
ao ser variado o curso da haste, varia-se o volume admitido. Um exemplo de aplicação dessa
bomba é a que retira gasolina do tanque e manda para o carburador de um motor de
combustão interna.
64
As bombas alternativas podem ainda ser classificadas quando ao efeito e quanto ao
número de cilindros.
Quanto ao efeito podem ser:
Simples efeito – quando o trabalho de bombeamento é executado por apenas uma
face do êmbolo.
Duplo efeito – quando o trabalho de bombeamento é executado por ambas as faces
do êmbolo.
Quanto ao número de cilindros podem ser:
Simplex – quando tem apenas um cilindro hidráulico.
Duplex – quando tem dois cilindros hidráulicos.
Triplex– quando tem três cilindros hidráulicos.
Multiplex – quando tem mais de três cilindros hidráulicos
6.3.2 Funcionamento de uma bomba rotativa
Nas bombas rotativas um movimento de rotação do elemento de recalque resulta em um
escoamento continuo. O rotor da bomba provoca uma pressão reduzida no lado da entrada, o
que possibilita a admissão do líquido à bomba, pelo efeito da pressão externa. À medida que o
elemento gira, o líquido fica retido fica retido entre os componentes do rotor e a carcaça da
bomba. Esses elementos podem ser palhetas, engrenagens ou parafusos. As bombas
rotativas são utilizadas basicamente para bombeamento de óleos e demais fluidos viscosos.
Bomba rotativa de palhetas
A bomba de palhetas possui um rotor cilíndrico com ranhuras radiais dentro das quais
são montadas as palhetas. Este rotor é montado excentricamente dentro de uma carcaça
cilíndrica. Com o movimento de rotação do rotor as palhetas deslizam sobre a superfície
cilíndrica interna da carcaça, sendo pressionadas contra ele pela força centrífuga devido ao
movimento de rotação, e também pelo efeito de um sistema de molas dentro das ranhuras
conforme o tipo de bomba. Assim, o fluido é conduzido da aspiração para a descarga no
espaço formado entre duas palhetas consecutivas e a carcaça. As bombas de palhetas são
empregadas para pressões não muito altas, trabalham geralmente com produtos viscosos e
são lubrificadas pelo próprio líquido em bombeamento.
65
Figura 100: Bomba de palhetas.
Bomba rotativa de engrenagens
É constituída por duas engrenagens cilíndricas, retas ou hie1icoidais, que giram em
sentidos contrários, alojadas com ajustagem conveniente dentro da carcaça. O líquido é
transportado pelas cavidades formadas entre os dentes das engrenagens e a superfície interna
da carcaça. Estas bombas são empregadas para vazões relativamente baixas e pressões altas
no bombeamento de produtos viscosos.
Figura 101: Bomba de engrenagens.
Bomba rotativa de parafusos
É formada por dois parafusos de rosca sem fim que giram casados, em sentidos
contrários, com folgas convenientes dentro de uma cavidade da carcaça. Estes parafusos ao
girarem, conduzem o líquido encerrado entre eles e a carcaça.
Figura 102: Bomba de parafusos.
6.3.3 Funcionamento de uma bomba centrífuga
66
As bombas centrífugas são amplamente usadas nas indústrias e a bordo de navios em
virtude da simplicidade de modelo, do pequeno custo inicial, da manutenção barata e da
grande flexibilidade de aplicação. Na sua forma mais simples, a bomba centrífuga consiste em
uma carcaça fechada, que se comunica com os tubos de aspiração e descarga. No interior da
carcaça há um rotor que pode ser de diversos tipos como já visto no item 6.1.2 desta apostila.
Os rotores das bombas centrífugas são geralmente acionados por um motor elétrico, havendo
também casos de acionamento por motores de combustão interna e turbinas.
O giro do rotor provoca uma queda de pressão (vácuo) na linha de aspiração, fazendo
com que essa pressão seja menor do que a pressão atmosférica. A pressão atmosférica, agora
maior do que a pressão na tubulação de aspiração, “empurra” o fluido para dentro da bomba. O
fluido agora dentro da bomba é forçado a sair pela ação da força centrífuga imposta pelo giro
do rotor.
Figura 103: Bomba centrífuga – Componentes e direção de fluxo.
As principais partes que compõem uma bomba centrífuga são:
Rotor – Parte móvel da bomba que é montado em um eixo acionado por um motor
elétrico, motor de combustão interna ou turbina
Carcaça, corpo ou invólucro – É geralmente uma peça fundida com entrada e saída do
fluido
Mancais – São os apoios do eixo. Normalmente são mancais de rolamentos. Vedação da carcaça – A vedação da carcaça para o exterior pode ser feita por gaxetas
ou por selo mecânico. Na figura abaixo, uma vedação por gaxetas, que são colocadas em uma
caixa de gaxetas e comprimidas pela sobreposta para propiciar a vedação necessária. Entre o
rotor e a carcaça coloca-se um anel de desgaste para fazer a vedação entre os lados de baixa
pressão e de alta pressão da bomba.
67
Figura 104: Bomba centrífuga – Caixa de gaxetas.
As gaxetas são refrigeradas pelo próprio fluido bombeado. Dá-se uma folga no aperto da
sobreposta para permitir que um filete do fluido (normalmente água) passe entre o eixo e as
gaxetas, promovendo a refrigeração no local. Outra forma de referigeração é injetar o fluido
referigerante no anel de lanterna, que fica no centro do engaxetamento entre uma gaxeta e
outra.
Vedação da carcaça por selo mecânico – O selo mecânico consiste basicamente de
um conjunto rotativo que é solidário ao movimento do eixo do equipamento e um conjunto
estacionário. Nestes conjuntos sempre devem existir respectivamente as faces rotativa e
estacionária juntamente com suas respectivas vedações secundárias. Outras peças do
conjunto são mutáveis e variam de acordo com a concepção do projeto do selo mecânico.
As faces rotativas e estacionárias encontram-se perpendiculares ao eixo e uma das faces
é empurrada contra a outra através de mola única ou múltiplas molas. O contato axial
estabelecido pela força exercida pela mola e a pressão do fluido atuante na caixa de selagem
determinam o fechamento das faces realizando o que chamamos de vedação primária ou
dinâmica, bloqueando a passagem do fluido para o eixo do equipamento. Já a vedação
secundária ou estática é feita normalmente por anéis “O”, foles de borracha, cunhas em
P.T.F.E., impedindo a passagens do fluido pelos interstícios do selo mecânico.
Figura 105: Selo mecânico – montagem. Figura 106: Selo mecânico – Corte e detalhes.
UNIDADE 7 68
SEPARADORES CENTRÍFUGOS
Separador centrífugo é uma máquina que usa a força centrífuga para separar duas ou
mais substâncias. Ou seja, sua finalidade é livrar um líquido de corpos estranhos que o
contaminem ou separar um líquido de outro ao qual se acha misturado. Os separadores
centrífugos têm uma grande variedade de aplicações, em muitas indústrias. A bordo esse
equipamento é conhecido simplesmente por “purificador” e tem como função purificação de
óleos lubrificantes e óleo combustível.
Figura 107: Separador centrífugo Alfa Laval.
7.1 CONCEITOS DE DENSIDADE, SEDIMENTO, CLARIFICAÇÃO E PURIFICAÇÃO
Antes de darmos prosseguimento ao assunto, é importante firmarmos alguns conceitos
com relação a esse assunto. Assim, vejamos algumas definições importantes:
Densidade – A densidade de uma substância é a relação entre a massa e o volume
dessa substância. Desta forma pode-se dizer que a densidade mede o grau de concentração
de massa em determinado volume. Outra abordagem com relação densidade é a densidade
relativa, queé a relação entre a densidade da substância e a densidade de um referencial que
é normalmente a água e cujo valor é 1 g/cm³ (densidade da água a 4ºC submetida a pressão
atmosférica)
Sedimento – Depósito produzido pela precipitação de matérias dissolvidas ou suspensas
num líquido. Essas partículas possuem peso específico superior ao do líquido a ser purificado
ou clarificado. Nos tanques, os sedimentos se depositam no fundo e nos separadores
centrífugos nas paredes do tambor.
Os dois mais importantes conceitos com relação a esse assunto dizem respeito às
operações de clarificação e purificação.
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Clarificação – É a separação de líquido-bôrra na qual o separador é usado para separar
partículas geralmente sólidas, com peso específico mais alto do que o do líquido.
Purificação – É a separação líquido-líquido na qual o separador é usado para separar
dois líquidos misturados, mas não solúveis um no outro e com pesos específicos diferentes.
7.2 FUNCIONAMENTO DOS SEPARADORES CENTRÍFUGOS
O óleo a ser limpo é alimentado por uma bomba de deslocamento positivo, operando a
um fluxo constante. Dependendo do tipo, o óleo pode precisar ser aquecido.
Figura 108: Separador centrífugo – Fluxo do óleo a ser limpo.
No processo de purificação, o óleo, é limpo através de aquecimento e da força centrífuga
do centrifugador. Assim, o processo de separação centrífuga ocorre quando o óleo na câmara
do aparelho é submetido à alta rotação do rotor. Devido à rotação os materiais pesados
normalmente reagem de forma diferente dos materiais mais leves. Durante o processo, o óleo
limpo deixa o separador pela saída de óleo, a água separada vai pela saída de água e a borra
acumula-se na periferia da bacia do separador.
Figura 109: Separador centrífugo com borra acumulada na periferia da bacia.
70
Uma unidade de controle existente no sistema inicia uma descarga de borra em
intervalos regulares. A borra e a água são então descarregadas pela saída de borra na periferia
da bacia e coletadas num tanque intermediário ou borra. O óleo separado passa através da
válvula reguladora e vai para o tanque de serviço.
7.3 COMPONENTES DE UM PURIFICADOR
Um separador centrífugo é basicamente composto dos seguintes componentes:
Rotor – O rotor é uma das partes principais, onde se efetua o processo de separação. É
composto de várias partes móveis – o conjunto de discos, disco aletado, retentores, vedações,
etc.
Figura 110: Partes componentes do rotor.
Motor Elétrico – O purificador de óleo é acionado por um motor elétrico, cuja potencia
vai depender do porte do purificador.
Sistema de admissão e recalque – Compreende tubos flexíveis, tampas e tubo de
alimentação do rotor.
Bomba de alimentação – A bomba de alimentação tem a função de alimentar o
purificador com o óleo a ser tratado. A bomba é de deslocamento positivo e tem uma válvula de
alivio montada no seu corpo.
Sistema de pré-aquecimento – O sistema de pré-aquecimento do óleo a ser tratado tem
por finalidade aquecer o óleo para dar-lhe maior fluidez.
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1 Corpo da bacia completo 1A Boquilhas 2 Anel “o” 3 Anel “o” 4 Anel retangular 5 Anel inferior de distribuição 6 Anel retangular 7 Plug de válvula 8 Aro deslizador de operação 9 Anel “o” 16 Disco 17 Disco aletado 18 Disco 19 Disco 20 Tampa superior do disco 21 Retentor 22 Tampa da bacia 23 Anel “o” 24 Tampa da câmara 25 Anel “o” Anel “o”
Sistema de água de manobra – O sistema de água de manobra serve para a abertura e
fechamento do rotor e descarregamento dos sólidos nas centrífugas de descarga automática
que descarregam os sólidos acumulados sem parada do purificador.
7.4 CUIDADOS NA MANUTENÇÃO E LIMPEZA DOS SEPARADORES
Como qualquer outro equipamento, os purificadores são submetidos à manutenção
corretiva sempre que ocorre uma falha em seu funcionamento. Com relação à manutenção
programada, a intervenção de manutenção depende da periodicidade estabelecida no plano
adotado pela empresa.
Limpeza dos discos – Com relação a sua limpeza rotineira, depende do regime de
funcionamento, do nível de impurezas contidas no óleo e no estado dos filtros. Quando há
acúmulo de partículas sólidas entre os discos, ocorre um bloqueio da borra e o conjunto de
discos deverá ser desmontado para que eles sejam limpos um por um.
Limpeza e manutenção do rotor – Se o óleo processado estiver contaminado com água
salgada ou se a borra for corrosiva peça presença de ácidos ou sais, o rotor deverá ser limpo
após cada ciclo de operação e no mínimo a cada 24 horas.
O conjunto rotor é composto por várias peças metálicas e de vedações. Nas peças
maiores (anel de fechamento grande, capa do rotor, distribuidor, disco superior, cone
distribuidor e corpo do rotor), em geral existem marcas de balanceamento dinâmico
acompanhadas do número de série da máquina. Essas peças, quando condenadas, só devem
ser substituídas mediante um novo balanceamento dinâmico de todo o conjunto (rotor), no qual
também existem peças com rosca à esquerda (anéis de fechamento grande e pequeno e a
porca da capa).
Num rotor novo, as marcas de fechamento (-O-) devem coincidir exatamente. Com o
desgaste das roscas, as marcas se ultrapassam e quando a marca do anel ultrapassar de 25º
a 30º a marca da tampa, deverá ser consultado um técnico especializado do fabricante para
examinar as peças.
Esta verificação deverá ser feita pelo menos uma vez por ano da seguinte forma:
1. Desatarraxar o anel de fechamento grande, removendo a capa do rotor e o distribuidor com o jogo de discos;
2. Retirar o anel de vedação externo da capa do rotor, colocar a capa e atarraxar o anel de fechamento para esquerda até o fim;
3. Se o anel de fechamento puder ser apertado com a chave circular sem resistência até que a capa fique bem presa ao corpo do rotor, a pressão no jogo de discos deverá ser aumentada acrescentando-se um disco extra (incluído no
jogo de peças sobressalentes) no topo da pilha de discos; 4. Certificar-se de que o anel de vedação esteja colocado na ranhura da capa do
rotor; quando trocar o anel de vedação, retire-o por meio do pino, o qual deve ser
72
inserido alternadamente nos orifícios providos para esse fim; 5. Encaixar o anel na ranhura utilizando uma tábua aplainada medindo 1”x5”,
colocada em cima do anel; 6. Bater com cuidado na tábua, bem em cima do anel. Primeiro num lado, depois no
outro; e 7. Virar a tábua pouco a pouco, acompanhando a circunferência do anel e
encaixando-o por igual.
Acoplamento e Freio – Limpe bem a polia de fricção e as sapatas. Raspe as lonas com
uma lima grossa para deixá-las ásperas. Quando trocar lonas de fricção, troque sempre todas
ao mesmo tempo, ainda que apenas uma esteja gasta.
Cárter – Limpe o cárter periodicamente. Reabasteça-o com óleo novo.
Lubrificação – Importante verificar a periodicidade recomendada para a lubrificação das
partes móveis. Atenção especial para o anel de fechamento do rotor e o eixo vertical.
73
72
UNIDADE 8
COMBATE A POLUIÇÃO
As operações em um navio requerem cuidados especiais para evitar poluição do mar
através de derramamento acidental de agentes poluidores como, por exemplo, o óleo. Isso
pode ocorrer em decorrência de vazamentos em operações de carga e descarga e até mesmo
em decorrência de acidentes de outra natureza como um abalroamento.
Para regulamentar as atividades de bordo com o objetivo de evitar a poluição dos mares
foi instituída uma norma, a MARPOL, que é a Convenção Internacional Para a Prevenção
da Poluição por Navios. A MARPOL é uma das convenções adotadas pela IMO e é a mais
importante convenção ambiental marítima. Foi elaborada para minimizar a poluição dos mares
e tem como objetivo: preservar o ambiente marinho pela eliminação completa de poluição por
óleo e outras substâncias prejudiciais, bem como, minimizar as consequências nefastas de
descargas acidentais de tais substâncias.
8.1 MÉTODOS DE COMBATE À POLUIÇÃO DA ÁGUA DO MAR POR ÓLEO:
DISPERSANTES, AGLUTINADORES, ABSORVENTES E BARREIRAS
Conforme dito anteriormente, a contaminação da água do mar pode ser causada por um
acidente com uma embarcação ou problemas decorrentes de manobras de carga e descarga
de óleo em navios petroleiros ou mesmo problemas de vazamentos em terminais marítimos de
petróleo.
Vamos então focalizar os principais métodos de combate à poluição por óleo com o uso
de dispersantes, aglutinadores, absorventes e barreiras, que são os mais empregados nos
derramamentos de óleo nas águas dos mares.
Dispersantes – Os dispersantes para combater vazamentos de óleo no mar devem ser
utilizados com cuidado. A maioria deles, apesar de biodegradável, é altamente tóxica e os
efeitos se fazem sentir por muito tempo, destruindo flora e fauna locais. Assim sua
concentração e diluição são muito importantes, devendo-se levar em conta a dosagem de cada
um que ofereça perigo. A grande vantagem da utilização de dispersantes é a facilidade de sua
aplicação, podendo ser simplesmente lançada sobre as manchas de óleo pelos barcos ou
aviões, com efeitos imediatos. A grande desvantagem é o custo muito elevado.
Nos Estados Unidos e na Europa seu uso é bastante restrito, usando-se somente em
locais onde a possibilidade de incêndio possa causar grandes prejuízos ou para impedir que as
manchas sujem as praias ainda não atingidas.
Figura 111: Aplicação de dispersantes após explosão de poço de petróleo.
Aglutinadores – São produtos que concentram o óleo através de fenômenos físicos
baseados na tensão superficial dos líquidos espalhados. São recomendáveis para águas
calmas, devendo ser utilizados em conjunto com equipamentos mecânicos de recolhimento de
óleo. Esses agentes aglomeram o óleo num determinado ponto e geralmente são usados
quando a película de óleo é tão fina (já está muito espalhado no mar) que a aplicação de outros
produtos não é vantajosa. É então aplicada à película quantidade da ordem de dois
galões/milha linear de perímetro da mancha. O custo desses produtos, porém, é muito elevado.
Absorventes – Existem absorventes de baixo custo como a palha de pinho, que absorve
até 10 vezes seu peso próprio. Há outros mais caros, como o poliuretano, polipropileno, papéis
absorventes e outros produtos especiais que possuem alta taxa de absorção.
Barreiras para cercar o óleo – também denominadas cortinas flutuantes ou “booms”.
Quando lançadas na água, flutuam e formam uma barreira na superfície, de forma a evitar que
o óleo sobrenadante se espalhe. Normalmente são usadas em conjunto com equipamentos
recuperadores de óleo. Constituem-se numa lona de plástico, náilon ou qualquer outro plástico
tecido resistente com costuras duplas ou triplas e flutuadores para mantê-las na superfície.
Figura 112: Barreira de contenção.
8.2 SISTEMAS DE LAVAGEM DE TANQUES: LOADON TOP (LOT), LAVAGEM COM ÓLEO
CRU (COW), TANQUES PARA LASTRO SEGREGADO (SBT)
Com a finalidade de evitar o derramamento de óleo e qualquer outro fluido poluente, há
alguns procedimentos adotados:
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Sistema loadon top (LOT) - Sistema baseado na diferença de densidade entre o óleo e
a água. Assim, quando água e óleo são deixados em repouso, o óleo se separa da água pela
ação da gravidade e pela diferença de densidade. O óleo, por ser mais leve, permanece na
superfície. A camada inferior, de água, é bombeada para o mar ou para um terminal (navios
petroleiros) e a mistura de óleo e água remanescente é transferida para um tanque
denominado “slop”. Continuando em repouso por certo tempo, a água e o óleo tendem à
separação (sedimentação), o que permite posteriormente remover-se nova quantidade de água
que permanece na parte inferior do tanque. Este sistema, em uso há muito tempo, contribui de
forma significativa para a redução da poluição operacional causada por navios petroleiros.
Sistema de lavagem de tanques com óleo cru (COW) – A sigla COW significa Crude
Oil Washing, que quer dizer lavagem por óleo cru e é a limpeza dos tanques de carga dos
navios petroleiros com jatos de óleo da carga efetuada sob alta pressão durante a operação de
descarga do navio e por bombas próprias, instaladas no interior dos tanques.
O óleo da carga é bombeado através de um sistema próprio, independente do sistema de
carga ou de lastro. O principal objetivo desta operação é reduzir a quantidade de óleo
remanescente nas anteparas internas dos tanques (em função da aderência) e,
conseqüentemente a bordo, após o final da operação de descarga.
As operações de COW não são opcionais, mas sim obrigatórias, de acordo com as
regras internacionais contra poluição para navios petroleiros que possuam certificado de COW.
No Certficado Internacional de Prevenção Contra Poluíção por Óleo (IOPP) é previsto se o
navio está ou não equipado com um sistema COW. A não realização das operações de
lavagem com óleo cru, quando necessárias, constitui desrespeito às regras internacionais e
podem levar a multas e detenção do navio infrator.
Sistema de tanques para lastro segregado (SBT) – Todo o navio petroleiro mantém,
quando descarregado, uma certa quantidade de água do mar como lastro. Isto irá compensar,
em peso, parte da carga descarregada, o que proporciona condições de estabilidade e
manobrabilidade do navio. Sob a regulamentação atual, essa água é bombeada para os
tanques de carga vazios, misturando-se com os resíduos da carga.
Como sabemos esta água não pode ser descarregada para o mar. Assim, quando o
navio atraca no terminal para a operação de carregamento, ela é descarregada como lastro
sujo. Como os terminais não possuem condições de armazenamento de grandes quantidades
deste lastro, foi necessário projetar os tanques de lastro segregado, ou seja, água de lastro que
não tem qualquer contato com o óleo da carga. Além do tanque, todo um sistema composto de
redes e bombas permite manter o lastro descarregado para o mar ou para o terminal sem
qualquer contaminação com o óleo da carga. Todas as novas construções de navios
petroleiros, pela legislação internacional, têm por obrigação possuir uma capacidade de lastro
segregado que mantenha a segurança do navio quando navegando na condição
“descarregado”.
76
8.3 SEPARADOR DE ÁGUA E ÓLEO
Outra fonte poluidora da água do mar e de outro qualquer local onde esteja uma
embarcação é a água proveniente das dalas da praça de máquinas. Sabemos que, em virtude
de vazamentos de óleo combustível e lubrificante dos equipamentos instalados, bem como de
água de diferentes sistemas da praça de máquinas, tal mistura, que irá ser coletada na dala
(parte inferior da praça de máquinas), deverá ser removida.
Como sabemos, não podemos esgotá-la diretamente para o mar. Isto causará poluição.
Por este motivo é que são instalados nas praças de máquinas diversos tipos de um
equipamento denominado separador de água e óleo. O separador de água e óleo, seja de que
tipo for, tem a finalidade de separar a maior parte do óleo existente na mistura oleosa da dala
da praça de máquinas, ou seja, permitir que a água seja descarregada para o mar, através do
separador, com uma quantidade mínima de óleo.
A legislação internacional permite um máximo de 15ppm (partes por milhão) de óleo
descarregado.
Há vários tipos de separadores de água e óleo instalados em navios nacionais. O mais
comum é o do tipo TurboilSenco, os quais passarão a focalizar, sempre lembrando que, para
melhor operar qualquer sistema é necessário estudar meticulosamente o manual de instruções
do fabricante.
Separador de água e óleo TurboilSemco – Além da boa capacidade de separação,
este separador possui algumas características exclusivas, como sejam: ocupa pouco espaço,
baixo peso, baixo custo de aquisição e é de fácil manutenção. O seu comando operacional
pode ser manual ou completamente automatizado. A capacidade destes equipamentos varia de
10 a 250 ton/h de água a ser processada (água contaminada por óleo).
8.3.1 Princípio de funcionamento
1. A mistura de água e óleo é aspirada da dala da praça de máquinas pela “bomba de esgoto de porão”, quase sempre do tipo alternativa e descarregada em um tanque próprio, denominado “tanque de esgoto”.
2. Por um período longo, deixa-se a mistura descansando a fim de que a água sedimente, ficando o óleo na parte superior do tanque e a água na inferior.
3. Após esse período uma bomba de fuso aspira à água deste tanque e descarrega-a para o separador através de uma válvula de retenção.
4. A primeira fase do processo de separação inicia-se na câmara superior por diferença de peso específico (lembre-se de que já houve uma separação no tanque de esgoto).
5. Ao sair da câmara superior, a mistura entra na câmara inferior de separação, que é composta por um conjunto de discos cônicos, sobrepostos uns aos outros. O óleo remanescente se acumula na parte inferior dos discos e, devido à conicidade dos mesmos, flui para a parte superior, onde fica acumulado até que atinja um determinado nível, quando então é drenado para um tanque de óleo sujo.
77
6. A água, agora isenta do óleo, sai pela parte central dos discos, sendo então drenada pela parte inferior do separador.
Quando a mistura é admitida no separador por meio de bomba, ela vem com certa
quantidade de ar que fica acumulado na parte superior do mesmo formando um colchão
elástico. Este serve para compensar o fluxo descontínuo na entrada da mistura. O ar
excedente é automaticamente eliminado através de uma válvula de suspiro tipo bóia.
Na parte superior do separador há um sistema de aquecimento (19) que facilita a
drenagem do óleo. Existe também na parte inferior um processo de aquecimento para facilitar a
separação de óleos mais viscosos. As duas torneiras de prova permitem o controle da
quantidade de óleo separado, proporcionando uma drenagem quando necessária. Quando a
operação do sistema é automática, a drenagem do óleo separado é efetuada através de uma
válvula solenóide comandada por um eletrodo que opera pelo princípio da variação da
resistência di-elétrica do meio em que ela se encontra.
Na rede de descarga da água limpa para o costado é adaptado um sistema de medição
do valor do óleo que a água contém.
Uma célula fotoelétrica envia um sinal elétrico e, quando a intensidade do sinal faz com
que o monitor calcule um valor igual ou superior a 15 ppm, todo o sistema automático é ativado
para que a válvula do costado seja fechada e a água retorne para o separador, parando a
aspiração da mistura oleosa do tanque. Para que os 15 ppm (ou menos) de óleo seja
alcançado, é adaptado ao separador um sistema de filtros adicional.
8.4 SISTEMA DE TRATAMENTO DE EFLUENTES
O sistema de tratamento de efluentes ou sistema de tratamento de material fecal é um
sistema auto-suficiente para tratamento de esgotos de navios ou plataformas de exploração de
petróleo, evitando que seja descarregado para o mar material fecal in natura.
O sistema usa o princípio de introdução do ar para digestão do material fecal, em
conjunto com o tratamento do efluente final, e é geralmente aceito como o sistema mais
compacto, eficaz e flexível para uso a bordo. O denominado “Super Tridente” é o mais
encontrado a bordo.
A unidade de tratamento “Super Tridente” é formada por um tanque dividido em três
compartimentos estanques: um de arejamento, um de sedimentação e um de contato com o
cloro.
78
Figura 113: Sistema de tratamento de efluentes.
Cada um desses compartimentos tem as seguintes funções no funcionamento do
sistema:
Compartimento de arejamento
Os efluentes com material fecal são admitidos no tanque de arejamento, onde são
digeridos por bactérias. Este compartimento contém oxigênio e microrganismos que são
desenvolvidos no próprio efluente pela adição do oxigênio.
Compartimento de sedimentação
Do compartimento do arejamento, o efluente passa para o compartimento de
sedimentação, onde o conjunto de bactérias aeróbicas desenvolvidas, conhecido como lama
ativada, é deixado decantar para produzir um efluente claro.
Compartimento de contato com o cloro
O efluente passa através de um tanque clorinador onde entra em contato com o cloro,
permanecendo no compartimento final para permitir a ação do cloro antes de ser
descarregado. A ação do cloro faz com que os microrganismos morram, tornando a água
pronta para ser descarregada.
79
UNIDADE 9
COMUNICAÇÕES INTERIORES E SISTEMAS DE ALARME
9.1 COMUNICAÇÕES INTERIORES
A bordo de qualquer embarcação, temos várias modalidades de comunicação entre os
tripulantes. O sistema de comunicações interiores é vital para a operação normal do navio,
principalmente nas fainas de emergência. Para a perfeita segurança do navio, é preciso que
ele esteja funcionando eficientemente.
O sistema de comunicações interiores é basicamente composto de:
Telefones auto-excitáveis;
Sistema de fonoclamas;
Sistema de tubos acústicos;
Sistema de campainhas de chamada; e
Rádios portáteis (VHF).
De um modo geral, a estação de telefones auto-excitados cobre:
Passadiço;
Camarotes em geral;
Praça de máquinas;
Salões, copas e cozinha;
Compartimento da máquina do leme; e
Compartimentos de emergência.
A estação de fonoclamas cobre, de um modo geral:
Passadiço;
Castelo de proa;
Popa;
Convés das embarcações;
Praça de máquinas;
Compartimentos internos (salões, corredores, etc.).
A estação de tubos acústicos atende, normalmente:
Tijupá;
80
Passadiço;
Estação rádio;
Camarim de cartas; Camarote do comandante.
A estação de campainhas de alarmes cobre, normalmente:
Camarote do comandante;
Camarote do armador;
Refeitório dos oficiais.
Os rádios VHF portáteis são usados, normalmente, nas manobras de atracação e
desatracação e também nas fainas de abastecimento de óleo combustível ou de recebimento
de material. Eles são muito importantes na comunicação direta entre o navio e a embarcação
que transporta o material ou o óleo combustível para o navio.
Figura 114: Rádio portátil VHF.
Não devemos desprezar o apito como um meio de comunicação interior. Nas fainas de
emergência, ele irá alertar a todos os tripulantes de acordo com os sinais já conhecidos e que
serão emitidos a partir do passadiço.
9.2 SISTEMAS DE ALARMES DA PRAÇA DE MÁQUINAS
Em qualquer embarcação com propulsão mecânica, iremos encontrar um sistema de
alarmes que alerta o operador para eventuais falhas no funcionamento dos equipamentos.
Nas pequenas embarcações, os alarmes são atendidos pelo timoneiro, que informa ao
operador da máquina a irregularidade existente. Nas embarcações de médio porte, com praça
de máquinas guarnecida, existe um painel de alarmes que indica o equipamento e a
irregularidade no seu funcionamento. Já nos grandes navios, atualmente automatizados, o
sistema de alarmes é muito sofisticado. Tendo em vista a grande quantidade de equipamentos
e o reduzido número de tripulantes para supervisionar o funcionamento de todos eles, é
necessário que seja instalado um eficiente sistema de monitoração. Por esse motivo a
81
operação dos equipamentos da praça de máquinas em um navio pode ser observada no
compartimento chamado “sala de controle” (mais conhecida como CCM), onde ficam instalados
os alarmes da praça de máquinas. No console da sala de controle estão os dispositivos de
alarme necessários para controlar e supervisionar o motor propulsor, os motores alternadores,
os geradores de emergência, as caldeiras e as máquinas auxiliares.
Figura 115: Sala de controle.
9.2.1 Princípio de funcionamento do sistema de alarmes
Como vimos, os alarmes são importantes para ajudar na condução dos equipamentos.
Alguns parâmetros de operação devem ser monitorados para evitar problemas com a operação
dos sistemas:
Pressões – Verificar se elas estão sendo mantidas de acordo com as especificações do
fabricante dos equipamentos. As mais importantes são as pressões de óleo lubrificante, da
água de resfriamento dos motores, da água de circulação dos aparelhos trocadores de calor,
do óleo combustível dos motores e da caldeira e as de ar comprimido. Os dispositivos para
detectar a pressão estão instalados na rede e existe um dispositivo próprio para cada uma;
Temperaturas – também devem ser mantidas dentro do que mandam os fabricantes dos
equipamentos. As mais importantes são as citadas no item “pressões”;
Nível - os principais tanques da praça de máquinas (óleo lubrificante dos motores, água
de resfriamento dos motores, água do tubulão da caldeira, óleo combustível dos motores) são
monitorados;
Salinidade da água do destilador – deve-se sempre verificar se a água que está sendo
produzida no grupo destilatório está de acordo com o que queremos no que diz respeito à
quantidade de sal que ela contém.
Quando alguma pressão ou temperatura não estiver dentro dos valores determinados
para permitir o perfeito funcionamento do equipamento, o sistema de alarme irá atuar,
alertando o operador para a anormalidade. O mesmo procedimento se dará para os níveis dos
tanques e a salinidade da água do destilador. Ocorrendo uma condição de alarme, esta será
indicada na unidade de alarmes; uma luz indicadora, no painel de alarmes, acenderá
intermitentemente e a buzina soará.
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Os sistemas de alarmes modernos são dos tipos luminosos e sonoros; isto quer dizer
que, quando houver uma anormalidade, acenderá uma luz e soará uma buzina ou sirene.
Quando a luz acender e a buzina ou sirene tocar, você deve apertar o botão de cancelamento
da buzina (ou sirene) e ela deixará de soar. Ver, então, no painel qual a luz que está piscando
e, só então, pressionar o botão que está piscando. Ele ficará aceso até que a condição de
alarme seja resolvida, ou seja, se a pressão está baixa, ela deverá voltar ao normal para que a
luz se apague automaticamente; se a temperatura estiver alta, ela deve voltar ao valor
desejado, etc.
83
82
UNIDADE 10
TROCADORES DE CALOR
10.1 FORMAS DE TRANSMISSÃO DE CALOR: CONDUÇÃO, CONVECÇÃO E RADIAÇÃO
O calor pode deslocar-se de uma região de um corpo para outra; além disso, o calor pode
passar de um corpo para outro, estando estes corpos em contato ou não. Esse fenômeno
recebe o nome de transmissão do calor.
O calor pode propagar-se de três maneiras diferentes:
Condução;
Convecção;
Irradiação ou radiação.
Embora sejam processos diferentes, eles têm uma característica em comum - O calor
sempre flui da região ou corpo de temperatura mais alta para a região ou corpo de temperatura
mais baixa.
Condução – Na propagação do calor por condução, o calor se transmite de molécula
para molécula, sem que as moléculas se movam ao longo do material. O processo da
condução do calor é típico dos materiais sólidos.
Exemplo: Aquecendo-se a extremidade de uma barra metálica, as moléculas passam a
vibrar com maior intensidade, transmitindo essa energia adicional às moléculas mais próximas,
que também passam a vibrar mais intensamente e assim sucessivamente até alcançar a outra
extremidade (ver figura abaixo)
Figura 116: Propagação do calor por condução.
Convecção – O calor se propaga pelo movimento de moléculas. As moléculas
aquecidas, em contato com fonte de calor, dilatam-se, diminuindo, então, sua densidade, e
sobem, dando lugar a moléculas mais frias. Ocorre, assim, movimentação da matéria.
Exemplo: Os aparelhos de ar condicionado operam colocando ar frio dentro de um
ambiente. Porém eles causam melhor efeito quando colocados na parte superior de uma sala,
porque dessa forma provocam a convecção do ar, com a descida do ar frio, que é mais denso,
e a subida do ar quente, que é menos denso.
Irradiação ou radiação – Irradiação é a transferência de calor por intermédio de ondas
eletromagnéticas. Neste processo, somente a energia se propaga, não sendo necessário
nenhum meio material.
Exemplo: Na caldeira a chama provocada pela queima do combustível nos maçaricos
transmite calor ao feixe tubular por irradiação. Outro exemplo de radiação é o calor do sol que
chega a Terra.
A figura abaixo sintetiza por exemplos as três formas de transmissão de calor
Figura 117: As três formas de condução de calor.
10.2 VAPORIZAÇÃO E CONDENSAÇÃO
10.2.1 Vaporização
É o nome dado a mudança e fase do estado líquido para o estado gasoso. A vaporização
pode ocorrer de três maneiras distintas: ebulição, calefação e evaporação.
Ebulição – A ebulição seria a forma mais natural de um liquido passar para o estado
gasoso. Mantendo a pressão constante, a ebulição ocorre a uma determinada temperatura,
com agitação das partículas do liquido e com formação de bolhas.
Figura 118: Exemplo de ebulição.
85
Calefação – A calefação é uma passagem extremamente rápida do estado líquido para o
estado gasoso. Imagine uma chapa superaquecida, e em cima dela gotejando água, por
exemplo, iremos observar que é muito rápida a passagem da gota de água para vapor, ou seja,
antes mesmo de tocar a superfície, a superfície mais externa do líquido passa para vapor, esta
passagem é denominada calefação.
Figura 119: Exemplo de calefação.
Evaporação - A evaporação, ao contrario da ebulição, ocorre a qualquer temperatura,
sob a pressão constante. Porém esta temperatura é inferior a temperatura de ebulição. Ou
seja, a evaporação consiste na passagem de um material do estado líquido para o estado
gasoso sem que o líquido tenha passado pelo ponto de ebulição.
Fatores que influenciam na velocidade de evaporação:
1º - Quanto maior a pressão atmosférica, menor será a velocidade;
2º - Quanto mais o liquido for volátil, maior será a velocidade; 3º -
Quanto maior a área de contato com o ar, maior a velocidade;
4º - Quanto maior for a temperatura do liquido, maior a velocidade.
10.2.2 Condensação
Acondensação ou liquefação é a passagem do estado gasoso para o estado líquido.
Nos navios o aparelho trocador de calor onde ocorre uma condensação ou liquefação,
denomina-se condensador.
Leis que regem a ebulição e a condensação
A temperatura em que se dá a ebulição e a liquefação depende da pressão e da
substância.
Para uma mesma substância, as temperaturas de ebulição e de liquefação são iguais,
quando estão submetidas às mesmas pressões.
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Sob pressão constante (mesma pressão), durante a ebulição ou a liquefação, a
temperatura da substância mantém-se constante.
10.3 PRINCIPAIS PARTES DE UMA CALDEIRA
A caldeira é com certeza o equipamento mais tradicional a bordo. Sua finalidade é
produzir vapor a partir da energia térmica fornecida por uma fonte de calor. Para isso utiliza-se
de água destilada para ser vaporizada e como fonte de calor a queima de um combustível (que
pode ser sólido, líquido ou gasoso) energia elétrica (caldeira elétrica) ou o calor proveniente da
descarga do motor principal (caldeira de recuperação).
Há dois tipos principais de caldeiras: a caldeira flamatubular e a caldeira aquatubular.
Caldeirasflamatubulares – a fonte de calor (gases da combustão) passa por dentro dos
tubos instalados e a água fica por fora deles.
Figura 120 : Caldeira flamatubular
Caldeiras aquatubulares –a água fica por dentro dos tubos e os gases fluem por fora
deles.
Figura 121: Caldeira aquatubular – Corte.
As caldeiras do tipo aquatubular são as mais utilizadas a bordo. As principais partes de
uma caldeira aquatubular que utiliza óleo combustível como fontes de calor são as seguintes:
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Fornalha – local em que o combustível é queimado, e do qual o calor é transmitido aos
tubos onde circula água a ser vaporizada;
Tubulão de água – reservatório onde fica armazenada a água que circula nos tubos para
ser vaporizada, produzindo vapor. Geralmente há caldeiras de um ou dois tubulões de água
Tubulão de vapor – também conhecido como tubulão superior, onde o vapor e parte da
água que está sendo vaporizada ficam depositados. O vapor produzido é retirado da caldeira
através do tubulão superior. Geralmente há caldeiras de um ou mais tubulões de vapor;
Feixe tubular – conjunto de tubos, de diversos diâmetros e diversas finalidades, onde
circula a água ou o vapor;
Figura 122: Esquema de caldeira aquatubular com um tubulão de vapor e dois tubulões de água.
Queimadores – também conhecidos como maçaricos, que são os responsáveis por
admitir óleo combustível pulverizado para a queima;
Sistema de alimentação de ar – sem o ar é impossível efetuar-se a queima do
combustível. O sistema de admissão de ar na fornalha é composto de um ventilador, dutos e
difusores que permitem que o ar penetre na fornalha de uma forma turbulenta;
Sistema de ramonagem – A queima de um combustível em uma caldeira aquatubular
deixa resíduos que se depositam nos tubos e dificultam a transmissão de calor para a água.
Para isso é necessário que se faça uma limpeza periódica do feixe tubular com jatos de vapor.
Isso é feito com o que chamamos de ramonagem. Um aparelho de ramonagem é constituído
de uma lança (instalada no interior da caldeira e entre tubos), sistema de alimentação de vapor
e sistema de movimentação da lança;
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Figura 123: Detalhe da limpeza dos tubos. Figura 124: O aparelho de ramonagem.
Pré-aquecedor de ar – É um dos equipamentos destinados a melhorar o rendimento
térmico. O pré-aquecedor de ar é utilizado para, aproveitando parte do calor dos gases
residuais de combustão, aquecer o ar de alimentação da queima.
Figura 125: Pré-aquecedor de ar.
Economizador – É outro dispositivo destinado a melhorar o rendimento térmico. É uma
serpentina colocada na passagem dos gases de combustão por onde passa a água de
alimentação da caldeira antes de entrar no tubulão, o que representa uma economia de energia
Superaquecedor – Conjunto de serpentinas com a finalidade de superaquecer o vapor.
O vapor saturado produzido no tubulão passa pelo superaquecedor, onde é obtido o seu
superaquecimento.
Desuperaquecedor – É conjunto de serpentinas montado no tubulão superior destinado
a retirar o grau de superaquecimento do vapor para utilização nos sistemas auxiliares.
Sistemas de controle e proteção – Constituídos de manômetros, indicadores de nível,
termômetros e toda a parte de automação. Incluem-se aí as válvulas de segurança do sistema
cuja finalidade é dar saída ao vapor no caso deste atingir uma pressão superior a um máximo
admitido pelas condições de segurança operacional.
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Figura 126: Válvula de segurança.
10.4 FUNCIONAMENTO DE UMA CALDEIRA
As caldeiras têm seu princípio de funcionamento baseado na diferença de densidade dos
fluidos que nela estão presentes. A água recebe calor da chama dos queimadores. As
partículas mais quentes ficam menos densas e sobem. As mais frias, mais densas, descem
formando a chamada Corrente de Convecção
Figura 127: Esquema simplificado de geração de vapor em uma caldeira aquatubular.
Caldeira aquatubular – produz vapor por corrente de convecção, que pode ser natural
ou forçada (por bomba). O vapor saturado (é o vapor em contato com o líquido que o gerou,
no caso a água) forma-se no tubulão superior.
De lá é conduzido para os tubos do superaquecedor para receber o grau de
superaquecimento para ser utilizado nas máquinas que requerem este tipo de vapor. Parte do
vapor superaquecido é direcionada para o dessuperaquecedor e de lá para as máquinas
auxiliares que o utilizam.
90
Geração de vapor na caldeira
As caldeiras aquatubulares são o tipo mais empregado em navios e nas indústrias. São
usadas para instalações de maior porte e na obtenção de vapor superaquecido, que é utilizado
em máquinas propulsoras de navios (como as turbinas) e nos turbo-geradores de energia
elétrica.
Para o seu funcionamento a caldeira depende de sistemas auxiliares a ela interligados
que são:
Sistema de água de alimentação – É composto de tanques, bombas, redes de
tubulação. A água é enviada para a caldeira por uma bomba de alimentação e entra no tubulão
de vapor. Há caldeiras com dois e três tubulões. No tubulão inferior (de água) a água preenche
completamente seu interior. A partir dele teremos tubos que farão sua comunicação com o
tubulão superior (água e vapor). O tubulão superior deve ser mantido com seu nível a 75% e é
muito importante uma especial atenção ao indicador de nível para que a água fique sempre em
níveis de segurança para a caldeira.
Sistema de óleo combustível – É o que fornece calor para a geração de vapor. É
também composto de tanques, bombas e tubos. Além disso, temos os queimadores no interior
da fornalha que servem para vaporizar o óleo a ser queimado. Os maçaricos são partes
fundamentais do processo.
A alimentação de óleo para eles é regulada através de dispositivos de controle de
pressão de vapor. Por exemplo, se desejamos manter a caldeira com uma pressão de 10 bares
e a tendência da pressão de vapor é diminuir porque está havendo muito consumo, o sistema
automático alimenta os maçaricos com mais óleo combustível, mantendo a pressão desejada.
Quando esta é alcançada, o fluxo de óleo diminui, sendo regulada a pressão de vapor.
Sistema de ar para queima – Composto de ventilador (chamado de tiragem forçada, de
grande capacidade nas caldeiras de grande porte), dutos e difusores de ar na fornalha.
A admissão de ar na fornalha também é controlada por dispositivos automáticos e varia
com o volume de óleo admitido para queima. Mais óleo, mais ar e vice-versa.
Sistemas de controle – São os sistemas automatizados de instrumentos que têm como
finalidade controlar os diversos parâmetros de funcionamento de uma caldeira: controle de
nível, controle de pressão e controle de queima.
Caldeira flamatubular – Os gases quentes passam por dentro de tubos, ao redor dos
quais está a água. Os tubos são montados à maneira dos feixes de permutadores de calor,
com um ou mais passes dos gases quentes através do mesmo.
O vapor saturado (as caldeiras flamatubulares somente geram vapor saturado) se forma
na parte superior de onde é conduzido para os equipamentos que o utilizam como fluido de
trabalho.
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Figura 128: Caldeira flamatubular.
Caldeira elétrica – Utiliza a energia elétrica para fornecer calor a água. A construção de
uma caldeira elétrica é simples. Ela não possui queimadores, nem câmara de combustão,
tubos de transferência de calor, refratários e chaminés. A fonte de calor, energia elétrica, é
fornecida por resistores ou eletrodos, dependendo do tipo da caldeira.
Figura 129: Caldeira elétrica.
Caldeira de recuperação – É aquela que não utiliza combustíveis como fontes produtora
de energia, aproveitando o calor residual de processos industriais (gás de escape de motores,
gás de alto forno, de turbinas, etc.). Atualmente, a caldeira de recuperação é usada na maioria
dos navios para geração de vapor a ser usado no aquecimento do óleo combustível e nos
serviços de hotelaria. Nos petroleiros, temos ainda a aplicação do vapor no aquecimento dos
tanques de carga de óleo e as mais diversas pequenas utilizações.
92
10.5 TIPOS DE TROCADORES DE CALOR MAIS COMUNS A BORDO:
CONDENSADORES, AQUECEDORES E RESFRIADORES
Como já estudamos anteriormente, a troca de calor faz-se sempre de um fluido com
temperatura maior para outro de temperatura menor.
Assim, a bordo, iremos encontrar trocadores de calor que estão instalados para diminuir a
temperatura de um fluido que está recebendo calor de uma fonte geradora de energia térmica e
que são chamados de resfriadores.
Outros fazem com que o fluido tenha sua temperatura aumentada; é a transmissão
efetuada no trocador chamado de aquecedor. Há outro que faz com que o vapor, após haver
sido utilizado para efetuar um trabalho, retorne à fase líquida; estes são denominados
condensadores.
Há vários outros trocadores de calor, como a caldeira, já estudada, e o grupo destilatório,
que possui dois tipos de trocadores de calor, quais sejam um evaporador e um condensador.
No nosso estudo vamos identificar somente os três tipos mais comuns a bordo, quais
sejam os condensadores, aquecedores e os resfriadores.
Condensadores – são os trocadores de calor, como dito acima, instalados para
transformar o vapor, após haver efetuado um trabalho, em água que a bordo chamamos
normalmente de “condensado”.
Eles podem ser do tipo atmosférico e a vácuo. O primeiro tem sua pressão interna acima
ou igual à pressão atmosférica. São os chamados condensadores auxiliares e está no sistema
de vapor auxiliar.
Os condensadores a vácuo (principais) são submetidos a uma pressão negativa. São
instalados no sistema de vapor principal para acionamento da máquina principal. Ao ser
descarregado no condensador após acionar a máquina principal (normalmente um turbina) há
necessidade de uma pressão negativa para melhor desempenho.
Nos condensadores, a fonte quente é o vapor e a fonte fria é, normalmente, a água do
mar. Nos condensadores do sistema frigorífico, a fonte quente é o gás refrigerante e a fonte fria
pode ser tanto a água do mar quanto o ar.
Os condensadores podem ser de contato indireto (a água não está em contato com o
vapor) ou de contato direto, os chamados tanques de cascata ou de observação. Nestes, o
vapor é admitido em um tanque onde se condensa ao entrar em contato com a água já
existente em seu interior.
A forma construtiva dos condensadores que tem a água como fluido refrigerante é o tipo
de feixe tubular. Esse tipo de equipamento é constituído de duas partes principais: o casco e
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o feixe tubular. A água passa pelos tubos e o vapor é descarregado no casco
transformandose em “condensado”, de onde é bombeado de retorno ao sistema de
alimentação da caldeira.
Figura 130: Condensador de casco e tubos.
Aquecedores – Os aquecedores, hoje em dia, são fundamentais para a vida de qualquer
navio. Além de aquecer a água para o banho e para serviços diversos, também tem a função
de aquecer o óleo combustível para a queima nas caldeiras e nas máquinas de combustão
interna.
Sabemos que todo navio mais moderno, ou melhor, construído após a década de 70, só
consome óleo combustível do tipo “bunker”, que é pouco viscoso e sua fluidez, na temperatura
ambiente, muito baixa; por isso é necessário que procedamos a seu aquecimento. O trocador
de calor instalado para tal finalidade é o aquecedor.
A fonte quente que cede calor ao combustível pode ser o vapor ou qualquer outra. Hoje
em dia está sendo muito usado o chamado óleo térmico. Ele é um tipo especial de óleo
lubrificante que, após ser bem aquecido, serve como fonte quente que circula pelos outros
aquecedores. Nestes trocadores de calor, do tipo feixe tubulares, o óleo a ser aquecido, passa
por fora dos tubos e a fonte quente por dentro.
Resfriadores – São os trocadores de calor mais encontrados a bordo. Todo e qualquer
equipamento que funcione gerando calor e que precise ser resfriado durante seu
funcionamento necessita de um resfriador. Assim, os motores principais e auxiliares, bem como
o de emergência, utilizam resfriadores para a água que resfria o motor e para o óleo lubrificante
utilizado no sistema forçado de lubrificação.
Os tipos de aquecedores e resfriadores mais empregados a bordo são os de feixe tubular
e os de placas cuja constituição e funcionamento já vimos no item relativo aos condensadores.
Há também aquecedores e resfriadores de placas. Um trocador de calor de placas é um
tipo de trocador de calor que utiliza placas de metal para transferência de calor entre dois
fluidos. A vantagem desse tipo de trocador é que os fluidos são expostos a uma maior
superfície, espalhados sobre as placas. Isso facilita a transferência de calor e aumenta a
velocidade da mudança de temperatura.
94
Figura 131: Trocador de calor de placas Figura 132: Trocador de calor de placas (montagem)
95
94
UNIDADE 11
SISTEMAS DE GOVERNO
Nos primórdios da humanidade o homem utilizava as próprias mãos ou pedaço de
madeira para deslocar o barco. Os tempos foram passando e as pequenas embarcações, que
só levavam o homem e um pouco da pesca ou caça conseguida, foram sendo aumentadas de
tamanho e peso, o que dificultava seu processo de direcionamento. Era preciso encontrar um
meio de fazer com que o rumo correto fosse conseguido, com pequeno esforço físico.
Assim foram aparecendo os sistemas de governo, inicialmente com o marinheiro
operando manualmente um leme na popa da embarcação. A partir de então sistemas mais
aperfeiçoados foram surgindo utizando-se do vapor, da eletricidade, eletrônica e sistemas
hidráulicos.
11.1 PRINCIPAIS PARTES DE UM SISTEMA DE GOVERNO
Quase sempre empregamos o termo “máquina do leme” para todo o sistema de governo
de uma embarcação; mas a “máquina do leme”, propriamente dita, é uma das partes do
sistema de governo. Ela é responsável pela substituição do esforço empregado pelo homem,
quando direcionava o leme no comando manual. Por meio dela o homem pode deslocar
grandes embarcações sem qualquer esforço físico.
Por intermédio de mecanismos que constituem o sistema de governo, o esforço do
timoneiro no timão é multiplicado muitas vezes ao ser transmitido ao leme.
As seis unidades principais, interligadas de modo a executar um trabalho preciso e
suave, conhecidas em conjunto como sistema de governo, são:
O timão, também chamado de roda do leme;
O sistema de transmissão entre o timão e a máquina do leme;
Máquina do leme ou servomotor;
Sistema de transmissão entre a máquina do leme e o leme;
O leme;
O indicador de ângulo do leme.
Servomotor ou Máquina do leme – Já dissemos, acima, que a máquina do leme,
propriamente dita, recebe as ordens que vêm do timoneiro ou de um comando elétrico, e que
direciona o leme para que este se mova para um bordo ou para outro, de acordo com o ângulo
desejado
11.2 EVOLUÇÃO DA MÁQUINA DO LEME
Máquina do leme a vapor – Nas décadas de 40 e 50, eram muito utilizadas em navios
com propulsão à máquina alternativa a vapor. Naquele tempo, todas as máquinas principais
dos navios (bombas, propulsores, máquinas geradoras de corrente elétrica) eram
movimentadas pela admissão de vapor.
A máquina do leme não poderia ser diferente. Consistia em dois cilindros de vapor que,
por meio de engrenagens, faziam girar uma roda dentada acoplada à madre do leme. Ao
movimentarmos o timão, o transmissor fazia abrir a válvula distribuidora de vapor para o
cilindro que movimentaria o leme para BB ou BE.
Figura 133 : Máquina de leme a vapor.
Máquina do leme de parafuso sem fim – Este sistema, utilizado também nas décadas
de 40 e 50, já não é encontrado a bordo dos navios mercantes modernos. Poderemos
encontrá-lo ainda em embarcações de médio porte que navegam nos rios amazônicos.
Nestas máquinas, um servomotor movimenta o eixo transmissor que, através de
engrenagens retas, gira um parafuso sem fim. O fio de rosca numa metade do parafuso fica à
direita e na outra metade à esquerda.
Assim, este parafuso movimenta dois blocos de aço (chamados dados) em sentidos
opostos e, por meio das conectoras, a madre do leme é girada. As luvas que deslizam ao longo
das barras impedem que os dados girem.
Os mancais de parafuso ficam nos jazentes onde são apoiadas as barras guias e o
parafuso sem fim.
O sistema possui ainda um freio mecânico, que é acionado por uma alavanca e que
serve para manter o leme a meio quando da necessidade de manutenção.
Máquina do leme hidráulica – Com o aperfeiçoamento dos equipamentos de bordo,
junto ao aumento de tonelagem das embarcações mercantes, o sistema de governo ganhou
um elemento de força mais moderno com o advento das máquinas do leme, que utilizam a
força gerada pela pressão de um óleo hidráulico atuando em êmbolos ou em um motor
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hidráulico acoplado à madre do leme. As bombas utilizadas para gerar uma força hidráulica
podem ser de êmbolos radiais, axiais ou de palhetas.
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Figura 134: Máquina de leme hidráulica.
Existem dois grandes tipos de sistemas hidráulicos para acionar a madre do leme.
Vejamos como funcionam os dois tipos desta máquina.
Máquina do leme com dois ou quatro cilindros hidráulicos - É o tipo mais comum em
grandes navios. Possui duas bombas hidráulicas acionadas por motores elétricos, cada uma
delas capaz de manter o sistema sob pressão.
A madre do leme é movimentada por dois ou quatro cilindros hidráulicos. A pressão
hidráulica é comunicada a um dos lados dos cilindros e aliviada do outro através da operação
de válvulas comandadas eletricamente (solenóides).
Essas válvulas são abertas e fechadas por um painel elétrico que “lê” a ordem recebida
do passadiço pelo receptor sincro. Conforme o bordo que se deseja mover o leme, válvulas
solenóides diferentes são operadas. Quando é alcançado o ângulo do leme desejado, as
válvulas são fechadas e o leme fica em posição.
Os grandes navios são obrigados a ter um controle de emergência que atua diretamente
nesse conjunto de válvulas solenóides diretamente do passadiço, contornando todo o sistema
transmissor/receptor sincro.
Máquina do leme com motor hidráulico (máquina do leme aletada) - É um sistema
comum em navios de guerra e em alguns navios mercantes. Ele dispõe também de bombas
hidráulicas, mas em lugar de cilindros hidráulicos, há um motor hidráulico acoplado à madre do
leme.
O óleo bombeado penetra em canais e, através da força hidráulica, ao deslocar as
palhetas, leva o leme para o bordo desejado.
Para cada bordo desejado existe um conjunto de palhetas fixas e móveis para onde o
óleo é enviado, quando o sistema de válvulas direcionais (solenóides) atua.
Figura 135: Máquina de leme aletada.
Transmissão por meio de um telemotor hidráulico - Nos navios antigos e nas
pequenas embarcações atuais, podemos encontrar o sistema de transmissão por meio de um
telemotorhidráulico. Ele normalmente funcionava com as máquinas do leme movidas a vapor,
mas hoje em dia continuam operando em máquinas com sistema hidráulico.
Esse sistema consiste em um ou dois cilindros hidráulicos, cada um contendo um
êmbolo, ligados ao cilindro receptor ou diretamente a cilindros hidráulicos. O cilindro
transmissor é instalado junto ao timão e o receptor junto à máquina do leme.
O sistema é cheio com um óleo hidráulico próprio, de modo que, ao se deslocar o timão,
deslocam-se os êmbolos (ou um êmbolo) do transmissor. O óleo que está no interior deste
cilindro é comprimido pela tubulação, deslocando o êmbolo correspondente no cilindro
receptor, que irá fazer com que a máquina do leme, seja de que tipo for se movimente para
alcançar o ângulo de leme desejado.
Outro tipo de telemotor hidráulico é o que possui, fixada ao eixo do timão, uma bomba
rotativa em substituição aos cilindros hidráulicos, conforme visto na figura abaixo.
99
Figura 136: Transmissão hidráulica.
Este sistema está restrito a pequenas embarcações. Podemos instalar esse sistema de
transmissão em outras partes do navio e não só no passadiço. Alguns navios antigos possuíam
um timão instalado no redondo de popa. As desvantagens deste sistema são:
Possibilidade de entrada de ar no sistema;
98
Formação de bolhas de gás, se o óleo for muito aquecido; e
Atendimento mais lento da máquina do leme.
Sistema elétrico – Este sistema é o único usado nos navios modernos, principalmente
os que navegam em alto-mar. Consiste em transmissores com motores sincro, localizados nas
estações de manobra (passadiço ou qualquer outro local onde possamos enviar um sinal para
o receptor da máquina do leme) e que são controlados pelo movimento do timão ou de outro
comando elétrico instalado.
Os transmissores são ligados por cabos elétricos a um receptor auto-sincro, sendo que
uma chave seletora poderá selecionar o transmissor que irá operar. Normalmente haverá mais
de um transmissor instalado. O transmissor, por meio de um diferencial, controla o débito da
bomba de óleo hidráulico. O transmissor autos-sincro é um gerador de corrente alternada e o
receptor é um motor de corrente alternada e são projetados de modo que o rotor do receptor
repita exatamente o ângulo do deslocamento do rotor do transmissor, operação realizada com
a mesma velocidade.
Assim, o movimento do timão, que é montado no prolongamento do rotor do transmissor,
é transmitido diretamente ao eixo do rotor do receptor, na máquina do leme.
Figura 137: Sistema elétrico.
O sistema elétrico de controle remoto do leme é o mais simples e eficiente e, atualmente,
permite ser acionado por dispositivos ligados a repetidoras da agulha giroscópica, por
dispositivos adaptados ao radar anticolisão e até mesmo por comandos portáteis levados para
as asas do passadiço, quando se fazem manobras de atracação e desatracação.
100
BIBLIOGRAFIA
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2. ____. Tecnologias em centrífugas de discos. Folheto de instruções: Alfa Laval, 2004.
3. BLACK, Perry O. Bombas. Ao Livro Técnico, 1987, 439 p.
4. BLACKWOOD, Oswald H.; HERRON, Wilmer B.; KELLY, William C.. Física na Escola Secundária. Ed. Fundo de Cultura, 1958, 382 p.
5. Informações Técnica / Válvulas. SERMAT/DITEC, Petrobrás. 1971.
6. MARINHA DO BRASIL, DPC /EPM. Combustíveis e Lubrificantes. 2010.
7. ____. Máquinas e Equipamentos Auxiliares (UEA 5), 2009.
8. TELLES, Pedro Carlos da Silva. Tubulações Industriais - Materiais Projetos e Montagem. LTC Editora, 2012.
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CRÉDITOS DE IMAGENS
Fig 1 – ColdArt Refrigeração Industrial
Figs. 2, 62, 63, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 87, 91, 92, 100, 101, 111, 123– Fonte
incerta
Fig 3 – Arquivo do autor
Figs. 4, 5, 41, 45, 46, 54 – Val Aço Acessórios Industriais
Figs. 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19- AllMetals&ForgeGroup
Fig 20 – Juntalit
Fig 21 – Flaminas Equipamentos Hidráulicos
Figs 22,23, 24, 26, 27, 32 - Brastetubos - Tubos e Conexões
Fig 25 – Sanconex do Brasil
Figs 28, 29 – Elos Conexões
Fig 30 -Brastetubos - Tubos e Conexões / Tigre
Fig 31 –Elos Conexões
Fig 33 – Mastilli Acessórios / AhadTubeline
Fig 34 – CBIT – Isolantes Térmicos
Fig 35 –Isar Isolamentos Térmicos e Acústicos
Fig 36 – Roma Isolamentos Térmicos
Fig37 – Cemear Distribuidora
Fig 38 – Tecnov Válvulas
Fig. 39, 42, 48– Valmaster Válvulas
Fig. 40 - Oilequip Produtos e Serviços
Fig 43 – FlowserveCorp
Fig. 44 – Abastecedora Nacional de Válvulas
Fig. 47 – RTS Válvulas
Fig. 49 – Conexo
Fig 50, 52 – NiagaraVálvulas
Fig 51 – Abimaq
Fig. 53 – AVK Válvulas do Brasil
Fig. 55, 56 – Teadit Brasil
Fig. 57 – Woodworkingparts
Fig. 58 – Wika / Antonio Moutinho Ltda.
Fig. 59 – Poolcenter
Fig. 60 – Hai Shop
Fig. 61 - Mecanicadosfluidos.blogspot
Fig. 64 – Brasil Escola
Fig. 65 - Materiaisparaconstruir.blogspot
Fig. 66 – Rocha Tecno
Fig. 67 – Tech Meter Measurement and Control
Fig. 68 – Tectrol Com. Peças Industriais
Fig. 69 – Kcal Engenharia
Fig. 80 - blogdoprofessorcarlao.blogspot.com.br
102 Fig. 81, 85 - HowStuffWorks Brasil
Fig. 82 – Jagweb
Fig. 83 – Omegaclube
Fig. 84 - Essl.home.sapo.pt/Electropneumatica
Fig. 86 - engmecatonico.blogspot
Fig. 88 - Chemicalinem.blogspot
Fig. 89, 104 – Ebah
Fig. 90 - Elearning.iefp.pt/pluginfile.php
Fig. 93, 94, 95 – UFCG
Fig. 96 - Openticle.com
Fig. 97 – Weir Minerals / Weir Pumps
Fig. 98 – Tetralon
Fig. 99, 113, 114, 115, 133, 134, 135, 136, 137 – Apostila CIAGA / SistAuxiliares
Fig. 102 – Flowserve / Sier-Bath Rotary
Fig. 103, 105 - Apostila DPC / UEA- 5 / www.ufrnet.ufrn.br
Fig. 107, 108, 109, 110– Apostila DPC / UEA- 5 / Alfa Laval
Fig. 106 – Egemaf
Fig. 112 - www.lupaambiental.com.br
Fig. 116 - www.refrigeracao.net
Fig, 117 - fisica.ufpr.br
Fig. 118 - www.cultura.ufpa.br
Fig. 119 - vestiburlando.wordpress.com
Fig. 120, 122, 128, 129 - Apostila CIAGA / CAD-1
Figs. 121, 125 - www.chdvalvulas.com.br
Fig. 124 – Promoen Equipamentos Industriais
Fig. 126 – Kcal Engenharia
Fig. 127 - dc350.4shared.com
Fig. 130 - www.demec.ufmg.br
Fig. 131 – Broilo Aquecimento
Fig. 132 - Braskor
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