Relatorio de Estágio - ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda

FACULDADE ANHANGUERA DE JUNDIAÍ ENGENHARIA MECÂNICA

ANALISE DAS CONDIÇÕES OPERACIONAIS DE BOMBAS CENTRÍFUGAS

JULIANO PATRICIO NOGUEIRA – RA 0515531

JUNDIAÍ 2010

JULIANO PATRICIO NOGUEIRA

ANALISE DAS CONDIÇÕES OPERACIONAIS DE BOMBAS CENTRÍFUGAS

Relatório de Estágio apresentado ao curso de Engenharia Mecânica da Faculdade Anhanguera de Jundiaí, como parte dos requisitos necessários para a obtenção do título de Engenheiro Mecânico. Orientador: Prof. Eduardo Godoi

JUNDIAÍ 2010

JULIANO PATRICIO NOGUEIRA

ANALISE DAS CONDIÇÕES OPERACIONAIS DE BOMBAS CENTRÍFUGAS

Relatório de Estágio apresentado ao curso de Engenharia Mecânica da Faculdade Anhanguera de Jundiaí, como parte dos requisitos necessários para a obtenção do título de Engenheiro Mecânico. Orientador: Prof. Eduardo Godoi

JUNDIAÍ 2010

FACULDADE ANHANGUERA DE JUNDIAÍ ENGENHARIA MECÂNICA JUNDIAÍ / 2010

JULIANO PATRICIO NOGUEIRA

ANALISE DAS CONDIÇÕES OPERACIONAIS DE BOMBAS CENTRÍFUGAS

 APROVADO EM ____/____/____

 ________________________  ____________________________________ __________________________ ________________________ ____________ __

EDUARDO GODOI

AGRADECIMENTOS

Em primeiro lugar agradeço a Deus pela oportunidade concedida. De modo especial, a minha esposa, filho e pais que sempre foram meus incentivadores e melhores amigos.  À Elos & PPR Bombas e Válvulas Ltda, em particular na pessoa dos engenheiros Silas Silvestre e Paulo Sergio da Silva, pela disponibilização de equipamentos e tempo para a elaboração desses trabalho.

RESUMO Este trabalho aborda assuntos de fundamental importância para o correto dimensionamento de bombas centrífugas como, por exemplo, as curvas características de performance. Serão definidos como a empresa ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda obtém uma curva característica para um determinado equipamento, o tipo de curvas existentes, além de conceitos sobre altura manométrica, potência consumida, vazão, rendimento, entre outros assuntos. Demonstrando a importância da leitura e analise gráfica de uma curva para uma correta utilização e otimização operacional de uma planta industrial. Palavras-chave: BOMBA CENTRÍFUGA, CURVA, RENDIMENTO, NPSH.

LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 - Foto da planta industrial da ELOS & PPR em Piracicaba-SP ................... 15 Figura 2 – Exemplo de Bomba centrífuga ................................................................. 16 Figura 3 - Exemplo de funcionamento de bomba centrífuga ..................................... 18 Figura 4 - Curva teórica de funcionamento ....................... ........................................ 19 Figura 5 - Curva real de funcionamento .................................................................... 20 Figura 6 - Instalação de manômetros no sistema ...................................................... 21 Figura 7 - Exemplo de bancada de testes ................................................................. 22 Figura 8 - Levantamento da curva característica ....................... ............................... 23 Figura 9 - Curva característica com diâmetros diferentes ......................................... 23 Figura 10 - Exemplo de curva inclinada "Rising" ....................................................... 24 Figura 11 - Exemplo de curva íngreme "Step"  .......................................................... 25 Figura 12 - Exemplo de curva plana "Flat"  ................................................................ 25 Figura 13 - Exemplo de curva instável Ascendente/Descendente “Drooping” .......... 26 Figura 14 - Exemplo de curva instável tipo “Cela” ..................................................... 26 Figura 15 - Exemplo de curva "Over Loading"  .......................................................... 27 Figura 16 - Exemplo de curva "no Over Loading"  ..................................................... 28 Figura 17 - Exemplo de curva de potência de bomba de fluxo axial ......................... 28 Figura 18 - Exemplo de curva de vazão x rendimento ................... ........................... 29 Figura 19 - Exemplo de curva de isorendimento ....................................................... 30 Figura 20 - Exemplo de curva de vazão x NPSHr ..................................................... 30 Figura 21 - Exemplo de curva característica ............................................................. 31 Figura 22 - Exemplo de perdas localizadas .............................................................. 34 Figura 23 - Curva do sistema x curva da bomba ....................................................... 35 Figura 24 - Exemplo do ponto de melhor rendimento ................ ............................... 36 Figura 25 - Exemplo de alteração do diâmentro do rotor ............. ............................. 37 Figura 26 - Exemplo de mudança de rotação................ ............................................ 37 Figura 27 - Variação na parcela estática da Altura Manométrica Total do sistema ... 38 Figura 28 - Exemplo de fechamento/abertura de válvulas ........................................ 39 Figura 29 - Série de bombas geometricamente semelhantes admitindo a mesma velocidade específica ................................................................................................ 45 Figura 30 - Tipos de rotores x velocidade específica ....................... ......................... 46

Figura 31 - Exemplo de montagem de bomba centrífuga .......... ............................... 47 Figura 32 - Tolerância para o teste de performance ................ ................................. 49 Figura 33 - Bomba BSH 150-500 em funcionamento ................................................ 51 Figura 34 - Leitura da rotação ................................................................................... 51 Figura 35 - Leitura da vazão...................................................................................... 52 Figura 36 - Leitura da altura manométrica ................................................................ 52 Figura 37 - Medição do nível de ruído ....................................................................... 53 Figura 38 - Medição da temperatura do mancais ...................................................... 53 Figura 39 - Anexo A (Folha de dados da bomba centrífuga) ..................................... 58 Figura 40 - Anexo B (Curva característica) ..................... .......................................... 59 Figura 41 - Anexo C (Relatório teste de performance) .............................................. 61

LISTA DE EQUAÇÕES

Equação 1 - Altura manométrica da bomba .............................................................. 21 Equação 2 - Altura manométrica da bomba .............................................................. 21 Equação 3 - Potência hidráulica ................................................................................ 32 Equação 4 - Potência útil da bomba.......................................................................... 32 Equação 5 - Potência consumida pela bomba .......................................................... 33 Equação 6 - Rendimento total ................................................................................... 34 Equação 7 - Rendimento da bomba .......................................................................... 35 Equação 8 - Vazão proporcional à rotação ............................................................... 40 Equação 9 - Altura manométrica varia com o quadrado da rotação.......................... 40 Equação 10 - Potência varia ao cubo da rotação ...................................................... 40 Equação 11 - NPSHr varia ao quadrado da rotação ........................ ......................... 41 Equação 12 - Variação da Vazão - Altura - Potência ................................................ 41 Equação 13 - Variação da vazão em função da redução do diâmetro do rotor ......... 42 Equação 14 - Variação da altura monométrica em função da redução do diâmetro do rotor ........................................................................................................................... 42 Equação 15 - Variação da potência em função da redução do diâmetro do rotor ..... 42 Equação 16 - Velocidade específica ou rotação específica ................ ...................... 43

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

 ABNT

-

Associação Brasileira de Normas Técnicas

 ANSI

-

American National Standard Institute

 API

-

American Petroleum Institute

DIN

-

Deutsches Institut fur Normang

HI

-

Hydraulic Institute

ISO

-

International Organization for Standartization

NPSH

-

Net Inlet Suction Head

NPSHr

-

Net Inlet Suciton Head Required

BEP

-

Best Efficiency Point

BEN

-

Bomba Elos Normalizada

BES

-

Bomba Multi-estágio Standard

BSH

-

Bomba API 610 8ª Edição

LISTA DE SÍMBOLOS Q

-

Vazão

Q1

-

Nova vazão

Qt

-

Vazão no ponto de trabalho

Qfe

-

Vazão com a válvula fechada

Qab

-

Vazão com a válvula aberta

Qótimo -

Vazão no melhor ponto de trabalho

H

-

Altura manométrica

H1

-

Nova altura manométrica

Ht

-

Altura manométrica no ponto de trabalho

Hfe

-

Altura manométrica com a válvula fechada

Hab

-

Altura manométrica com a válvula aberta

Hótimo -

Altura manométrica no melhor ponto de trabalho

P

-

Potência consumida

P1

-

Potência com a nova rotação

Pt

-

Vazão no ponto de trabalho

Ph

-

Potência hidráulica



-

Rendimento

t

-

Rendimento no ponto de trabalho

tot

-

Rendimento total

N

-

Rotação

N1

-

Nova rotação

D

-

Diâmetro do rotor

D1

-

Novo diâmetro do rotor



-

Peso especifico

Pd

-

Pressão de descarga

Ps

-

Pressão de sucção

Nq

-

Velocidade especifica ou rotação especifica

g

-

Aceleração da gravidade

Vd

-

Velocidade do fluído na descarga

Vs

-

Velocidade do fluído na sucção

Zsd

-

e descarga

Diferença de cota entre as linhas de centro dos manômetros da sucção

SUMÁRIO RESUMO................................................................................................................... 16 LISTA DE ILUSTRAÇÕES ........................................................................................ 17 LISTA DE EQUAÇÕES ............................................................................................. 19 LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS .................................................................... 20 LISTA DE SÍMBOLOS ............................................................................................... 21 1. INTRODUÇÃO .................................................................................................... 14 1.1. A INSTITUIÇÃO E O ESTÁGIO.......................................................................... 15 1.2. Histórico da ELOS & PPR ................................................................................... 15 1.3. O departamento de Vendas e Aplicações..................... ...................................... 16 2. PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO DE UMA BOMBA CENTRÍFUGA .............. 16 2.1. Curvas características da bomba ....................................................................... 18 2.2. Curvas Teórica e Real de Funcionamento.......................................................... 19 2.3. Curva de Altura Manométrica da Bomba ............................................................ 20 2.4. Tipos de Curvas Características “H x Q” de Bombas ......................................... 24 2.4.1.

Curva Inclinada (“Rising”)............................................................................. 24

2.4.2.

Curva Íngreme (“Step”) ................................................................................ 24

2.4.3.

Curva Plana (“Flat”) ...................................................................................... 25

2.4.4.

Curva Instável Ascendente/Descendente (“Drooping”) ................................ 25

2.4.5.

Curva Instável Tipo “Cela” ............................................................................ 26

2.5. Curva de Potência Consumida da Bomba .......................................................... 26 2.5.1.

Tipos de Curvas de Potência Consumida .................................................... 27

2.5.1.1.

Curva de Potência Consumida de Bomba de Fluxo Radial ...................... 27

2.5.1.2.

Curva de Potência Consumida de Bomba de Fluxo Misto ou Semi-axial . 28

2.5.1.3.

Curva de Potência Consumida de Bomba de Fluxo Axial ......................... 28

2.5.2.

Curva de Rendimento da Bomba ................................................................. 29

2.5.3.

Curvas de isorendimento ............................................................................. 29

2.5.4.

Curva de NPSH Requerido da Bomba ......................................................... 30

2.5.5.  Apresentação Típica das Curvas Características de Bombas Centrífugas .. 31 2.6. Potência consumida pela bomba ........................................................................ 31 2.6.1.

Potência Hidráulica ...................................................................................... 32

2.6.2.

Potência Consumida pela Bomba ................................................................ 32

2.7. PERDAS E RENDIMENTOS .............................................................................. 33 2.8. PONTO DE TRABALHO ..................................................................................... 35 2.8.1.

Ponto de Melhor Rendimento....................................................................... 35

2.8.2.

Fatores que Modificam o Ponto de Trabalho ............................................... 36

2.8.3.  Alteração do ponto de trabalho atuando na bomba ..................................... 37 2.8.4.  Alteração do ponto de trabalho atuando no sistema .................................... 37 2.9. Efeito da mudança de rotação nas curvas características .................................. 39 2.9.1.

Efeito da variação do diâmetro do rotor nas curvas características ............. 41

2.10.

VELOCIDADE ESPECÍFICA........................................................................ 43

2.10.1.

 Aplicações da Velocidade Específica ....................................................... 44

3.  ATIVIDADES PROGRAMADAS DO ESTÁGIO .................................................. 46 3.1. Montagem e desmontagem de bombas.............................................................. 47 3.2. Acompanhamento de testes de performance ..................................................... 48 REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 54  ANEXOS ................................................................................................................... 55

1.1. INTRODUÇÃO Na atualidade, as bombas centrifugas estão presentes na maioria das plantas industriais, instalações de petróleo, sistemas de fornecimento de água, sistemas de recolhimento de esgotos etc. No presente estudo serão enfocados os princípios fundamentais de operação de bombas centrifugas, as características principais do banco de provas, área contida nas dependências da ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda onde são executados os testes de performance nos equipamentos, a sistemática e avaliação dos resultados obtidos durante a realização dos testes, as chamadas curvas características de funcionamento. O objetivo principal deste trabalho É garantir ao cliente, através da leitura, interpretação e analise gráfica das curvas características de uma bomba centrifuga, se a mesma atinge os resultados (ponto de operação, vazão, pressão e rendimento) previamente estabelecido, fazendo um comparativo de ensaio de performance em bancada de teste com as tolerâncias estabelecidas pelas normas de fabricação. Este trabalho será dividido em três capítulos: o primeiro abordará o histórico da empresa; o segundo, os fundamentos hidráulicos aplicados durante o estagio; e o terceiro, a descrição das atividades desenvolvidas no período de estagio.

14

1.2. A INSTITUIÇÃO E O ESTÁGIO

Figura 1 - Foto da planta industrial da ELOS & PPR em Piracicaba-SP Fonte: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda “catalogo de produtos” - 2010

 A ELOS & PPR, foi criada com a finalidade de agrupar as experiências de mais de 15 anos, adquiridas pelas empresas Elos Ind. e Com. de Bombas e Peças Ltda e PPR Ind. Com. Ltda.  A ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda é a matriz, inscrita CNPJ n° 04.233.624/0001-00, está localizada na rua Dr. Plínio Camilo n°585  –  Distrito Uninorte, na cidade de Piracicaba-SP, onde será realizado o estágio.

1.3. Histórico da ELOS & PPR Com mais de 25 anos de existência no mercado criando soluções para os mais diversos segmentos industriais. Tendo como política da qualidade: 

Garantia de produtos e serviços que atendam as necessidades de nossos clientes;



Eficácia e melhoria contínua dos processos;



Parceria com nossos clientes, fornecedores e colaboradores;

Missão: 

Apresentar soluções para atender nossos clientes superando suas expectativas;



Apresentar preços competitivos;



Qualidade de fornecimento;

15

1.4. O departamento de Vendas e Aplicações O estágio curricular foi realizando no departamento de vendas e aplicações da empresa Elos & PPR, localizada na cidade de Piracicaba no interior de São Paulo. Neste Capítulo, serão obcordados assuntos de fundamental importância para o correto dimensionamento de bombas centrífugas, ou seja, serão estudadas as curvas características das bombas. Será definida a altura manométrica da bomba, potência consumida, rendimentos, entre outros assuntos; será mostrado como o fabricante traça a curva de uma bomba, os vários tipos de curvas, etc. Portanto, a perfeita compreensão deste capítulo é de extrema importância para o pessoal envolvido com bombas centrífugas.

1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMENTO DE UMA BOMBA CENTRÍFUGA  A

denominação

“Bomba

Centrífuga”

caracteriza

o

movimento

de

centrifugação do líquido pelo(s) rotor(es). Esses são dotados de pás e posicionamse no interior da carcaça com folgas batentes justas. Ver figura abaixo.

Figura 2 – Exemplo de Bomba centrífuga Fonte: SILVA, Jairo Torres da; IVO, Lúcio Antonio Moreira; OLIVEIRA, Paulo Soares de; PELLEGRINO, Sérgio Lins. BOMBAS centrífugas passo a passo. 3.ed. SALVADOR: Turbotech engenharia Ltda., 1999. 356p.

Para o funcionamento da bomba, é necessário que a carcaça esteja completamente cheia de líquido, e, portanto, que o rotor esteja mergulhado no líquido.

16

O funcionamento da bomba centrífuga baseia-se praticamente na criação de uma zona de baixa pressão e de uma zona de alta pressão.  A criação da zona de baixa pressão decorre do fato de que o líquido, recebendo através das pás o movimento de rotação do rotor, fica sujeito à força centrífuga que faz com que as partículas do líquido se desloquem em direção à periferia do rotor.

Este deslocamento acarreta a criação de um vazio (baixa

pressão) na região central, vazio este que será preenchido por igual quantidade de líquido proveniente da fonte, estabelecendo-se assim a primeira condição para o funcionamento que é um fluxo contínuo (regime permanente).  A criação da zona de alta pressão na periferia, alta pressão esta que é a responsável pela possibilidade de transporte do fluido e atendimento das condições finais do processo, deve-se ao fato de que o líquido que parte para a periferia, sob a ação da força centrífuga, vai encontrar um aumento progressivo na área de escoamento (ver figura abaixo), que causará queda de velocidade e aumento de pressão (Teorema de Bernouilli). Está, assim, criada a alta pressão na periferia, necessária para que a bomba cumpra a sua função. Então, poderíamos afirmar, resumidamente, que o rotor fornece energia ao fluido, aumentando sua energia cinética e sua energia de pressão, sendo em seguida, grande parte da energia cinética transformada em energia de pressão devido ao aumento progressivo da área da carcaça na região de difusão, após o líquido atravessar a voluta. A maior parte do aumento de pressão do fluido no interior da bomba ocorre durante sua passagem desde a entrada até a saída do canal formado pelas pás do rotor, devido aos chamados “efeito centrífugo” e “efeito de difusão”. Entretanto, uma parcela do ganho de pressão é normalmente obtida

após a saída do rotor, quando o fluido é orientado através de uma região de área crescente (região difusora).  A relação entre a quantidade de energia que implica aumento da pressão estática do fluido passando através do rotor, e a energia total transferida pelo rotor ao fluido, recebe a denominação de “grau de reaçã o” do rotor . Em rotores de fluxo

radial o grau de reação é em torno de 70%. O aumento progressivo da área na carcaça pode ser obtido de duas formas 

Utilizando a carcaça em voluta com região difusora;



Utilizando a carcaça com difusor. 17

Figura 3 - Exemplo de funcionamento de bomba centrífuga Fonte: SILVA, Jairo Torres da; IVO, Lúcio Antonio Moreira; OLIVEIRA, Paulo Soares de; PELLEGRINO, Sérgio Lins. BOMBAS centrífugas passo a passo. 3.ed. SALVADOR: Turbotech engenharia Ltda., 1999. 356p.

O vácuo parcial criado no bocal de sucção da bomba (ponto A na figura acima) faz com que o fluido atinja o olho do rotor (ponto B). O movimento de rotação do rotor, pela ação da força centrífuga expulsa o fluido através de suas pás (C) acelerando-o na direção da rotação. Ao deixar o rotor, o fluido tem a velocidade tangencial da extremidade das pás.

1.1. Curvas características da bomba

18

 A determinação do ponto de trabalho, isto é, vazão, altura manométrica, potência consumida e rendimento de uma bomba operando em um sistema, é função das características da bomba e do sistema. Assim sendo, torna-se necessário aprofundar nossos conhecimentos sobre as curvas características das bombas. Estas curvas são fornecidas pelos fabricantes e normalmente traduzem o desempenho da bomba quando operando com água limpa à temperatura

ambiente. São três as curvas características tradicionais: 

Curva da altura manométrica (H) x vazão (Q)



Curva de potência consumida (P) x vazão (Q)



Curva de rendimento total (η)  x vazão (Q)

Estas curvas são obtidas através de experiências do fabricante, que fazem a bomba vencer diversas alturas manométricas com diversas vazões, verificando também a potência consumida e o rendimento da bomba.

1.2. Curvas Teórica e Real de Funcionamento Uma bomba centrífuga ideal, onde não houvesse perdas internas de energia, teria uma curva característica teórica de altura manométrica (H) versus vazão (Q) com a seguinte forma:

Figura 4 - Curva teórica de funcionamento Fonte: SILVA, Jairo Torres da; IVO, Lúcio Antonio Moreira; OLIVEIRA, Paulo Soares de; PELLEGRINO, Sérgio Lins. BOMBAS centrífugas passo a passo. 3.ed. SALVADOR: Turbotech engenharia Ltda., 1999. 356p.

Porém, numa bomba real existem perdas de energia interna devido às seguintes causas: 

Atrito entre o líquido e o rotor;



Mudanças bruscas na direção do escoamento; 19



Fugas de líquido entre interstícios (folgas);



Recirculação interna (ex.: entre o rotor e a lingüeta da voluta).

São essas perdas de energia que produzem a alteração da forma da curva característica de uma bomba ideal, conforme representado na f igura baixo:

Figura 5 - Curva real de funcionamento Fonte: SILVA, Jairo Torres da; IVO, Lúcio Antonio Moreira; OLIVEIRA, Paulo Soares de; PELLEGRINO, Sérgio Lins. BOMBAS centrífugas passo a passo. 3.ed. SALVADOR: Turbotech engenharia Ltda., 1999. 356p.

 A quantificação das perdas entre a condição ideal e a real é dada pela grandeza denominada rendimento (ou eficiência). O ponto (H,Q) em que ocorre as menores perdas, ou seja, onde o rendimento é máximo, denomina-se Ponto de Melhor Rendimento ou, mais comumente, BEP (do inglês “Best Efficiency Point”).

Este é ponto de operação para o qual a bomba é projetada, por isso ele também é chamado de Ponto de Projeto da Bomba.

1.3. Curva de Altura Manométrica da Bomba  A Altura Manométrica de uma bomba é definida como a energia por unidade de peso de líquido, que a bomba fornece ao líquido, para uma determinada vazão. Dessa forma, aplicando o Teorema de Bernoulli entre a entrada e a saída de uma bomba centrífuga (ver figura abaixo), obtemos a seguinte fórmula para a altura manométrica de uma bomba:

20

Equação 1 - Altura manométrica da bomba Fonte: XAVIER, Emilio A. Tecnologia de bombas centrífugas  –  seleção e aplicação PIRACICABA: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda., 2009. 372p.

Isto significa que a energia que o sistema solicita para que o líquido seja transportado a uma determinada vazão, é fornecida pela bomba.

Figura 6 - Instalação de manômetros no sistema Fonte: XAVIER, Emilio A. Tecnologia de bombas centrífugas  –  seleção e aplicação PIRACICABA: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda., 2009. 372p.

Se desprezarmos as cargas de velocidade e considerarmos Zsd = 0, temos:

Equação 2 - Altura manométrica da bomba Fonte: XAVIER, Emilio A. Tecnologia de bombas centrífugas  –  seleção e aplicação PIRACICABA: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda., 2009. 372p.

H → altura manométrica da bomba (m) pd → pressão lida no manômetro da descarga (kgf/cm²) ps → pressão lida no manômetro da sucção (kgf/cm²)

γ → peso específico do fluido (kgf/dm³) 10 → valor para acerto de unidades

O levantamento das curvas características das bombas são realizadas pelo fabricante em bancadas de testes equipadas para tal serviço. De uma maneira simplificada, as curvas são traçadas da seguinte forma, conforme esquema abaixo: 21

Figura 7 - Exemplo de bancada de testes Fonte: XAVIER, Emilio A. Tecnologia de bombas centrífugas  –  seleção e aplicação PIRACICABA: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda., 2009. 372p.

Considerando-se que: 

ps seja a pressão de sucção no flange de sucção da bomba;



pd seja a pressão de descarga no flange de descarga da bomba;



a bomba em questão esteja com um diâmetro de rotor conhecido;



exista uma válvula situada logo após a boca de recalque da bomba, com a finalidade de controle de vazão;



exista um medidor de vazão, de qualquer tipo, para obtermos os valores da vazão em cada instante;

1º Passo- Coloca-se a bomba em funcionamento, com a válvula de descarga totalmente fechada (Q = 0); determina-se a pressão desenvolvida pela bomba, que será igual a pressão de descarga menos a pressão de sucção. Com essa pressão diferencial, obtém-se a altura manométrica  desenvolvida pela bomba, através da fórmula mostrada. Essa altura manométrica é normalmente conhecida como altura no “shut -off” , ou seja, altura desenvolvida pela bomba correspondente à vazão zero, a qual chamamos de H 0.

2º Passo- Abre-se parcialmente a válvula, obtendo-se assim uma nova vazão determinada pelo medidor de vazão, a qual chamaremos de Q 1, e procede-se de maneira análoga a anterior, para determinarmos a nova altura desenvolvida pela bomba nesta nova condição, a qual chamaremos de H 1.

3º Passo -  Abre-se um pouco mais a válvula, obtendo-se outros pontos de vazão Q2 e uma altura H2, da mesma forma que as anteriormente descritas. 22

4º Passo - Continuando o processo algumas vezes, obtemos outros pontos de vazão e altura, com os quais plotaremos a curva em um gráfico, onde no eixo das abscissas, ou eixo horizontal, temos os valores de vazão (Q) e no eixo das ordenadas, ou eixo vertical, temos os valores de altura manométrica (H).

Figura 8 - Levantamento da curva característica Fonte: XAVIER, Emilio A. Tecnologia de bombas centrífugas  –  seleção e aplicação PIRACICABA: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda., 2009. 372p.

Normalmente, os fabricantes alteram os diâmetros de rotores para um mesmo equipamento, obtendo-se assim a curva característica da bomba com uma família de diâmetros de rotores, como mostrado abaixo.

Figura 9 - Curva característica com diâmetros diferentes Fonte: XAVIER, Emilio A. Tecnologia de bombas centrífugas  –  seleção e aplicação PIRACICABA: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda., 2009. 372p.

23

OBS.: A necessidade de se permitir diversos diâmetros para o rotor é uma questão prática, pois não seria economicamente viável aos fabricantes projetar e construir uma bomba para cada aplicação específica.

1.4. Tipos de Curvas Características “H x Q” de Bombas Dependendo do tipo de bomba, da largura dos rotores, da quantidade de pás dos rotores, do ângulo de inclinação destas pás, as curvas características “H x Q” das bombas, também chamadas de curvas características do rotor, podem se apresentar de várias formas, como mostram as figuras a seguir.

1.4.1. Curva Inclinada (“Rising”) Neste tipo de curva, a altura manométrica aumenta continuamente com a diminuição da vazão. A altura correspondente à vazão nula é cerca de 10 a 20% maior que a altura para o ponto de maior eficiência (vazão de projeto).

Figura 10 - Exemplo de curva inclinada " R i s i n g "   Fonte: XAVIER, Emilio A. Tecnologia de bombas centrífugas  –  seleção e aplicação PIRACICABA: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda., 2009. 372p.

1.4.2. Curva Íngreme (“Step”) É uma curva em que existe uma grande diferença entre a altura manométrica desenvolvida na vazão zero (shut-off) e a desenvolvida na vazão do projeto, ou seja, cerca de 40 e 50%.

24

Figura 11 - Exemplo de curva íngreme " S t e p "   Fonte: XAVIER, Emilio A. Tecnologia de bombas centrífugas  –  seleção e aplicação PIRACICABA: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda., 2009. 372p.

1.4.3. Curva Plana (“Flat”) Nesta curva, a altura manométrica varia muito pouco com a vazão, desde o “ shut-off ” até o ponto de projeto.

Figura 12 - Exemplo de curva plana "Flat"  Fonte: XAVIER, Emilio A. Tecnologia de bombas centrífugas  –  seleção e aplicação PIRACICABA: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda., 2009. 372p.

1.4.4. Curva Instável Ascendente/Descendente (“Drooping”) Nesta curva, a altura manométrica produzida com a vazão zero é menor do que as outras correspondentes a algumas vazões. Neste tipo de curva, verifica-se que para as alturas superiores ao “ shut-off ”,  dispomos de duas vazões diferentes para uma mesma altura.

25

Figura 13 - Exemplo de curva instável Ascendente/Descendente “Drooping”  Fonte: XAVIER, Emilio A. Tecnologia de bombas centrífugas  –  seleção e aplicação PIRACICABA: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda., 2009. 372p.

1.4.5. Curva Instável Tipo “Cela” É a curva na qual, para uma mesma altura manométrica, correspondem duas ou mais vazões num certo trecho de instabilidade.

Figura 14 - Exemplo de curva instável tipo “Cela” Fonte: XAVIER, Emilio A. Tecnologia de bombas centrífugas  –  seleção e aplicação PIRACICABA: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda., 2009. 372p.

OBSERVAÇÕES: a) As formas instáveis (d) e (e) não são utilizadas nas indústrias de processo devido à impossibilidade de um controle eficaz das condições operacionais; b) As curvas Altura Manométrica x Vazão mais utilizadas na indústria de processo e suas respectivas características são apresentadas a seguir:

1.5. Curva de Potência Consumida da Bomba Em função das características elétricas do motor que aciona a bomba, determina-se a potência que está sendo consumida por ela, ou seja, juntamente 26

com o levantamento dos dados para traçarmos a curva de altura manométrica versus vazão (H x Q), como vimos anteriormente, no painel de comando do motor que aciona a bomba que está sendo testada, estão instalados instrumentos de medições elétricas, como por exemplo, wattímetros, amperímetros, voltímetros, etc, que fornecem dados para podermos traçar as curvas de potência consumida versus vazão (P x Q). Essas curvas são plotadas em um gráfico, onde no eixo das abcissas, ou eixo horizontal, temos os valores de vazão (Q) e no eixo das ordenadas, o eixo vertical, temos os valores de potência consumida (P).

1.5.1. Tipos de Curvas de Potência Consumida  As curvas de potência consumida versus vazão, também possuem características específicas de acordo com a forma que apresentam. Como vimos no Capítulo 2, as bombas centrífugas se subdividem em três tipos conforme o sentido de fluxo: fluxo radial, axial ou misto. Para cada tipo de fluxo, verifica-se a existência de curvas de potência consumida diferentes, conforme segue:

1.5.1.1. Curva de Potência Consumida de Bomba de Fluxo Radial Neste tipo de curva, a potência aumenta continuamente com a vazão. O motor deve ser dimensionado de modo que sua potência cubra todos os pontos de operação. Nos sistemas com alturas variáveis, é necessário verificar as alturas mínimas que poderão ocorrer para se evitar o perigo de sobrecarga. Estas curvas também são chamadas de “over loading”.

Figura 15 - Exemplo de curva " O v e r

Loading" 

27

Fonte: XAVIER, Emilio A. Tecnologia de bombas centrífugas  –  seleção e aplicação PIRACICABA: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda., 2009. 372p.

1.5.1.2. Curva de Potência Consumida de Bomba de Fluxo Misto ou Semi-axial Neste tipo de curva, a potência consumida aumenta até certo ponto, depois se mantêm constante em uma estreita faixa de vazão, e finalmente decresce. Esta curva tem a vantagem de não sobrecarregar o motor para qualquer ponto de trabalho, entretanto, este tipo de curva não é obtido em todas as bombas. Estas curvas também são chamadas de “no over loading”.

Figura 16 - Exemplo de curva " n o O v e r L o a d i n g "   Fonte: XAVIER, Emilio A. Tecnologia de bombas centrífugas  –  seleção e aplicação PIRACICABA: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda., 2009. 372p.

1.5.1.3. Curva de Potência Consumida de Bomba de Fluxo Axial Neste tipo de curva, a potência consumida decresce continuamente em toda a faixa de vazão da bomba.

Figura 17 - Exemplo de curva de potência de bomba de fluxo axial Fonte: XAVIER, Emilio A. Tecnologia de bombas centrífugas  –  seleção e aplicação PIRACICABA: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda., 2009. 372p.

28

1.5.2. Curva de Rendimento da Bomba Conforme será visto mais a seguir, o rendimento da bomba é obtido pela divisão da potência hidráulica pela potência consumida. A representação gráfica do rendimento (η) versus a vazão (Q) é a seguinte:

Figura 18 - Exemplo de curva de vazão x rendimento Fonte: XAVIER, Emilio A. Tecnologia de bombas centrífugas  –  seleção e aplicação PIRACICABA: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda., 2009. 372p.

OBS.: Qótimo  ou BEP (Best Efficiency Point) é o ponto de melhor rendimento da bomba, para o rotor considerado.

1.5.3. Curvas de isorendimento Toda bomba apresenta limitação de rotores, ou seja, a família de rotores em uma curva característica vai desde um diâmetro máximo até um diâmetro mínimo. O diâmetro máximo é conseqüência do espaço físico existente no interior da bomba e o diâmetro mínimo é limitado hidraulicamente, ou seja, se utilizarmos diâmetros menores dos que indicados nas curvas das bombas, teríamos problemas de funcionamento da bomba, baixos valores de vazão, baixas alturas manométricas, baixos rendimentos etc.  As curvas de rendimento das bombas encontradas em catálogos técnicos dos fabricantes apresentam-se, em alguns casos, plotadas isoladamente, ou seja, o rendimento obtido para cada diâmetro de rotor em função da sua vazão. Em outros casos, que é mais comum, apresentam-se plotadas sobre as curvas dos diâmetros de rotores. Esta nova representação, baseia-se em plotar sobre a curva de H x Q de cada rotor, o valor do rendimento comuns para todos os demais; posteriormente unem-se os pontos de mesmo rendimento, f ormando assim as curvas de rendimento 29

das bombas. Essas curvas são também chamadas de curvas de isorendimento, representadas abaixo.

Figura 19 - Exemplo de curva de isorendimento Fonte: XAVIER, Emilio A. Tecnologia de bombas centrífugas  –  seleção e aplicação PIRACICABA: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda., 2009. 372p.

1.5.4. Curva de NPSH Requerido da Bomba O NPSH requerido de uma bomba representa a energia mínima necessária, em termos absolutos, que o líquido deve ter no flange de sucção da bomba, para garantir adequadas condições de sucção. Sua representação gráfica é a seguinte:

Figura 20 - Exemplo de curva de vazão x NPSHr Fonte: XAVIER, Emilio A. Tecnologia de bombas centrífugas  –  seleção e aplicação PIRACICABA: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda., 2009. 372p. 30

1.5.5. Apresentação Típica das Curvas Características de Bombas Centrífugas Denomina-se curva de performance de uma bomba centrífuga ao conjunto de gráficos que apresenta as curvas características vistas anteriormente. Mesmo para a grande quantidade de fabricantes no mercado, não são significativas as diferenças entre as formas de representar essas curvas. A figura 21 abaixo representam duas curvas de performance bastantes usuais.

Figura 21 - Exemplo de curva característica Fonte: SILVA, Jairo Torres da; IVO, Lúcio Antonio Moreira; OLIVEIRA, Paulo Soares de; PELLEGRINO, Sérgio Lins. BOMBAS centrífugas passo a passo. 3.ed. SALVADOR: Turbotech engenharia Ltda., 1999. 356p.

OBS.: Para bombeamento de fluidos com viscosidades diferentes da água fria, é necessário a correção destas curvas para esta nova condição de trabalho

1.6. Potência consumida pela bomba

31

É a potência que a bomba recebe do acionador (motor elétrico, turbina etc.) para o bombeamento do líquido nas condições exigidas de vazão e pressão.

1.6.1. Potência Hidráulica O trabalho útil realizado por uma bomba centrífuga é naturalmente o produto do peso do líquido deslocado pela altura manométrica desenvolvida. Se considerarmos este trabalho na unidade de tempo, temos a potência hidráulica, que é expressa pela fórmula:

Equação 3 - Potência hidráulica Fonte: XAVIER, Emilio A. Tecnologia de bombas centrífugas  –  seleção e aplicação PIRACICABA: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda., 2009. 372p.

Ph → potência hidráulica, em CV γ → peso específico do fluido, em kgf/dm³ Q → vazão, em m³/h H → altura manométrica, em m 270 → fator de conversão

1.6.2. Potência Consumida pela Bomba Para calcularmos a potência consumida pela bomba, basta utilizarmos o valor do rendimento da bomba, pois a potência hidráulica, também chamada de potência

útil, é menor que a potência consumida, uma vez que existem perdas na bomba, conforme será visto no próximo item. Então, temos:

 P  

 Ph  



 P  

  . H .Q  

Equação 4 - Potência útil da bomba Fonte: XAVIER, Emilio A. Tecnologia de bombas centrífugas  –  seleção e aplicação PIRACICABA: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda., 2009. 372p.

32

 Analogamente ao tratamento dispensado à potência hidráulica, podemos escrever a seguinte fórmula:

Equação 5 - Potência consumida pela bomba Fonte: XAVIER, Emilio A. Tecnologia de bombas centrífugas  –  seleção e aplicação PIRACICABA: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda., 2009. 372p.

P → potência consumida pela bomba, em CV

γ → peso específico do fluido, em kgf/dm³ Q → vazão, em m³/h H → altura manométrica, em m

η → rendimento, lido na curva de performance da bomba 270 → fator de conversão

1.7. PERDAS E RENDIMENTOS Em uma bomba centrífuga ocorrem três tipos de perdas, que são:



Perdas Mecânicas: Jm → mancais, vedações do eixo e atrito nas laterais do rotor



Perdas Hidráulicas: Jh → atrito, choques e turbulência dentro do rotor e na voluta/difusor



Perdas Volumétricas:

Jv

→

recirculação pelos anéis de desgaste e

vazamentos pela vedação do eixo  A figura esquemática abaixo mostra os locais onde essas perdas ocorrem:

33

Figura 22 - Exemplo de perdas localizadas Fonte: SILVA, Jairo Torres da; IVO, Lúcio Antonio Moreira; OLIVEIRA, Paulo Soares de; PELLEGRINO, Sérgio Lins. BOMBAS centrífugas passo a passo. 3.ed. SALVADOR: Turbotech engenharia Ltda., 1999. 356p.

Logo, podemos definir três tipos de rendimentos para a bomba, que são:



Rendimento Mecânico : ηm

→

leva em consideração as perdas

mecânicas; 

Rendimento Hidráulico: ηh

→

leva em consideração as perdas

hidráulicas; 

Rendimento Volumétrico : ηv → leva em consideração as perdas volumétricas.

Portanto, o Rendimento Total ( tot) da bomba, ou simplesmente Rendimento da bomba, para fins de cálculo da sua potência consumida, é composto da seguinte forma: tot=

m.

h.

v

Equação 6 - Rendimento total Fonte: SILVA, Jairo Torres da; IVO, Lúcio Antonio Moreira; OLIVEIRA, Paulo Soares de; PELLEGRINO, Sérgio Lins. BOMBAS centrífugas passo a passo. 3.ed. SALVADOR: Turbotech engenharia Ltda., 1999. 356p.

E como já vimos: 34

Equação 7 - Rendimento da bomba Fonte: XAVIER, Emilio A. Tecnologia de bombas centrífugas  –  seleção e aplicação PIRACICABA: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda., 2009. 372p.

1.8. PONTO DE TRABALHO Se plotarmos a curva do sistema no mesmo gráfico onde estão as curvas características da bomba, obteremos o Ponto de Trabalho na intersecção da curva HxQ da bomba com a curva do sistema, conforme mostra a figura abaixo.

Figura 23 - Curva do sistema x curva da bomba Fonte: XAVIER, Emilio A. Tecnologia de bombas centrífugas  –  seleção e aplicação PIRACICABA: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda., 2009. 372p.

 A curva acima mostra que esta bomba teria com Ponto de Trabalho: 

Vazão (Qt)



Altura manométrica (Ht)



Potência consumida (Pt)



Rendimento no ponto de trabalho (ηt)

1.8.1. Ponto de Melhor Rendimento 35

Uma bomba centrífuga tem seus componentes projetados para apenas uma determinada vazão, numa determinada rotação. Todo dimensionamento dos canais internos e ângulos das pás é feito para essa condição única, que é aquela onde as perdas internas são mínimas e consequentemente o rendimento (eficiência) é máximo. Esta condição é facilmente identificada na curva de performance da bomba (ver figura a seguir), cujos valores de altura manométrica e vazão no rendimento máximo definem o Ponto de Melhor Rendimento ou Ponto Ótimo de operação, ou ainda Ponto de Projeto da bomba. Observar que este ponto se encontra na curva HxQ referente ao rotor de diâmetro máximo, que é o rotor de projeto da bomba.

Figura 24 - Exemplo do ponto de melhor rendimento Fonte: SILVA, Jairo Torres da; IVO, Lúcio Antonio Moreira; OLIVEIRA, Paulo Soares de; PELLEGRINO, Sérgio Lins. BOMBAS centrífugas passo a passo. 3.ed. SALVADOR: Turbotech engenharia Ltda., 1999. 356p.

1.8.2. Fatores que Modificam o Ponto de Trabalho Existem diversas maneiras de modificar o ponto de trabalho da bomba, deslocando o ponto de intersecção das curvas da bomba e do sistema. Estas maneiras consistem em modificar a curva do sistema ou a curva da bomba ou ambas.

36

1.8.3. Alteração do ponto de trabalho atuando na bomba Existem duas formas mais usuais de modificar a curva característica de uma bomba, que são: variação da rotação e alteração do diâmetro do rotor da bomba. a) Variação do diâmetro da bomba:

Figura 25 - Exemplo de alteração do diâmentro do rotor Fonte: XAVIER, Emilio A. Tecnologia de bombas centrífugas  –  seleção e aplicação PIRACICABA: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda., 2009. 372p.

b) Variação da rotação do rotor da bomba:

Figura 26 - Exemplo de mudança de rotação Fonte: XAVIER, Emilio A. Tecnologia de bombas centrífugas  –  seleção e aplicação PIRACICABA: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda., 2009. 372p.

1.8.4. Alteração do ponto de trabalho atuando no sistema 37

Os fatores que modificam a curva do sistema. Alguns desses fatores, listados abaixo, alteram substancialmente o sistema e não seria propriamente uma variação no ponto de trabalho do sistema anterior e sim de um novo sistema que tem um outro ponto de trabalho. 

Alteração do líquido bombeado;



Mudança no diâmetro das tubulações;



Inclusão ou exclusão de acessórios nas tubulações;



Modificação do lay-out das tubulações.

Logo, na prática, a alteração do ponto de trabalho a partir da modificação da curva do sistema pode ser feita somente de três maneiras, a saber: Variação na parcela estática da Altura Manométrica Total do sistema (H estático); a) Fechamento ou abertura de válvulas (de bloqueio ou controle) na linha de descarga; b) Incrustações nas tubulações ou acúmulo de sujeira nos filtros: como também há um aumento da perda de carga, produz um efeito igual ao fechamento de válvulas, reduzindo a vazão e aumentando a altura manométrica fornecida pela bomba. a) Variação na parcela estática da Altura Manométrica Total do sistema ( H estático):

Figura 27 - Variação na parcela estática da Altura Manométrica Total do sistema 38

Fonte: SILVA, Jairo Torres da; IVO, Lúcio Antonio Moreira; OLIVEIRA, Paulo Soares de; PELLEGRINO, Sérgio Lins. BOMBAS centrífugas passo a passo. 3.ed. SALVADOR: Turbotech engenharia Ltda., 1999. 356p.

b) Fechamento ou abertura de válvulas (de bloqueio ou controle) na linha de descarga:

Figura 28 - Exemplo de fechamento/abertura fe chamento/abertura de válvulas Fonte: SILVA, Jairo Torres da; IVO, Lúcio Antonio Moreira; OLIVEIRA, Paulo Soares de; PELLEGRINO, Sérgio Lins. BOMBAS centrífugas passo a passo. 3.ed. SALVADOR: Turbotech engenharia Ltda., 1999. 356p.

1.9. Efeito da mudança de rotação nas curvas características Existe uma proporcionalidade entre os valores de vazão (Q), altura manométrica (H) e potência consumida (P) com a rotação. Assim sendo, sempre que alteramos a rotação de uma bomba haverá, em conseqüência, alteração nas curvas características, sendo a correção para a nova rotação feita a partir das seguintes equações: a) A vazão vazão é proporcional à rotação: rotação:

39

Equação 8 - Vazão proporcional à rotação Fonte: XAVIER, Emilio A. Tecnologia de bombas centrífugas  –  seleção e aplicação PIRACICABA: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda., 2009. 372p.

Q → vazão na rotação conhecida

Q1 → vazão na nova rotação N → rotação conhecida

N1 → nova rotação b) A altura manométrica manométrica varia com o quadrado quadrado da rotação: rotação:

Equação 9 - Altura manométrica varia com o quadrado da rotação Fonte: XAVIER, Emilio A. Tecnologia de bombas centrífugas  –  seleção e aplicação PIRACICABA: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda., 2009. 372p.

H → altura manométrica na rotação conhecida

H1 → altura manométrica na nova rotação N → rotação conhecida

N1 → nova rotação c) A potência consumida consumida varia varia com o cubo da rotação:

Equação 10 - Potência varia ao cubo da rotação Fonte: XAVIER, Emilio A. Tecnologia de bombas centrífugas  –  seleção e aplicação PIRACICABA: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda., 2009. 372p.

P → potência na rotação conhecida

P1 → potência na nova rotaç ão N → rotação conhecida 40

N1 → nova rotação d) O NPSH requerido requerido varia com com o quadrado quadrado da rotação: rotação:

Equação 11 - NPSHr varia ao quadrado da rotação Fonte: XAVIER, Emilio A. Tecnologia de bombas centrífugas  –  seleção e aplicação PIRACICABA: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda., 2009. 372p.

NPSHR → NPSH requerido na rotação conhecida NPSHR1 → NPSH requerido na nova rotação N → rotação conhecida

N1 → nova rotação Ou seja:

Equação 12 - Variação da Vazão - Altura - Potência Fonte: XAVIER, Emilio A. Tecnologia de bombas centrífugas  –  seleção e aplicação PIRACICABA: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda., 2009. 372p.

 Assim sendo, sempre que alterarmos a rotação deve ser feita a correção das curvas características através das relações anteriormente apresentadas para a determinação do novo ponto de trabalho. As relações vistas anteriormente também são chamadas de leis de semelhança ou leis de similaridade.

1.9.1. Efeito da variação do diâmetro do rotor nas curvas características características Se reduzirmos o diâmetro de um rotor de fluxo radial de uma bomba, mantendo a mesma rotação, a curva característica da bomba se altera aproximadamente de acordo com as seguintes equações:

41

Equação 13 - Variação da vazão em função da redução do diâmetro do rotor  Fonte: XAVIER, Emilio A. Tecnologia de bombas centrífugas  – seleção e aplicação PIRACICABA: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda., 2009. 372p.

Q → vazão no diâmetro conhecido

Q1 → vazão no novo diâmetro D → diâmetro conhecido

D1 → novo diâmetro

Equação 14 - Variação da altura monométrica em função da redução do diâmetro do rotor Fonte: XAVIER, Emilio A. Tecnologia de bombas centrífugas  –  seleção e aplicação PIRACICABA: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda., 2009. 372p.

H → altura manométrica no diâmetro conhecido

H1 → altura manométrica no novo diâmetro D → diâmetro conhecido

D1 → novo diâmetro

Equação 15 - Variação da potência em função da redução do diâmetro do rotor Fonte: XAVIER, Emilio A. Tecnologia de bombas centrífugas  –  seleção e aplicação PIRACICABA: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda., 2009. 372p.

P → potência no diâmetro  do rotor conhecido

P1 → potência no novo diâmetro D → diâmetro do rotor conhecido

D1 → novo diâmetro do rotor

42

O procedimento para levantamento das curvas características para um novo diâmetro, em função das curvas características fornecidas pelo fabricante para o diâmetro original, é análogo ao levantamento das curvas feito para variação da rotação, como visto no item anterior. De uma forma geral, a redução máxima permitida é de cerca de 20% do diâmetro original. Esta redução é aproximada, visto que existem rotores que podem ser reduzidos em um percentual maior, enquanto que outros não permitem redução além de pequenas margens, sem sofrer efeitos adversos. Na realidade, estas reduções só são permitidas em bombas centrífugas de fluxo radial; nas bombas de fluxo misto e, principalmente, nas axiais, a diminuição do diâmetro do rotor pode alterar substancialmente o projeto original, devido à variações nos ângulos e projeto das pás. 1.10.

VEL OCID A DE ESPE CÍFICA

É fato conhecido que bombas centrífugas geometricamente semelhantes possuem características de desempenho semelhantes. Para propiciar uma base de comparação entre os vários tipos de bombas centrífugas, desenvolveu-se um fator que relaciona os três principais fatores característicos do desempenho de uma bomba, ou seja, a vazão, a altura manométrica e a rotação. Esse fator foi denominado de velocidade específica ou rotação específica.  A velocidade específica é um índice numérico adimensional, expresso matematicamente através da seguinte fórmula:

Equação 16 - Velocidade específica ou rotação específica Fonte: XAVIER, Emilio A. Tecnologia de bombas centrífugas  –  seleção e aplicação PIRACICABA: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda., 2009. 372p.

nq → velocidade específica (adimensional) N → rotação (RPM) Q → vazão (m3/s) H → altura manométrica (m) 43

Considerações importantes: a) Em bombas com rotores de dupla sucção, dividir a vazão por dois para entrar na fórmula; b) Em bombas multiestágio, dividir a altura manométrica total (H) pelo número de estágios; c) Sempre que nos referirmos à velocidade específica, estamos nos referindo ao ponto de melhor eficiência da bomba (ponto de projeto);

1.10.1.

Aplicações da Velocidade Específica

 A velocidade específica tem sido amplamente usada pelos fabricantes e usuários de bombas em função da importância prática de suas três aplicações básicas: 

A primeira aplicação permite determinar o tipo de rotor e o rendimento máximo de acordo com as condições operacionais (obs: esta aplicação é a de maior interesse para usuários de bombas centrífugas);



A segunda permite, em função dos resultados existentes para bombas similares, determinar: a) a geometria básica do rotor, conhecidas as características de desempenho desejadas (Q e H) e a rotação (N); b) o desempenho aproximado da bomba, conhecidas as características geométricas do rotor;



A terceira permite determinar a rotação máxima que uma bomba pode operar em condições satisfatórias em função do tipo de bomba e de características do sistema.

44

Figura 29 - Série de bombas geometricamente semelhantes admitindo a mesma velocidade específica Fonte: XAVIER, Emilio A. Tecnologia de bombas centrífugas  –  seleção e aplicação PIRACICABA: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda., 2009. 372p.

Conforme mencionado, o conhecimento das condições operacionais da bomba (Q, H, N) permite o cálculo da velocidade específica e, em função desta, determinar o tipo de rotor e o rendimento máximo esperado. Isto é possível através da utilização da figura abaixo e que apresenta valores médios de rendimentos obtidos por um grande número de bombas comerciais em função da velocidade específica e da vazão.

45

Figura 30 - Tipos de rotores x velocidade específica Fonte: XAVIER, Emilio A. Tecnologia de bombas centrífugas  –  seleção e aplicação PIRACICABA: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda., 2009. 372p.

2. ATIVIDADES PROGRAMADAS DO ESTÁGIO Como dito anteriormente, o foco principal do estágio é o estudo hidráulico de bombas centrífugas e para tal, é essencial conhecer os procedimentos internos utilizados para a realização do teste de performance, bem como as diversas normas quem contemplam as tolerâncias e índices aceitáveis. Dentre elas destacam-se:



BRN 069 – Vibração;



Folha de dados de cada equipamento: elaborado pelo departamento de vendas da ELOS&PPR e atendendo as exigências do cliente, considerando o principal documento;



BRN 223  –  Critérios de aceitação para testes de performance de bombas centrífugas;



ISO 9906 (1992) – Rotodynamic pumps;



API 610 8ª Edição (1995)  –  Centrifugal pump for petroleum, heavy duty chemical and gás industry services; 46



ANSI / HI 1.6 (2000) – Centrifugal pumps for general;



ABNT MB-1032 (1989)  –  Bombas Hidráulicas de fluxo  –  Ensaios de desempenho e de cavitação;



PETROBRAS NI-0553 (Rev. C)  –  Centrifugal Pumps for general refinery service

2.1. Montagem e desmontagem de bombas  A fim de familiarização com as partes da bomba, bem como a maneira correta para se montar e desmontar uma bomba, foi programado para o estagiário, a permanência no setor de montagem de bombas “Standard”. Utilizando os EPI ’s adequados, realizou, acompanhado por profissionais do setor em questão, todas as etapas de montagem, aprendendo os cuidados que se deve tomar durante estes processo como, por exemplo, a limpeza das peças, a medição do diâmetro do rotor, inspeção visual dos componentes etc. Também foi ensinado a fazer a medição do “passeio” axial, ou folga axial do conjunto. Cada projeto tem uma folga, a qual é normalizada em função do tipo, do tamanho e da aplicação da bomba. Os modelos de bombas utilizados para o exercício foram os seguintes: BEN, BES, e acompanhamento de alinhamento da bomba BST/BSH

Figura 31 - Exemplo de montagem de bomba centrífuga Fonte: Elos & PPR Bombas e Válvulas Ltda  – “Catalogo geral” - 2010 47

2.2. Acompanhamento de testes de performance  Acompanhamento diário junto ao setor industrial responsável pela execução dos testes de performance dos equipamentos. O teste de performance é executado num circuito aberto (loop) ou fechado, utilizando água limpa na temperatura entre 15° a 40°C, para o levantamento das curvas da bomba  A escolha do circuito depende das características geométricas da bomba (posição da sucção, recalque e acionamento), diâmetro das tubulações, potência, vazão e pressão. São levantadas, no mínimo, 5 pontos da curva, sendo fixados o de vazão nula (shut-off), vazão mínima, intermediário, o ponto de operação e o de vazão máxima. Fixando-se a nos pontos selecionados, faz-se a leitura das seguintes grandezas:   Q=vazão;

 

Ps=pressão de sucção;



Pd=pressão de descarga;



BHP=potência consumida;

  n=rotação



Os dados são coletados manualmente através dos instrumentos utilizados e inseridos em uma planilha para a realização dos devidos cálculos gerando o levantamento da curva real da bomba. O teste é considerado aprovado quando atender as tolerâncias indicadas na norma adotada para o teste, a qual é especificada no PQ (Plano da Qualidade) e previamente estabelecida no contrato de compra e deve estar de acordo com as condições de operação indicadas na folha de dados do equipamento. Todos os resultados são registrados no protocolo de performance, o qual fará para da documentação do equipamento. Para exemplificar, analisaremos passo a passo um caso especifico realizado: 

Modelo do equipamento: BSH 150-500



Vazão nominal: 200 m³/h



Vazão min. contínua: 70 m³/h



Altura manométrica total: 90m



Altura manométrica de “ shut-off ”:  100m 48



Eficiência (rendimento): 65%



Diâmetro do rotor: 445mm



Densidade do fluído a ser bombeado: 703 kgf/m³



Temperatura máxima de operação: 35°C



Rotação: 1775 rpm



Potência consumida (BHP): 53,02Kw (72,08cv)



Pressão de sucção: -0,08 kgf/cm²

 A curva característica, neste caso, foi levantada após funcionamento de 1 hora (conforme “PQ”), e no protocolo de teste de performance gerado constam

dados do teste, incluindo altura manométrica, vazão, potência e vibração, em 5(cinco) pontos especificados: Ponto1: Vazão Q1= 0 m³/h e altura manométrica de “shut -off ”: H1= 100 m; Ponto2: Vazão mínima contínua Q 2= 70 m³/h; Ponto3: Intervalo entre a vazão mínima e ponto de trabalho Q 3= 140 m³/h; Ponto4: Vazão nominal Q 4= 200 m³/h e altura manométrica H 4= 90 m; Ponto5: Vazão máxima ou 120% do “BEP”  ou Qótimo Q5= 240 m³/h; Conforme norma de fabricação API 610 8ª Edição as tolerâncias para o teste de performance são:

Figura 32 - Tolerância para o teste de performance Fonte: API 610 8 th Edition, August 1995  – Centrifugal Pumps for Petroleum, Heavy Duty Chemical and Gas Industry Services

49

Os valores de vazão e altura manométrica medidos no ponto 4 e no “shut -off”  deverão compreender-se nos intervalos indicados abaixo, para que o resultado do teste seja considerado aprovado. Ponto1:

Vazão Q1= 0 m³/h  Altura manométrica de “ shut-off ”: H1= 90 até 110 m;

Ponto4:

Vazão Q4= 196 até 210 m³/h  Altura manométrica: H4= 88,2 até 94,5 m;

Os resultados obtidos, conforme protocolo de performance (Anexo C), foram:

Ponto1: Vazão Q1= 0 m³/h e “shut - off ”: H1= 101,87 m; Ponto2: Vazão Q2= 76,52 m³/h e altura manométrica: H 2= 99,06 m; Ponto3: Vazão Q3= 142,4 m³/h e altura manométrica: H 3= 96,74 m;

Ponto4: Vazão Q4= 206,58 m³/h e altura manométrica: H4= 91,51 m; Ponto5: Vazão Q5= 245,28 m³/h e altura manométrica: H 5= 88,26 m; Conclui-se que o equipamento em referência foi aprovado nesta etapa, pois os valores obtidos encontram-se dentro das faixas de t olerâncias especificadas.  Além do teste de performance, foram realizados os teste de nível de ruído, vibração e elevação de temperatura, os quais não são detalhados nesse trabalho.  As fotos a seguir ilustram o teste de performance realizado na bancada de testes da ELOS & PPR:

50

Figura 33 - Bomba BSH 150-500 em funcionamento Fonte: Elos & PPR Bombas e Válvulas Ltda  – “Relatório de teste de performance” - 2010

Figura 34 - Leitura da rotação Fonte: Elos & PPR Bombas e Válvulas Ltda  – “Relatório de teste de performance” - 2010

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Figura 35 - Leitura da vazão Fonte: Elos & PPR Bombas e Válvulas Ltda  – “Relatório de teste de performance” - 2010

Figura 36 - Leitura da altura manométrica Fonte: Elos & PPR Bombas e Válvulas Ltda  – “Relatório de teste de performance” - 2010

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Figura 37 - Medição do nível de ruído Fonte: Elos & PPR Bombas e Válvulas Ltda  – “Relatório de teste de performance” - 2010

Figura 38 - Medição da temperatura do mancais Fonte: Elos & PPR Bombas e Válvulas Ltda  – “Relatório de teste de performance” - 2010

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REFERÊNCIAS  ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. NBR 6023: informação e documentação / referências / elaboração. Rio de Janeiro, 2002. XAVIER, Emilio A. Tecnologia de bombas centrífugas  –  seleção e aplicação PIRACICABA: ELOS & PPR Bombas e Válvulas Ltda., 2009. 372p. SILVA, Jairo Torres da; IVO, Lúcio Antonio Moreira; OLIVEIRA, Paulo Soares de; PELLEGRINO, Sérgio Lins. BOMBAS centrífugas passo a passo 3ª Ed. SALVADOR: Turbotech engenharia Ltda., 1999. 356p. MACINTYRE, Archibald Joseph. Bombas e instalações de bombeamento. 2ª Ed. RIO DE JANEIRO: LTC, 1997. 782p.

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ANEXOS  ANEXO A – Folha de dados bomba centrífuga  ANEXO B – Curva característica  ANEXO C – Relatório de teste de performance

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Figura 39 - Anexo A (Folha de dados da bomba centrífuga) Fonte: Elos & PPR Bombas e Válvulas Ltda  – “Relatório de teste de performance” - 2010 58

Figura 40 - Anexo B (Curva característica) Fonte: Elos & PPR Bombas e Válvulas Ltda  – “Relatório de teste de performance” - 2010

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