Bombas - Operador de Processos Químicos - SENAI

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Operador de processos
químicos
Bombas
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Bombas
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Sumário
Bombas 5
Associação 17
Controle 19
Bombas
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Bombas
Dá-se o nome de bombas às máquinas que têm por finalidade movimentar e aumentar
a pressão de fluidos incompreensíveis (líquidos).
Classificação
Classificam-se em bombas de deslocamento positivo e centrífugas.
Bombas de deslocamento positivo
Alternativas
São usadas para sistemas que exigem alta pressão e pequena capacidade, líquidos
viscosos e dosagem de produtos químicos.
As alternativas podem ser:
• De pistão
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As bombas de pistão possuem anéis de vedação no próprio pistão.
Exemplo
Uma bomba simples tem somente um cilindro. Uma bomba duplex tem dois cilindros,
ambos ligados ao mesmo acionador.
• De êmbolo
Nas bombas de êmbolo os anéis de vedação ficam no cilindro. Essas bombas podem
ser classificadas em bombas de simples ou duplo efeito.
Uma bomba de simples efeito é definida com a que desloca o líquido durante a metade
do ciclo, enquanto que uma de duplo efeito bombeia o líquido durante as duas
metades de ciclo, na ida e na volta do pistão.
As bombas alternativas podem ser medidas por turbina ou motor elétrico. Podem ser
classificadas também pelo número de cilindros operados por um mesmo acionador.
Nas bombas alternativas, a entrada e a saída do líquido é controlada por válvulas, que
são movidas pela pressão diferencial, criada, quando o pistão se move para frente ou
para trás. As válvulas que controlam a entrada são chamadas válvulas de sucção, e as
que controlam a saída são chamadas válvulas de descarga.
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Quando o pistão se move de um lado para o outro do cilindro, ele causa um vácuo
parcial num lado e uma pressão positiva do outro, quando for de dupla ação. O vácuo
parcial criado num lado faz abrir a válvula de sucção correspondente e, quando a
pressão excede à de descarga, abre-se a válvula de descarga, esvaziando o líquido
contido no cilindro. Devido ao movimento do pistão para frente e para trás, o fluxo de
líquido é intermitente ou pulsante.
Bombas com diafragma
Um tipo especial de bombas alternativas são as bombas com diafragma, usadas para
bombear fluidos muito corrosivos.
Neste caso, o pistão comprime o diafragma, que entra em contato com o líquido e
excede a ação de bombeamento.
Rotativas
Este tipo de bomba não tem válvula de entrada e saída, como nas bombas
alternativas; simplesmente aprisiona uma quantidade de fluido na entrada e a descarga
na saída.
As bombas rotativas podem bombear quase todos os líquidos não-corrosivos.
São muito utilizadas no bombeamento de líquidos viscosos.
Estas bombas podem manter uma quantidade de líquido praticamente constante,
contra qualquer pressão dentro dos limites do projeto da bomba.
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Rotativas de engrenagem
São bombas rotativas mais simples.
Princípio de funcionamento de bombas de engrenagens externas.
Rotativa de lóbulos
São bombas de funcionamento semelhante ao da bomba de engrenagem, podendo ter
dois ou mais lóbulos.
Nota
Existem vários outros tipos de bombas rotativas, específicas para cada caso.
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Dosadoras
Quando queremos medir ou controlar uma vazão pequena com precisão, usamos as
chamadas bombas dosadoras.
São em geral, bombas de deslocamento positivo, que têm uma regulagem de vazão
bombeada.
Os tipos mais comuns são as de êmbolo e as de diafragma.
Partidas de bombas alternativas e rotativas
Nestas bombas, a pressão de descarga, caso a válvula de descarga esteja fechada, é
sempre crescente e pode atingir valores tão altos a ponto de danificar a tubulação ou a
própria bomba.
Para que isto seja evitado existe uma válvula de alívio na descarga dessas bombas.
Essas válvulas são reguladas para evitar que se atinjam pressões acima de
determinado valor, considerando limite de pressão aceitável para a instalação.
Observação
As bombas alternativas e algumas rotativas requerem sempre que a válvula de
descarga esteja aberta quando da partida.
Bombas centrífugas
São as mais usadas na indústria petroquímica.
Princípio de funcionamento
Uma maneira simples de explicar a bomba centrífuga é a seguinte:
Quando giramos um balde contendo água acima de uma certa velocidade, a água não
cai. A força que mantém a água no balde é a força centrífuga. Nas bombas centrífugas
usamos esta força para bombear o líquido.
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Imagine o rotor da bomba em repouso dentro d�água. É a mesma coisa que o balde
parado.
Comece agora a girar o rotor.
A água começará a sair por entre as lâminas do rotor (chamadas palhetas), da mesma
maneira que sairia do fundo do balde, se este fosse furado.
A força que faz sair a água é a força centrífuga, de onde vem o nome dessas bombas.
Então, enquanto o impelidor manda para fora o líquido, no centro do rotor forma-se
uma zona de menor pressão, onde ligamos a canalização de sucção da bomba.
Para que o líquido saia na direção desejada, colocamos à direita, uma guia que dirige
o líquido.
Na parte de saída do líquido
temos a voluta, onde a seção
vai aumentando e o líquido vai
perdendo velocidade e
aumentando sua pressão.
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Existem bombas centrífugas com o difusor, peça que auxilia a ação da voluta e serve
também para dirigir o fluxo fluido para a saída.
Partes de uma bomba centrífuga
Rotor
Existem três tipos principais:
1) Totalmente fechado:
Usado para aplicação onde se deseja a alta pressão.
2) Semi-fechado:
Usado em operações gerais.
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3) Aberto:
Usado para baixas pressões, para líquidos com sólidos em suspensão e pequenas
vazões.
Geralmente, as palhetas do rotor são viradas para trás.
Os rotores podem ser feitos de vários materiais, conforme o líquido bombeado.
Voluta
Pode ser construída de uma variedade de metais, podendo inclusive ser recoberta do
mesmo material do rotor, quando este for recoberto de borracha, vidro ou plástico.
Eixo
É a peça responsável pela transmissão da potência do acionador para o rotor; deve ser
feito de material resistente à corrosão.
Caixa de gaxeta e selo mecânico
O sucesso de qualquer instalação de bombeamento, muitas vezes, depende da
seleção adequada da unidade de selagem, para prevenir vazamento do líquido que
está sendo bombeado, através das aberturas entre o eixo e o corpo da bomba.
Instala-se a unidade de vedação onde o eixo entra no corpo da bomba.
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Comumente se emprega a caixa de gaxeta para câmara de vedação. Ela consta de
gaxetas fixadas ao eixo para sobreposta e pela bucha, respectivamente, no lado de
fora e de dentro do corpo da bomba. O aperto das gaxetas é dado pela sobreposta.
Se tivermos a bomba operando com líquido quente que dissolve o lubrificante das
gaxetas, empregamos um selo líquido, o líquido de selagem. O líquido de selagem
protege a flexibilidade das gaxetas.
Quando usamos líquidos de selagem, colocamos no centro das gaxetas um anel,
chamado anel de lanterna. O anel de lanterna é o guia do líquido de selagem.
O líquido de selagem, além da vedação, lubrifica e refrigera as gaxetas. O próprio
líquido que está sendo bombeado pode servir como líquido de selagem. Quando isto
não é possível usa-se um líquido de composição semelhante à do líquido em
bombeamento.
A pressão do líquido de selagem deve ser maior do que a pressão de secção da
bomba.
Quando há necessidade de uma vedação melhor do que a conseguida por uma caixa
de gaxeta, usa-se o chamado selo mecânico.
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O selo mecânico é fundamentalmente constituído de dois anéis polidos, mantidos em
contato por um sistema de molas. Um dos anéis gira com o eixo, sendo preso a este
por um anel de borracha.
A face polida deste anel é posta em contato com a face polida de um anel fixo de
carvão, através do sistema de molas. Oanel de carvão fica solidário ao corpo da
bomba. A vedação é feita pelo contato íntimo das superfícies polidas.
Observação
Quando usamos uma caixa de gaxeta como elemento vedante, não se pode apertá-la
em demasia. É necessário que haja um pequeno vazamento de líquido para lubrificar e
resfriar as gaxetas.
Em bombas que trabalham com líquidos à temperatura abaixo da temperatura de
solidificação da água, costuma-se usar sistema de selos mecânicos duplos, de
maneira que o selo mecânico interno não entre em contato com o ar ambiente. Isto
evita a formação de cristais de gelo no selo interno.
Também é empregado um sistema anti-congelante o qual se constitui da circulação de
um produto com características anti-congelantes, através do selo. O produto anti-
congelante mais comumente empregado é o Metanol (H5C2-OH).
As unidades de processamento que se utilizam desse meio devem dispor de um
sistema de armazenagem.
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Mancal
Os mancais suportam o conjunto eixo-rotor. Conforme o tipo de bomba centrífuga,
varia o número e o tipo de mancal.
O mancal mais comum é o mancal de rolamento, lubrificado a óleo ou graxa. O óleo
lubrificante fica geralmente num depósito situado abaixo do mancal. A distribuição do
lubrificante no rolamento pode ser feita por um anel de lubrificação, ou por uma bomba
auxiliar.
Características
A bomba centrífuga é uma unidade versátil na área de processos, pois é de fácil
controle e fluxo contínuo. Apresenta as seguintes características:
a) Pode operar em grande faixa de vazão, de pressão e com fluidos de características
diferentes;
b) É facilmente acoplada diretamente aos acionadores;
c) Ocupa pequeno espaço;
d) É de custo relativamente baixo;
e) Difícil obter vazões baixas com pressões moderadas e altas;
f) Imprime turbulência ao fluido.
Curva característica
Dá-se o nome de �head� à altura que uma bomba centrífuga eleva qualquer líquido,
quando a pressão onde o fluido é descarregado e não houver perda de energia na
canalização, para uma dada vazão.
A não variação de �head� com o líquido está limitada a líquidos com viscosidades
superiores a 50 centipoise. Para líquidos com viscosidades superiores a 50 centipoise,
a perda de carga no interior da bomba torna-se apreciável, variando então a �head�
com o líquido.
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Apesar de não haver variação do �head�, a pressão de descarga da bomba é tanto
maior quanto for a densidade do líquido. A energia a ser fornecida ao fluido é também,
tanto maior quanto for a densidade do líquido. Esta energia é fornecida pelo acionador.
Temos uma curva característica para cada rotação da bomba.
As bombas são projetadas para uma determinada rotação e um determinado �head�.
Nestas condições a eficiência é máxima.
Eficiência é a relação entre a potência fornecida pela bomba ao fluido e a potência
fornecida pelo acionador à bomba.
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Associação
Associação em paralelo
Usada em instalações onde a vazão varia numa faixa grande. Uma só bomba grande
seria suficiente para a vazão máxima, mas ineficiente para pequenas vazões. Nesta
situação o melhor é associar duas bombas em paralelo.
• As pressões de descarga continuam praticamente as mesmas;
• As capacidades somam-se.
Associação em série
Algumas vezes é vantajoso, economicamente, usar duas ou mais bombas em série.
A pressão de descarga da primeira bomba é a pressão de sucção da segunda.
Assim consegue-se uma maior pressão na descarga embora a vazão seja a mesma
que a da menor das bombas associadas.
As tendências são as seguintes:
• As capacidades permanecem as mesmas;
• As pressões somam-se.
Cavitação
Numa bomba centrífuga, se a pressão de sucção é deficiente, aparece o fenômeno de
cavitação.
Assim, num ponto qualquer do rotor, geralmente na entrada, existindo baixa pressão,
pode haver formação de bolhas de gás.
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Essas bolhas provêm da vaporização do líquido ao encontrar uma região de pressão
inferior à sua pressão de vapor. Mais à frente, no rotor, a pressão se eleva e as bolhas
se condensam. Denomina-se cavitação ao fenômeno da vaporização e condensação
sucessiva.
O rotor pode ser danificado por efeito de cavitação. A cavitação é evitada com
enchimento total da bomba e uma pressão de sucção adequada, que dê uma margem
de segurança sobre a pressão de vapor do líquido. A esta margem de pressão dá-se o
nome de NPSH (Net Positive Head) ou CPS (Carga Positiva de Sucção).
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Controle
Variação da rotação
É um método fácil de controlar uma bomba se o acionador for uma turbina, pois, a
rotação de uma turbina, pode ser variada numa faixa grande de rotação.
Estrangulamento na descarga
Este é um método mais usual por ser mais simples. É feito por meio de maior ou
menor abertura na válvula de descarga da bomba.
Resfriamento
É feito um resfriamento do mancal e de outras partes possivelmente afetadas pela
temperatura, quando a bomba trabalha com líquido quente. O resfriamento é feito por
meio de camisas de resfriamento.
Normalmente, o fluido de resfriamento é a água. Essa água deve ser tratada para
evitar depósitos e corrosão.
Tipo monobloco
O motor vem acoplado diretamente na bomba, por isso, dispensa alinhamento.
Com mancal de apoio
Normalmente, são bombas maiores e pesadas. O desacoplamento das partes, motor,
mancal, redutos (se houver) e bombas, torna mais fácil a sua manutenção. Estas
bombas requerem perfeito alinhamento.
Instalação
Na instalação destas bombas, uma lavagem com água a 83º deve ser providenciada;
pois no armazenamento uma solução aquosa com agente antioxidante foi introduzido
na bomba para protegê-la contra a ferrugem.
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A bomba deve ser instalada o mais próximo possível da origem do líquido, de modo
que a linha de sucção seja curta e direta.
As fundações devem ser firmes e rígidas, suportando e absorvendo ao máximo as
vibrações do equipamento. É importante também que as fundações estejam niveladas.
O alinhamento do equipamento deve ser rigorosamente verificado e se houver
desalinhamento entre a luva de acoplamento, bomba e motor, este deve ser corrigido.
O desalinhamento é a causa mais comum de ruído excessivo e vibrações.
Feitas as fundações, montadas as unidades e verificados os alinhamentos, conecta-se
a tubulação de sucção e recalque da bomba.
A abertura de sucção deve ser inferior ao diâmetro da tubulação da sucção.
Isto ajuda a evitar a formação de bolhas de ar no interior da bomba. Um filtro ou um
ralo deve ser colocado para evitar a entrada de corpos estranhos na linha de sucção
da bomba.
Quando a bomba é instalada acima do nível do líquido, uma válvula de pé deve ser
colocada acima do filtro, a fim de propiciar a escorva da bomba. A válvula de pé,
facilitará na escorva manual da bomba.
Uma válvula de retenção instalada na linha de descarga da bomba evitará que o rotor
gire ao contrário, devido ao retorno do líquido, depois de a bomba ser desligada.
Nas bombas que trabalharão com líquidos quentes ou que serão acionadas, por
exemplo, por turbinas a vapor, uma nova inspeção de alinhamento deve ser feita
quando a bomba e o acionador estiverem trabalhando nas temperaturas máximas de
operação.
Operação
Uma bomba centrífuga deve ter sempre o corpo e a tubulação de sucção
completamente cheios do líquido que se vai bombear, para entrar em funcionamento.
O líquido, ao entrar no interior da bomba também elimina o ar, os gases e os vapores,
que porventura estejam em seu interior. A presença de gases ou vapores no corpo da
bomba afeta as condições de sucção, acarretando a chamada cavitação.
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De forma alguma a bomba deve partir vazia. Se for necessário, é feita então a escorva
da bomba. Para promover a escorva devemos considerar duas situações.
Nível do líquido �abaixo� da bomba
Neste caso, a bomba e a linha de sucção devem ser enchidas. Se a linha de sucção
for equipada com um dispositivo auxiliar, chamado válvula de pé, a escorva poderá ser
feita enchendo-se manualmente a bomba e a linha.
Se a bomba precisar ser escorvada com muita freqüência, deveráexistir nas
proximidades uma fonte de abastecimento de líquido e uma ligação permanente entre
a fonte e a bomba. No topo da carcaça da bomba, existe uma abertura rosqueada
(plug), denominada �vent� ou respiradouro. Quando a bomba e a linha estão sendo
enchidas, este �plug�, desde que desconectado, permite a saída dos gases, vapores e
ar. Ao encher a bomba, o líquido começará a vazar pelo �vent�. Neste ponto, é hora de
recolocar o �plug�.
Se a escorva for muito freqüente, no lugar do �plug� coloca-se uma válvula de bloqueio
comum.
Nível do líquido �acima� da bomba ou bomba afogada
Estando a bomba centrífuga numa posição mais abaixo do nível da fonte abastecedora
do líquido, a escorva pode ser feita pela ação da gravidade e da seguinte maneira:
• Abre-se o �vent� da carcaça e a válvula de sucção. Ao começar o vazamento do
líquido pela abertura, fecha-se o �vent� (respiradouro).
Seqüência operacional de partida
a) Verificar drenos e �vents�, se abertos devem ser fechados;
b) Alinhar água de refrigeração para selo e mancais (se houver);
c) Alinhar sucção lentamente, pressurizando;
d) Verificar o óleo e o sistema de lubrificação;
e) Ventar a bomba, expulsando os gases;
f) Partir (ligar acionador);
g) Alinhar descarga lentamente.
Quando a bomba estiver em funcionamento, observar se há aquecimento no selo,
deficiência na refrigeração, vibração, ruído estranho e aspecto do óleo.
Um vazamento mínimo deve ser tolerado (10 a 20 gotas por minuto) para lubrificação
do engaxetamento. O vazamento da caixa de gaxeta é controlado pelo ajuste da
sobrecarga.
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Seqüência operacional de parada
a) Fechar válvulas de descarga;
b) Desligar o acionador;
c) Fechar válvula de sucção;
d) Abrir �vent� (respiradouro).
Obedecida esta seqüência, não é necessário reescorvar a bomba para reiniciar
operação. Porém, se houver evaporação ou vazamento do líquido, nova escorva deve
ser providenciada.
Em qualquer situação, nunca devemos partir uma bomba sem verificar a escorva.
Também não devemos permitir que uma bomba funcione por mais de 1 a 2 minutos
com a descarga fechada, pois, isto irá causar superaquecimento da bomba.
A bomba centrífuga nunca deve ser regulada por estrangulamento da sucção, ou seja,
a sucção deve estar sempre totalmente aberta.
Particularidades de operação
a) A vibração pode ser problema de alinhamento ou rolamento;
b) Ao se receber uma bomba da manutenção elétrica, deve-se verificar o seu sentido
de rotação;
c) Antes de partirmos uma bomba de espera (bomba paralela), quando o fluxo for
quente, devemos aquecê-la. O aquecimento deve ser feito com drenos e �vents�
abertos.
Uma vez aquecido, fecham-se os drenos e �vents� e equaliza-se a pressão para
evitar variações no processo. Depois, abre-se a válvula de descarga.
Digamos que na sucção da bomba tenha líquido parado. Se o líquido do processo
for quente, então este líquido estará frio e se ligarmos a bomba sem drenar este
líquido mais frio, a mistura dos dois provocará uma queda de temperatura na
corrente do processo.
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Para evitar este problema, a sucção e a descarga devem estar fechadas e o dreno
da bomba deve estar aberto. Se necessário, posteriormente, fecha-se o dreno,
alinha-se sucção e promove-se o aquecimento da bomba com o �vent� aberto.
Uma vez aquecida, fecha-se o �vent�. Para evitar que varie a pressão no processo,
deve-se equalizar as pressões. Isto é conseguido, abrindo-se lentamente a válvula
de descarga. Lembramos ainda que a variação na pressão, causa variação na
vazão, temperatura e, às vezes, até a perda de especificação do produto;
d) Ao colocarmos em operação uma bomba de produtos criogênicos, a mesma deve
ser resfriada, pois do contrário o produto se evapora e não é bombeado. É feita a
drenagem por uma linha especial de recuperação do produto. O resfriamento
requer muito tempo.
46.42.51.485-4
Operador de processos químicos
Tubulações, válvulas, conexões e acessórios
Trocador de calor
Transferência de fluidos
Tanques de armazenagem
Bombas
Escoamento de fluidos
Instrumentação industrial
Caldeiras
Operações nas caldeiras
Fornos
Lubrificação industrial
Destilação