selos mecanicos_estudo mestrado
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8/12/2019 Selos Mecanicos_estudo Mestrado
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UNIVERSIDADE DE TAUBATVdson Lopes de Souza
Estudo tcnico-econmico da substituiode gaxetas por selos mecnicos em bombas
centrfugas
Taubat - SP2009
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Vdson Lopes de Souza
Estudo tcnico-econmico da substituiode gaxetas por selos mecnicos em bombas
centrfugas
Dissertao apresentada para ob-
teno do certificado de ttulo deMestre pelo curso de Mestrado Pro-fissional em Engenharia Mecnicado Departamento de EngenhariaMecnica da Universidade de Tau-bat.rea de concentrao: SistemasEnergticos e AmbientaisOrientador: Prof Jos Rui Camargo
Taubat - SP2009
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Vdson Lopes de Souza
Estudo tcnico-econmico da substituio de gaxetas por selos mecni-cos em bombas centrfugas
Dissertao apresentada para obteno docertificado de ttulo de Mestre pelo cursode Mestrado Profissional em EngenhariaMecnica do Departamento de EngenhariaMecnica da Universidade de Taubat.rea de concentrao: Sistemas Energti-cos e AmbientaisOrientador: Prof Dr. Jos Rui Camargo
Data: 05/10/2009Resultado: Aprovado
BANCA EXAMINADORA
Prof Dr. Jos Rui Camargo UNITAU Universidade de Taubat
Assinatura: ______________________________________________________
Prof Dr. Carlos Alberto Chaves UNITAU Universidade de Taubat
Assinatura: ______________________________________________________
Prof Dr. Carlos Daniel Ebinuma UNESP Universidade Est. de So Paulo
Assinatura: ______________________________________________________
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Dedico este trabalho minha me e meu pai que sempre me apoia-ram, e s minhas lindas e maravilhosas filhas Ivana e Isadora, mi-nhas fontes de inspirao e motivao.
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AGRADECIMENTOS
Ao Prof Dr. Jos Rui Camargo, pela orientao, sabedoria e paci-ncia.
Sabesp que disponibilizou vasto material e condies para de-senvolvimento da pesquisa.
Burgmann do Brasil que deu suporte para desenvolvimento doestudo.
Unitau pela oportunidade de desenvolvimento acadmico com o
programa de mestrado profissional.
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RESUMO
Estudo tcnico-econmico da substituio de gaxetas por selos mec-
nicos em bombas centrfugas.
As bombas centrfugas com vedaes base de gaxetas possuem uma
boa eficincia, porm impem ao sistema de bombeamento, perdas do produto
recalcado. Estas so variveis que norteiam fatores relacionados s condies
fsicas do equipamento, como por exemplo, o desgaste excessivo das buchas,
falta da regulagem adequada e at mesmo o porte das bombas. O objetivo
principal desta pesquisa foi identificar e quantificar os vazamentos provenientes
das vedaes das bombas centrfugas que operam em regime permanente epropor a substituio do sistema de vedao com gaxetas por slos mecnicos
com maior eficincia, na Estao Elevatria de gua Tratada de Itaquera per-
tencente empresa SABESP Companhia de Saneamento Bsico do Estado
de So Paulo, localizada na Avenida Virgnia Ferne, n 1036 - Itaquera, na ci-
dade de So Paulo. Pde-se observar com os resultados, que o investimento
totalmente amortizado a partir do 4 ano de operao do selo mecnico, bem
como a economia com os vazamentos de gua e energia eltrica. O novo dis-
positivo mostrou-se eficaz na questo de implantao e manuteno, sendoque cabe um investimento inicial a ser disponibilizado pela empresa interessa-
da.
Palavras chave: bombas centrfugas; gaxetas, selos mecnicos;
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ABSTRACT
Technical and economic study of replacement gaskets for mechanical
seals in centrifugal pumps.
The centrifugal pumps with sealing based on gaskets have a good efficien-
cy, but, impose to the pumping system, losses of product to be pumped. These
ones, are variables that guide related factors to physical condition of equip-
ments, for example, exceeding wearing of the sleeves (wad), and a lack of a
proper adjustment and even the pumps size. The main objective of this re-search was to identify and quantify the leakages originated from the sealing of
centrifugal pumps which operates in permanent regime, at Lifting Station
treated Water of Itaquera, belonging to the company SABESP - Companhia de
Saneamento Bsico do Estado de So Paulo, located at Avenida Virgnia
Ferne, n 1036 - Itaquera, city of So Paulo. We could find out with the results,
that the investment is totally amortized from the 4th year of mechanical sealing
operation, as well as the economy with the leakages of water and electrical
energy. The new device has shown efficiency in implementation and mainten-
ance, and an investment should be made by an interested company due to its
efficiency.
Key-words: centrifugal pumps; gaskets, mechanicals seals;
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Sumrio1 Introduo ..................................................................................................01
2 Revises da literatura ................................................................................02
2.1 Histrico do desenvolvimento dos sistemas de bombeamento ............02
2.2 Caractersticas das gaxetas e slos mecnicos ...................................18
2.2.1 Gaxetas ...........................................................................................18
2.2.1.1 Seleo de gaxetas ...................................................................20
2.2.1.2 Substituio de gaxetas ............................................................22
2.2.2 Slos Mecnicos .............................................................................24
2.2.2.1 Vedao principal .....................................................................24
2.2.2.2 Vedao secundria .................................................................25
2.2.2.3 Uso do Slo Mecnico ..............................................................26
2.2.2.4 Vantagens do Slo Mecnico ...................................................27
2.3 Deteces de falhas em bombas centrfugas ........................................28
2.3.1 Disfunes na suco ......................................................................29
2.3.2 Disfunes na instalao .................................................................30
2.3.3 Disfunes mecnicas .....................................................................31
3 Metodologia ...............................................................................................33
3.1 Caractersticas das instalaes ............................................................33
3.2 Quantificaes de vazamentos ............................................................34
3.3 Dados do projeto ..................................................................................38
4 Resultados e discusses ...........................................................................41
5 Concluses ................................................................................................51
6 Referncias ...............................................................................................52
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1 - Introduo
O objetivo principal desta pesquisa identificar e quantificar os vaza-
mentos provenientes das vedaes das bombas centrfugas que operam em
regime permanente, na Estao Elevatria de gua Tratada de Itaquera perten-cente empresa SABESP Companhia de Saneamento Bsico do Estado de
So Paulo, localizada na Avenida Virgnia Ferne, n 1036 - Itaquera, na cidade
de So Paulo. E, por meio do estudo tcnico-econmico, considerando tambm
fatores sociais e ambientais atuais, propor a substituio do elemento vedante
adotado com gaxeta por dispositivo de slos mecnicos apropriados para elimi-
nao dos vazamentos de gua tratada pelo sistema de vedao.
O estudo tcnico-econmico diz respeito avaliao comparativa de
utilizao de vedao das bombas com gaxeta e slo mecnico, mostrando ascondies de materiais e mtodos para cada um dos casos, fornecendo suporte
para deciso da melhor aplicao.
Ainda neste trabalho cientfico foram identificados valores numricos
referentes aos gastos de gua durante o funcionamento de bombas centrfugas
na Estao Elevatria de gua Tratada da empresa Sabesp Itaquera. Uma
vez que os valores foram determinados, pesquisaram-se solues para minimi-
zar ou banir o desperdcio de gua que ocorre durante o funcionamento das
bombas.
Dentro deste contexto, houve avaliao tcnica-econmica para substi-
tuio do sistema de vedao e refrigerao do eixo das bombas atravs de
gaxetas por sistemas com selos mecnicos em bombas centrfugas da Estao
Elevatria de gua tratada da Sabesp.
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2 - Revises da Literatura
2.1 Histrico do desenvolvimento dos sistemas de bombeamento
Segundo Macintyre (1987), os primeiros dispositivos implementados
para a soluo dos problemas relacionados ao deslocamento dos lquidos fo-
ram a Nora Chinesa, um engenhoso dispositivo constitudo por roda dotada de
caamba para levar a gua a canais de irrigao e, o sistema de correntes e
caambas com a qual, 3000 a.C, no poo de Josephus, no Cairo, a gua era
retirada de um poo construdo com duas plataformas com quase 100 metros
de profundidade.A cidade de Knossos, na ilha de Creta, foi inicialmente habitada depois
de 6000 a.C. e por volta de 3000 a.C. era a maior cidade da regio. Por volta
de 1700 1450 a.C. a cidade estava em seu apogeu e desenvolveu um siste-
ma de transporte de gua que utilizava condutos circulares e distribuam gua
para a cidade e para o palcio em tubulaes pressurizadas. Estes, possivel-
mente os primeiros tubos utilizados j que outras civilizaes apenas se utiliza-
vam canais superficiais, conforme Tsutiya (2005).
Arquimedes (287-212 a.C.) inventou a primitiva bomba de parafuso e
Ctesibus (270 a.C.) props a bomba de mbolo, dois inventos de origem grega.
Ao longo dos sculos surgiram outros tipos de bombas e os aperfeioamentos
de acordo com as necessidades operacionais, progresso industrial, melhoria
das condies de sade e conforto, que esto totalmente ligados ao progresso
da cincia e tecnologia das mquinas destinadas ao deslocamento dos lquidos
por escoamento forado, que so as bombas. Nesta evoluo chegou-se a-
plicao das gaxetas, como elemento vedante e refrigerador do eixo principal
das mesmas.
Para Macintyre (1987), bombas so mquinas geratrizes cuja finalidade
realizar o deslocamento de um lquido por escoamento. Sendo esta uma m-
quina geratriz, transforma o trabalho mecnico que recebe para seu funciona-
mento em energia, que comunicada ao lquido sob as formas de energia cin-
tica e presso. Estes equipamentos tambm so denominados de mquinas
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operatrizes hidrulicas, porque realizam um trabalho til especfico ao desloca-
rem um lquido.
Conforme Tsutiya (2005), bombas cinticas so aquelas que fornecem
energia gua, sob forma de energia de velocidade. Essa energia converte-se
dentro da bomba em energia de presso, permitindo que a gua atinja posi-es mais elevadas dentro de uma tubulao.
Segundo Oliveira e Gonalves (1999), a perda de gua tratada pelas
gaxetas das bombas considerada desperdcio relevante para o sistema de
abastecimento de gua e, os valores mais significativos so os vazamentos
pelas linhas de aduo dos sistemas.
De acordo com Silva e Gonalves (2003), no contexto da crescente pro-
blemtica da gua, solues em diferentes nveis tm sido adotadas no Brasil e
no mundo. O uso racional da gua um assunto avaliado em diversos estudos,segundo uma abordagem sistemtica das atividades a serem implantadas nas
questes de reduo dos desperdcios de gua.
Conforme Tsutiya (2005), as estaes elevatrias so partes essenciais
dos sistemas de abastecimento de gua, sendo utilizadas na captao, adu-
o, tratamento e distribuio de gua. E o desenvolvimento das tecnologias
dos equipamentos eletro-mecnicos nelas empregados, vem permitindo o em-
prego cada vez mais generalizado das estaes elevatrias, para solucionar os
variados problemas de transporte de gua. Os principais componentes das es-
taes elevatrias so a casa de bombas, as bombas, motores e painis eltri-
cos, vlvulas e tubulaes de suco e recalque, conforme figura 01.
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Figura 1: Componentes da estao: bombas, motores, vlvulas e tubulaes (Sabesp, 2008)
Para Tsutiya (2005), as bombas centrfugas com vedaes a base de
gaxeta possuem uma boa eficincia, porm impem ao sistema de bombea-
mento, perdas do produto recalcado. Estas so variveis que norteiam fatores
relacionados s condies fsicas do equipamento, como por exemplo, o des-
gaste excessivo das buchas, falta da regulagem adequada e at mesmo o por-
te das bombas. A importncia desta pesquisa cientfica deu-se pelo fato das
empresas de saneamento ambiental e empresas de forma geral, necessitarem
reduzir as perdas durante o processo. Considera ainda que as bombas centr-
fugas com vedaes a base de gaxeta possuem uma boa eficincia, porm
impem ao sistema de bombeamento, perdas do produto recalcado. Estas so
variveis que norteiam fatores relacionados s condies fsicas do equipa-
mento, como por exemplo, o desgaste excessivo das buchas, falta da regula-
gem adequada e at mesmo o porte das bombas. A identificao da importn-
cia desta pesquisa cientfica deu-se pelo fato das empresas de saneamento
ambiental e empresas de forma geral, necessitem reduzir as perdas durante o
processo.
Conforme Passeto e Frison (2008), o abastecimento de gua tratada
para a populao atendida pela SABESP Companhia de Saneamento Bsico
do Estado de So Paulo efetuada por meio de centros de reservao de
grande capacidade, que abastecem as zonas baixas das localidades por gravi-
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dade. Ocorre que, nas zonas altas onde os centros de reservao no atendem
as cotas altimtricas necessrias, preciso um sistema de elevao do produto
para cotas mais altas, para que haja possibilidade de suprir todos os setores
populacionais, inclusive industriais. Este sistema de elevao de gua com-
posto por uma Estao Elevatria constituda por conjuntos moto-bomba deportes variados, para bombeamento do fluido at as cotas necessrias, s ve-
zes para torres e em outras vezes diretamente para as linhas de distribuio
populao. Muitos destes conjuntos moto-bomba possuem o sistema de veda-
o e refrigerao dos eixos atravs de gaxetas, propiciando vazamentos e
perdas do produto durante o processo.
Para Tsutiya (2005), as gaxetas so elementos mecnicos utilizados para
impedir a passagem de um fluxo de fluido de um local para outro, de forma total
ou parcial. Os materiais usados na fabricao de gaxetas so: algodo, juta,asbesto (amianto), nylon, teflon, borracha, alumnio, lato e cobre. A esses ma-
teriais so aglutinados outros, tais como: leo, sebo, graxa, silicone, grafite,
mica, entre outros. A funo destes ltimos materiais que so aglutinados s
gaxetas torn-las autolubrificadas.
Em algumas situaes, o fluxo de fluido no deve ser totalmente veda-
do, pois existe a necessidade de passagem mnima de fluido com a finalidade
de auxiliar a lubrificao entre o eixo rotativo e a prpria gaxeta. A este tipo de
propriedade d-se o nome de restringimento que aplicado, por exemplo,
quando se trabalha com bomba centrfuga de alta velocidade. Nesse tipo de
bomba, o calor gerado pelo atrito entre a gaxeta e o eixo rotativo muito ele-
vado e por este motivo, o mecanismo exige uma sada controlada de fluido pa-
ra minimizar o possvel desgaste.
A caixa de gaxeta mais simples apresenta um cilindro oco onde ficam
alojados vrios anis de gaxeta, pressionados por uma pea chamada sobre-
posta. A funo dessa pea manter a gaxeta alojada entre a caixa e o eixo,
sob presso conveniente para o trabalho.
De acordo com Passeto e Frison (2008), durante a execuo das manu-
tenes eletromecnicas preventivas existem procedimentos e instrues de
trabalho para execuo das regulagens das sobrepostas e gaxetas das bom-
bas, porm, mesmo com este procedimento, ainda nota-se a perda de lquido
por estes sistemas de vedao e refrigerao, considerados de certa relevn-
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A figura 3 mostra detalhamento em corte da bomba centrfuga bi-
partida marca KSB, modelo RDL, com os cdigos de peas para montagem.
Figura 3: Bomba centrfuga bi-partida em corte (KSB, 2008)
A Tabela 1 mostra a lista de peas e componentes para montagem da
bomba centrfuga.
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Tabela 1: Relao detalhada das peas bomba centrfuga bi-partida (KSB, 2008)
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Figura 5: Mancais da bomba centrfuga bi-partida (KSB, 2008)
. Rotores: so os componentes da bomba que possuem a funo de
transferir para a massa lquida, o movimento de rotao, convertendo a energia
mecnica em energia cintica. Podem ser classificados quanto admisso do
lquido (simples suco e dupla suco), quanto s paredes (aberto, semi-
aberto e fechado) e quanto direo de sada do lquido (fluxo axial, fluxo radi-
al e fluxo misto), conforme figura 6.
Figura 6: Rotor de bomba centrfuga bi-partida (KSB, 2008)
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.Vedao: A caixa de gaxeta tem a funo de impedir vazamento onde
o eixo atravessa a carcaa. Se a presso do lquido bombeado no interior da
caixa de gaxeta for maior que a presso atmosfrica, sua funo evitar que o
lquido vaze para fora da bomba. Se a presso no interior for menor que a
presso atmosfrica, sua funo evitar a entrada de ar para dentro da bom-ba. A vedao entre a carcaa e o eixo, pode ser feita com gaxeta, conforme
figura 7 ou com selo mecnico.
Figura 7: Sistema de selagem (KSB, 2008)
Para o funcionamento de uma bomba centrfuga, segundo Macintyre
(1987), necessrio preencher a mesma com lquido a ser bombeado, antes
da partida, o que se denomina escorva1. Existem bombas que so auto-
aspirante ou auto-escorvante.
De acordo com Macintyre (1987), quando se inicia o movimento do rotore o lquido contido nos canais formados pelas ps, a fora centrfuga cria uma
zona de maior presso na periferia do rotor e uma de baixa presso na sua
1Devido s folgas entre rotor e coletor e o restante da carcaa, no pode haver a expulso do ar no interi-
or da bomba e tubo de aspirao, de modo a ser criada uma rarefao com a qual a presso, atuando nolquido do reservatrio de aspirao, venha a ocupar o espao vazio deixado pelo ar expelido e a bomba
possa funcionar.
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fixas sua velocidade nula. Assim, aparece o gradiente de velocidade que
responsvel pela fora de resistncia de atrito do fluido.
De acordo com Pfleiderer e Petermann (1979), as principais perdas que
ocorrem dentro das mquinas de fluxo so devido ao atrito, s variaes de
seo e de velocidade, que em geral reduzem a presso e so denominadasperdas hidrulicas. Alm destas, existem as perdas por fuga de fluido que no
influem na presso ou tem uma influncia de menor importncia. A estas per-
tencem, primeiramente, as perdas no labirinto, que ocorrem devido existncia
de um interstcio entre o rotor e a carcaa, denominado labirinto, que neces-
srio por razes construtivas e atravs do qual uma parte do meio de trabalho
flui para o tubo de suco, evitando o rotor. Alm destas, existe usualmente
uma perda de fluido atravs da gaxeta, conforme figura 8.
Figura 8: Vista do sistema de engaxetamento e preme-gaxeta (SABESP, 2008)
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A figura 10 mostra a simulao de assentamento da gaxeta no eixo.
Figura 10: Amostra de gaxeta (Burgmann do Brasil, 2008)
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Figura 12: Formatos e aplicaes de gaxetas (Ferraz, 2008)
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2.2.1.1 - Seleo da gaxeta
A escolha da gaxeta adequada para cada tipo de trabalho deve ser
feita com base em dados fornecidos pelos catlogos dos fabricantes. No entan-
to, os seguintes dados devem ser levados em considerao (Ferraz, 2008):
Material utilizado na confeco da gaxeta: existem vrios tipos de mate-
riais disponveis a nvel de mercado, como em grafite, teflon, borracha,
algodo, borracha, borracha sinttica, feltro, espuma, couro, flourpolme-
ro, etc.
Dimenses da caixa de gaxeta: so de acordo com o sistema de vedao
utilizado e tamanho do equipamento a ser vedado;
Fluido lquido ou gasoso bombeado pela mquina: existem gaxetas apro-
priadas para cada tipo de gs e de acordo tambm com o tipo de lquido
a ser bombeado ou vedado;
Temperatura e presso dentro da caixa de gaxeta: estas condies so
primordiais para seleo da gaxeta, levando em considerao a aplicabi-
lidade de cada tipo de gaxeta;
Tipo de movimento da bomba (rotativo/alternativo): alternativo um mo-
vimentodo equipamento entre dois pontos e seguindo uma seqncia al-
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ternativa e o movimento rotativo quando se tem um eixo girando den-
tro de uma cmara onde contm um lquido que deve ser vedado;
Material utilizado na construo do eixo ou da haste: deve ser de acordo
com o tipo de servio e exposio a ser efetuada. As buchas podem ser
de bronze, lato, etc.;
Ciclos de trabalho da mquina: as gaxetas so selecionadas conforme
rotao do equipamento devido questo de temperatura, contato ao ei-
xo, etc.;
Condies especiais da bomba: alta ou baixa temperatura; local de tra-
balho (submerso ou no); meio (cido, bsico, salino) a que se encontra
exposta.
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2.2.1.2 - Substituio da gaxeta
A gaxeta deve ser removida com um par de saca-gaxeta, conforme
figura 13, com tamanho adequado, conforme figura 03. O interior da caixa degaxeta deve ser bem limpo. O grau de limpeza poder ser verificado com o au-
xlio de um espelho ou lmpada, caso seja necessrio.
Figura 13: Ferramentas para substituio das gaxetas (Ferraz, 2008)
Caso no exista uma gaxeta padronizada, deve-se substitu-la por uma
em forma de corda, tomando cuidado em seu corte e montagem. O corte deve-r ser a 45 para que haja uma vedao. A gaxeta dever ser montada escalo-
nadamente para que no ocorra uma coincidncia dos cortes ou emendas, evi-
tando assim possveis vazamentos, conforme mostra a figura 14.
Figura 14: Formas de corte e montagem de gaxetas (Ferraz, 2008)
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A figura 15 mostra os possveis defeitos e falhas na utilizao dos ele-
mentos de vedao denominados de gaxetas, bem como suas possveis cau-
sas e origens, conforme Omel (2009).
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Figura 15: Falhas ou defeitos de gaxetas (Omel, 2009)
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2.2.2.2 - Vedao Secundria
A vedao secundria, aplicada sede e ao anel de selagem, pode ser
feita por meio de vrios anis com perfis diferentes, tais como: junta, aneloring, anel V, cunha, fole, etc., conforme Ferraz (2008).
A figura 17 mostra detalhamento dos componentes de um slo me-
cnico, conforme corte da bomba centrfuga, indicando suas vedaes secun-
drias, conformao de cunhas e foles, posicionamento de anis O rings.
Figura 17: Vedaes secundrias (Omel, 2009)
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2.2.2.3 - Uso do Slo Mecnico
Os selos mecnicos so utilizados com vantagens em relao s gaxe-
tas, pois no permitem vazamentos e podem trabalhar sob grandes velocida-des e em temperaturas e presses elevadas, sem apresentarem desgastes
considerveis. Eles permitem a vedao de produtos txicos e inflamveis,
conforme Ferraz (2008).
A figura 18 mostra exemplos de slos mecnicos em corte, componen-
tes de montagem e posies de ajustes.
Figura 18: Slo Mecnico em corte (Ferraz, 2008)
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2.2.2.4 - Vantagens do Slo Mecnico
Conforme Ferraz (2008), o selo mecnico usado em equipamentos degrande importncia como bombas de transporte em refinarias de petrleo,
bombas de lama bruta nos tratamentos de gua e esgoto, bombas de submer-
so em construes, bombas de fbricas de bebidas, em usinas termoeltricas
e nucleares, bombas de produtos qumicos, etc.
As vantagens de utilizao do slo mecnico so:
Reduz o atrito entre o eixo da bomba e o elemento de vedao reduzindo,
conseqentemente, a perda de potncia.
Elimina o desgaste prematuro do eixo e da bucha. A vazo ou fuga do produto em operao mnima ou imperceptvel.
Permite operar fluidos txicos, corrosivos ou inflamveis com segurana.
Tem capacidade de absorver o jogo e a deflexo normais do eixo rotativo.
Para Shiels (2002), freqentemente as falhas apresentadas nos compo-
nentes dos slos mecnicos so detectadas em inspees visuais. Isto pode
ocorrer devido existncia de cavitao anterior ou ao mesmo tempo da falha
destes dispositivos.
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2.3 - Deteces de Falhas em Bombas Centrfugas
A figura 19 mostra os provveis sintomas e possveis causas de problemas
nas falhas detectadas em bombas centrfugas, que so as disfunes na suc-
o, na instalao e mecnicas, de acordo com Omel (2009).
SINTOMAS CAUSAS POSSVEIS DO PROBLEMA
A bomba no bombeia 1,2,3,4,6,11,14,16,17,22,48
A capacidade no suficiente 2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,14,17,20,22,29,30,31,48
A altura manomtrica no suficiente 5,14,16,17,20,22,30,31
A bomba perde o escorvamento aps a parti-
da2,3,5,6,7,8,11,12,13
A potncia absorvida excessiva 15,16,17,18,19,20,26,27,33,34,37,48,49
O vazamento pelo preme-gaxeta excessivo 13,26,32,34,35,36,38,39,40,49
As gaxetas se desgastam com excessiva
rapidez
12,13,26,28,32,33,34,35,36,37,38,39,40,49
O selo mecnico se desgasta com excessiva
rapidez15,16,17,23,24,25,26,27,28,34,35,36,38,40,41
A bomba vibra ou muito barulhenta2,3,4,9,10,11,21,26,27,28,30,35,36,41,42,43,
44,45, 46,47,48,49,50
A vida dos rolamentos muito curta 26,27,28,35,36,41,42,43,44,45,46,47,49
A bomba sobreaquece ou engripa 1,4,21,22,27,28,35,36,41,49
Figura 19: Sintomas e possveis causas dos problemas em bombas centrfugas (Omel, 2009)
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2.3.1 - Disfunes na Suco
Segundo Omel (2009), as disfunes na suco ocorrem quando:
1- A bomba no est escorvada.
2- A bomba ou a linha de suco no esto completamente cheias de lqui-
do.
3- A altura de suco elevada demais.
4- NPSH Net Positive Suction Head(altura livre positiva de suco) in-
suficiente.
5- O lquido contm demasiado ar ou gases dissolvidos.
6- Existem bolsas de ar na linha de aspirao.
7- A linha de suco no estanque e permite entradas de ar.
8- Existem entradas de ar na bomba atravs do preme-gaxeta.
9- A vlvula de p na linha est sub-dimensionada.
10- A vlvula de p est parcialmente obstruda.
11- A submergncia na linha de suco insuficiente.
12- A linha de flushingest obstruda.
13- A posio do anel de lanterna no pacote de gaxeta est errada.
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2.3.2 - Disfunes na instalao
Segundo Omel (2009), as disfunes na instalao ocorrem quando:
14- A velocidade de rotao muito baixa.
15- A velocidade de rotao muito elevada.
16- O sentido de rotao est errado.
17- A altura manomtrica requerida na instalao superior aquela da
bomba.
18- A altura manomtrica requerida na instalao inferior aquela da bom-
ba.
19- O peso especfico do fluido bombeado diferente do previsto.
20- A viscosidade do fluido bombeado diferente do previsto.
21- O ponto de operao da bomba com uma capacidade muito pequena.
22- A bomba no apropriada para trabalhar em paralelo.
23- O material no adequado para o lquido bombeado.
24- A temperatura do lquido muito elevada.
25-A quantidade ou a presso do lquido de flushingso insuficientes.
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2.3.3 - Disfunes mecnicas
Segundo Omel (2009), as disfunes mecnicas ocorrem quando:
26- O eixo est torto.
27- As partes mveis atritam com as partes fixas.
28- Os rolamentos esto com desgastes.
29- Os anis de desgaste esto gastos.
30- O rotor est danificado.
31- As juntas do corpo esto com defeito e permitem vazamentos internos.
32- O eixo ou a luva do eixo esto com desgaste na rea de atuao das
gaxetas.
33- O eixo ou a luva do eixo esto com desgaste na rea de atuao do s-
lo mecnico.
34- O tipo de slo mecnico ou gaxeta no so adequados s condies de
funcionamento.
35- O eixo gira fora do centro devido ao desalinhamento do suporte de ro-
lamentos ou por desgaste dos rolamentos.
36- A parte rotativa est desbalanceada e causa vibraes.
37- O preme-gaxeta est muito apertado causando insuficincia de fluxo delquido nas gaxetas.
38- Falta de fluido de resfriamento na caixa de gaxetas.
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39- A folga excessiva entre o fim da caixa de gaxetas e o eixo provoca a
penetrao da gaxeta no interior da bomba.
40- Desgaste do eixo da luva de proteo provocada por lquido de flushing
sujo e com suspenses.
41- Cargas excessivas causadas pela quebra do selo mecnico ou do dis-
positivo de equilbrio hidrulico (se existir).
42- Temperatura dos rolamentos causada por excesso de leo ou graxa.
43- Falta de lubrificao.
44- Instalao errada ou tipo inadequado de rolamento (ou danos ocorridos
durante a montagem).
45- Rolamentos sujos.
46- Rolamentos enferrujados devido presena de gua no interior do su-
porte de rolamentos.
47- Resfriamento excessivo do suporte de rolamentos com conseqente
condensao de umidade no seu interior.
48- Corpos estranhos no interior do rotor.
49- Desalinhamentos.
50- Fundaes no rgidas.
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gaxetas so instaladas sobre buchas de desgaste, que com o tempo de utiliza-
o, vo se desgastando, onde ocorrem os maiores ndices de vazamentos. A
soluo a troca destas buchas para diminuio desta perda imposta ao sis-
tema. Considerando que, a soluo definitiva seria a troca destes dispositivos
por selos mecnicos, cujos custos de instalao e manuteno so bem maiselevados.
3.2 Quantificaes dos vazamentos
A funo da gaxeta executar a vedao do eixo e carcaa da bomba,
em relao ao meio externo, refrigerando o eixo. Neste instante ocorre a perda
do produto a ser recalcado. A proporo desta perda foi quantificada e contro-
lada atravs de medies peridicas com pessoal orientado e treinado, condu-zindo de forma padronizada a atividade de medio. Decidiu-se manter a
mesma pessoa com o objetivo de manter esta padronizao das medies.
Com provetas de polietileno graduada at 250 ml e 500 ml, marca Biomatic e
um cronmetro digital profissional, marca Toppa modelo Sports Timer, execu-
tou-se as medies por grupo e quantificamos a perda geral do sistema, con-
forme figuras 20, 21, 22 e 23. Sendo que existe uma tubulao de PVC DN
na sada do dreno de cada bomba interligadas a uma tubulao coletora princi-
pal de PVC DN 2, que direciona o lquido coletado a um poo de dimenses
quadrada 1200 mm e 1500 mm de profundidade. Neste poo, existe um ac-
mulo de gua, proveniente deste descarte, que aps chegar ao nvel mximo,
ocorre o acionamento eltrico com bias de nvel e painel de comando, ligando
as bombas de dreno para execuo de recalque da gua para nveis superio-
res. Atualmente, esta gua descartada na rede de galerias de guas pluviais,
no sendo aproveitada para quaisquer fins.
A efetuao das medies de vazamentos foi concretizada durante as
atividades de manuteno preventiva mensais, que ocorrem conforme progra-
mao e determinao do Sistema de Gerenciamento de Manuteno SGM,
dentro dos perodos estipulados.
Para o processamento e quantificao dos vazamentos, realizaram-se
todas as medies durante os meses de janeiro de 2008 a dezembro de 2008,
conforme orientao e mantendo a mesma metodologia, ou seja, utilizando a
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proveta graduada de 250 ml, colocando-a na sada da descarga de gua das
gaxetas, concomitantemente ao acionamento do cronmetro. O interrompi-
mento da contagem de tempo se deu quando o nvel da gua na proveta apon-
tava na escala graduada o valor mximo de 250 ml. Aps, realizavam-se os
clculos de converso de vazo em mililitros por minuto e posteriormente, aofinal do ciclo de medies, para litros por ano, favorecendo clculos e melhor
visualizao, conforme tabela 2. Ainda nesta figura, demonstraram-se as quan-
tificaes dos vazamentos de gua pelas gaxetas, onde se considerou ml (mili-
litros) por min. (minuto).
Tabela 2: Quantificao dos vazamentos pelas gaxetas (Sabesp, 2008)
110
90
90
110
80
120
110
90
90
110
100
100
100
Na figura 20, mostra-se a metodologia de medio dos vazamentos
de gua provenientes das gaxetas, com utilizao da proveta graduada e cro-
nmetro e oficial de Manuteno.
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Figura 20: Medio de vazamento proveniente da gaxeta (Sabesp, 2008)
Na figura 21, mostra-se a proveta de polietileno graduada at 250 ml.
Figura 21: Proveta graduada 250 ml (Sabesp, 2008)
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A figura 22 mostra o cronmetro marca Toppa, modelo Sports Timer,
utilizado na medio em questo.
Figura 22: Cronmetro utilizado nas medies (Sabesp, 2008)
Na figura 23, demonstra-se a metodologia de medio de vazamentos
das gaxetas, com proveta graduada, cronmetro e profissional orientado e trei-
nado.
Figura 23: Viso geral da medio de vazamento de gua pelas gaxetas (Sabesp, 2008)
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3.3 Dados considerados para o projeto
Avaliou-se tambm a viabilidade tcnica e econmica para a instalao
do sistema, em relao adequao, instalao e manuteno dos dispositivos
de selos mecnicos nas referidas bombas centrfugas da Estao Elevatria degua Tratada de Itaquera.
Dados do projeto e condies operacionais:
-Local: EEA Itaquera;
-Bomba centrfuga marca KSB, modelo RDL 300-340;
-Rotao: 1704 RPM;-Fluido bombeado: gua potvel;
-Temperatura: 25 C;
-Presso de suco: 0,6 Bar;
-Presso de recalque: 4,8 Bar;
Clculo do investimento:
Para aplicao de gaxetas, considerou-se (KSB, 2008):
-Custos das gaxetas: R$ 150,00;
-Luva em ao carbono: R$ 740,88;
-Mo-de-obra: R$ 500,00/ interveno;
Investimento inicial: R$ 1390,88/conjunto
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Uma bomba operando com gaxetas, de acordo com figura 08, normal-
mente sofrem duas intervenes por ano, sendo que, a cada trs intervenes,
necessrio substituir a luva protetora do eixo.
Executando-se o clculo de vazamento de gua pelo sistema de gaxe-
tas, conforme figura 17, e consumo de energia, considerando gaxeta de grafitemontada sobre uma luva em bom estado, com aperto ideal e ajustes peridicos
no preme-gaxeta, mostrado na figura 02.
-Regime de operao: 24 horas / dia;
-Vazamento: 100 ml / minuto;
-Vazamento: 51840 litros / ano;
-Consumo de Energia: 0,4 kWh;
Para aplicao de slo mecnico (Burgmann do Brasil, 2008):
-Selo Mecnico para condio operacional: 01-MN74N/70 SBEGG Burgmann;
-Preo do selo mecnico: R$ 2551,07/unidade;
-Preo de uma luva em ao inox: R$ 1481,75 / unidade;
-Preo de uma sobreposta: R$ 1900,65/unidade;
-Mo-de-obra: R$ 500,00 / interveno;
Investimento inicial: R$ 6433,47/ conjunto.
Uma bomba operando com slo mecnico, normalmente sofre uma inter-
veno a cada 02 (dois) anos, sendo que, o slo mecnico pode ser retirado e
recuperado (substituio das vedaes secundrias e lapidao das vedaes
primrias).
Foi efetuado clculo de vazamento e consumo de energia pelo selo me-
cnico, considerando-se que a bomba em bom estado de conservao (Burg-
mann do Brasil, 2008):
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4 - Resultados e Discusso
Considerando-se as caractersticas e clculos apresentados no item 3.3,
podem-se encontrar os custos de consumo de gua e energia eltrica apresen-
tados na Tabela 3.
Tabela 3: Comparativo gaxeta x slo mecnico
Dispositivo Gaxeta Slo Mecnico
Regime de operao (h / dia) 24 24
Vazamento (ml / min) 100 0,036
Vazamento (l / ano) 51840 18,9216
Consumo de energia (kWh) 0,4 0,3
Custo da gua (R$ / litro) 0,000876 0,000876
Custo da energia (R$ / kWh) 0,33284 0,33284
Desperdcio gua (R$ / ano) 45,41 0,02
Desperdcio Energia (R$ / ano) 1166,27 874,7
Na tabela 3 foram indicados valores de consumo de energia eltrica rela-
tivos utilizao dos dispositivos de selagem com gaxetas e slos mecnicos
nas bombas centrfugas, considerando atrito entre os componentes de veda-
o, fora centrfuga na partida dos equipamentos, etc. Dados informados pela
Burgmann do Brasil (2008), amparados em testes efetuados em bancada de
desenvolvimento de produtos. Os valores de consumo desta energia eltrica
proporcional (kWh) foram calculados e tabulados para converso anualizada.
E considerando que a estao elevatria de gua tratada possui dois
conjuntos moto-bomba em funcionamento, calculou-se as tabelas 3, 4 e 5.
Na tabela 4 no foram considerados nos estudos os valores de eixo e
anis devido considerao inicial de equipamentos de bom estado de conser-
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vao. Os componentes de troca peridica (gaxetas e luvas) por causa de des-
gaste foram considerados para substituio durante as manutenes preventi-
vas.
Tabela 4: Investimento e custos de manuteno para gaxetas por bomba
Preos (R$) Inicial 1 ano 2 ano 3 ano 4 ano 5 ano 6 ano 7 ano TOTAL
Gaxeta 150,00 300,00 300,00 300,00 300,00 300,00 300,00 300,00 2250,00
Luva 740,88 740,88 1481,80 740,88 1481,80 740,88 1481,80 740,88 8149,65
Mo-de-obra 500,00 1000,00 1000,00 1000,00 1000,00 1000,00 1000,00 1000,00 7500,00
Vazamento 45,41 45,41 45,41 45,41 45,41 45,41 45,41 317,87
Energia 1166,30 1166,30 1166,30 1166,30 1166,30 1166,30 1166,30 8163,95
Total 1390,90 3252,60 3993,50 3252,60 3993,50 3252,60 3993,50 3252,60 26381,78
Figura 24: Gastos (R$) com gaxeta (Burgmann, 2008)
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Figura 25: Gastos (R$) com luva protetora (Burgmann, 2008)
Figura 26: Gastos (R$) com mo-de-obra para gaxeta (Burgmann, 2008)
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Figura 27: Gastos (R$) com vazamentos de gua (Sabesp, 2008)
Figura 28: Gastos (R$) com e energia eltrica proporcional (Burgmann, 2008)
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Tabela 5: Investimento e custos de manuteno para selo mecnico por bomba
Preos (R$) Inicial 1 ano 2 ano 3 ano 4 ano 5 ano 6 ano 7 ano TOTAL
Selo mec. 2551,10 0 314,08 0 1381,00 0 314,10 0 4560,29
Sobreposta 1900,70 0 0 0 0 0 0 0 1900,65
Luva 1481,80 0 0 0 0 0 0 0 1481,75
Mo-de-obra 500,00 0 500,00 0 500,00 0 500,00 0 2000,00
Vazamento 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,14
Energia 874,70 874,70 874,70 874,70 874,70 874,70 874,70 6122,90
Total 6433,50 874,70 1688,80 874,72 2756,00 874,70 1689,00 874,70 16065,73
Figura 29: Gastos (R$) com selo mecnico (Burgmann, 2008)
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Figura 32: Gastos (R$) mo-de-obra para selo mecnico (Burgmann, 2008)
Figura 33: Gastos (R$) com vazamento de gua pelo selo mecnico (Burgmann, 2008)
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Figura 34: Gastos (R$) com energia eltrica proporcional (Burgmann, 2008)
Tabela 6: Comparativo de gastos com selos mecnicos
Preos (R$) Inicial 1 ano 2 ano 3 ano 4 ano 5 ano 6 ano 7 ano TOTAL
SLO MEC. 6433,5 874,7 1688,8 874,72 2756,00 874,7 1689,00 874,70 16066,12
GAXETA 1390,9 3252,6 3993,5 3252,6 3993,50 3252,6 3993,50 3252,60 26381,80
Figura 35: Gastos (R$) com utilizao de selo mecnico (Burgmann, 2008)
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Figura 36: Gastos (R$) com utilizao de gaxetas (Burgmann, 2008)
Pde-se observar pelas planilhas, que o investimento totalmente amor-
tizado a apartir do 4 ano de operao do selo mecnico, bem como a econo-
mia com os vazamentos de gua e energia eltrica.
O novo dispositivo mostrou-se eficaz na questo de implantao e manu-teno, sendo que cabe um investimento inicial a ser disponibilizado pela em-
presa interessada.
Cabe salientar que a gua perdida pelas gaxetas, conforme figura 02, atu-
almente no aproveitada, cabendo estudo posterior para aproveitar este pro-
duto.
O sistema proposto uma soluo para eliminar as perdas de gua pelas
gaxetas das bombas, considerando que a soluo definitiva seria a troca dos
sistemas de vedao de gaxetas por dispositivos mais modernos como o slomecnico, conforme figura 03. No foi considerada, para efeito de clculo de
viabilidade econmica, a lucratividade gerada pela comercializao da gua
tratada bombeada. Somente considerou-se a amortizao do investimento em
relao aos gastos com a manuteno preventiva dos equipamentos.
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Um fator importante que deve ser relevado a questo da imagem da em-
presa de saneamento ambiental, em relao opinio pblica, preocupada
com os desperdcios e buscando atacar os focos de possveis perdas impostas
aos sistemas de abastecimento e demais setores.
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5 - Concluses
Foi possvel concluir que a proposta vivel nos aspectos tcnicos e
econmicos, efetuando-se a substituio do sistema de vedao das bombascentrfugas com gaxetas por slos mecnicos, e principalmente nos aspectos
ambientais e sociais, em poca de escassez de recursos hdricos, consideran-
do o montante de investimento para o sistema proposto.
O retorno do investimento d-se em aproximadamente 04 (quatro) anos.
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