Bomba de Polpa

8/15/2019 Bomba de Polpa

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Bombas de Polpa - Básico

Diretrizes Básicas para o Bombeamento de Polpas

Apresentando o Software para o Dimensionamento de Bombas - Metso PumpDim™ para Windows™


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Uma publicação da

Metso Minerals (Sweden) ABS-733 25 Sala, Sweden

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Índice

HISTÓRICO 1

INTRODUÇÃO 2

DEFINIÇÕES BÁSICAS 3

MECÂNICA 4

COMPONENTES 5

PROTEÇÃO AO DESGASTE 6

SELAGENS 7

EIXO E MANCAIS 8

ACIONAMENTO 9

DESEMPENHO HIDRÁULICO 10

SISTEMAS 11

PONTO DE MELHOR EFICIÊNCIA BEP BEST EFFICIENCY POINT 12

NOMENCLATURA E CARACTERÍSTICAS 13

DESCRIÇÕES TÉCNICAS 14

GUIA DE APLICAÇÃO 15

DIMENSIONAMENTO 16

INTRODUÇÃO AO SOFTWARE METSO MINERALS PUMPDIM™ 17

MISCELÂNEAS 18

TABELAS DE RESISTÊNCIA QUÍMICA 19

NOTAS 20

ÍndiceBOMBAS DE POLPA


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Índice

1. HISTÓRICOBombas de Polpa - Histórico ......................................................................................................1-1Bombas de Polpa Horizontais ....................................................................................................1-2Bombas de Espuma Verticais .....................................................................................................1-2Bombas Verticais de Poço e de Tanque ..................................................................................1-3

2. INTRODUÇÃOTransporte hidráulico de sólidos .............................................................................................................2-5Quais tipos de sólidos? ................................................................................................................................2-5Quais tipos de líquidos? ..............................................................................................................................2-5Definição de polpa ........................................................................................................................................2-5Quais são as limitações de vazão? ...........................................................................................................2-6Quais são as limitações em relação aos sólidos? ...............................................................................2-6Bombas de Polpa como conceito de mercado ...................................................................................2-6

3.DEFINIÇÕES BÁSICASPor que Bombas de Polpa? ........................................................................................................................3-9Bomba de Polpa - nome conforme o serviço ......................................................................................3-9Bomba de Polpa - nome conforme a aplicação .................................................................................3-9Bomba de Polpa - Seca ou Semi-seca? ...............................................................................................3-10Bomba de Polpa e condições de desgaste........................................................................................3-12

4. MECÂNICA

Componentes básicos ..............................................................................................................................4-15

Projetos básicos ..........................................................................................................................................4-15

5. BOMBA DE POLPA - COMPONENTES

Rotor / Carcaça ............................................................................................................................................5-17Rotor de bomba e carcaça - os principais componentes de todas as Bombas de Polpa . 5-17O rotor da Bomba de Polpa ....................................................................................................................5-18Vane do rotor - desenhos ........................................................................................................................5-19Quantidade de vanes do rotor? ............................................................................................................5-19Rotor semi-aberto ou fechado? ............................................................................................................5-20

Rotores fechados ........................................................................................................................................5-20Rotores semi-abertos ................................................................................................................................5-20Rotores Vórtex / rotores de vazão induzido ......................................................................................5-21Regras básicas .............................................................................................................................................5-21Diâmetro do rotor ......................................................................................................................................5-21Largura do rotor ..........................................................................................................................................5-22Limitações de geometria e por quê? ...................................................................................................5-23A carcaça da Bomba de Polpa................................................................................................................5-23Coletor em voluta ou concêntrico? .....................................................................................................5-24

Carcaças bipartidas ou sólidas?.... ....................................................................................................... 5-24


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Índice

6. PROTEÇÃO AO DESGASTE

Abrasão ..........................................................................................................................................................6-27Erosão .............................................................................................................................................................6-28Efeito da erosão sobre componentes de bombas ..........................................................................6-29Proteção ao desgaste - quais são as opções? ...................................................................................6-30Seleção de materiais de desgaste ........................................................................................................6-31

Efeito do tamanho de partícula sobre a seleção do material .....................................................6-32Selecão de material de desgaste - Metais .........................................................................................6-33Selecão de material de desgaste - Elastômeros ..............................................................................6-33As famílias de elastômeros......................................................................................................................6-34Revestimentos cerâmicos ........................................................................................................................6-35

7. SELAGENS

Parâmetros críticos para a escolha de selagens ..............................................................................7-37Função básica da selagem de eixo .......................................................................................................7-38Tipo de vazamento ....................................................................................................................................7-38Localização e tipos de selagens ............................................................................................................7-38Selagens com lavagem de descarga (flushing) ...............................................................................7-39Selagens sem lavagem de descarga (sem ‘flushing’) .....................................................................7-40Selagens centrífugas .................................................................................................................................7-41Limitações das selagens centrífugas ...................................................................................................7-40Selagens mecânicas ..................................................................................................................................7-41Bombas de Polpa sem selagem - projetos verticais ......................................................................7-43

8. EIXOS E ROLAMENTOS (MANCAIS)

Tipos de transmissões...............................................................................................................................8-45Eixos de bombas e o fator SFF (Fator de Flexibilidade de Eixo) ................................................. 8-45Informações básicas sobre mancais ....................................................................................................8-46Vida L10 .........................................................................................................................................................8-46Configurações de mancais ......................................................................................................................8-46Rolamentos e conjuntos de rolamentos (mancais)........................................................................8-46Escolha de mancais....................................................................................................................................8-47

9. ACIONAMENTOS PARA BOMBAS DE POLPA

Acionamentos indiretos ...........................................................................................................................9-49Acionamentos diretos ..............................................................................................................................9-50Comentários sobre arranjos de acionamentos................................................................................9-50Transmissões por correia em V (acionamentos de velocidade fixa) ........................................9-51Transmissões por correia em V - limitações ......................................................................................9-51Acionamentos de velocidade variável ................................................................................................9-52Acionamentos com ”motor a combustão” ........................................................................................9-52


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Índice

10. DESEMPENHO HIDRÁULICO

Desempenho hidráulico ........................................................................................................................10-55Curvas de bombeamento .....................................................................................................................10-56Desempenho hidráulico - que curvas são necessárias? .............................................................10-57Curvas H/Q - as leis de afinidade das bombas ...............................................................................10-58Efeitos da polpa no desempenho da bomba .................................................................................10-59

Desempenho de bombas com polpas que sedimentam ..........................................................10-60Desempenho de bombas com polpas que não sedimentam (polpas viscosas) ...............10-61Tabela de correção de desempenho .................................................................................................10-62Altura manométrica e pressão ............................................................................................................10-63Condições hidráulicas no lado da sucção........................................................................................10-64Altura Líquida de Sucção Positiva (NPSH) .......................................................................................10-64Pressão de vapor e cavitação ...............................................................................................................10-64NPSH - cálculos..........................................................................................................................................10-66Bombas que operam com elevação da sucção .............................................................................10-69

Preparação de Bombas de Polpa ........................................................................................................10-69Bombeamento de Espuma ...................................................................................................................10-71Dimensonamento de bombas horizontais para espuma ..........................................................10-72Bombas de Polpa Verticais - a escolha ótima para bombeamento de espuma ................10-73A bomba VF - projetada para o bombeamento de espuma .....................................................10-74

11. SISTEMAS DE BOMBAS DE POLPA

Geral ..............................................................................................................................................................11-77O sistema de tubulação .........................................................................................................................11-78Perdas de carga .........................................................................................................................................11-79Tubulações retas .......................................................................................................................................11-79Perdas de carga - conexões (fittings) ................................................................................................11-79TEL - Comprimento Equivalente Total ..............................................................................................11-79Velocidades e perdas de carga - Tabela de Cálculo......................................................................11-80Válvulas, conexões, perdas de altura manométrica .....................................................................11-81Efeitos da polpa sobre as perdas de carga ......................................................................................11-82Perdas de carga - polpas sedimentadoras ......................................................................................11-82Perdas de carga - polpas não-sedimentadoras .............................................................................11-83Arranjos de Poço .......................................................................................................................................11-84

Instalações com várias bombas ..........................................................................................................11-86Bombas em série ......................................................................................................................................11-86Bombas em paralelo ...............................................................................................................................11-86Conceitos básicos sobre viscosidade ................................................................................................11-87Viscosidade aparente ..............................................................................................................................11-88Outros fluídos não-Newtonianos .......................................................................................................11-89

12. PONTO DE MELHOR EFICIÊNCIA (BEP - BEST EFFICIENCY POINT)

Efeito hidráulico da operação no ponto de eficiência ................................................................12-91Carga radial .................................................................................................................................................12-92


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Índice

Carga axial ...................................................................................................................................................12-93Os efeitos da deflexão do eixo .............................................................................................................12-93BEP - Resumo .............................................................................................................................................12-94

13. NOMENCLATURAS E CARACTERÍSTICAS

Programa de Bomba de Polpa Metso Minerals .............................................................................13-95Nomenclatura ............................................................................................................................................13-95Bombas para serviços altamente abrasivos ....................................................................................13-96Bombas para serviços abrasivos .........................................................................................................13-97Bombas verticais.......................................................................................................................................13-98Selagem de Polpa.....................................................................................................................................13-99

14. DESCRIÇÕES TÉCNICAS

Geral ...........................................................................................................................................................14-101Bomba de Polpa tipo XM ....................................................................................................................14-106Bomba de dragagem tipo Thomas Simplicity ............................................................................14-108Bomba de Polpa tipo Vasa HD e XR ................................................................................................14-110Bomba de Polpa tipo HR e HM .........................................................................................................14-112Bomba de Polpa tipo MR e MM ........................................................................................................14-114Bomba de Polpa tipo VT .....................................................................................................................14-116Bomba de Polpa tipo VF ......................................................................................................................14-118Bomba de Polpa tipo VS......................................................................................................................14-120Bomba de Polpa tipo VSHM - VSMM ..............................................................................................14-123Configurações modulares de estrutura e via úmida ................................................................14-126Selagem de Polpa..................................................................................................................................14-127Bomba de Polpa tipo STGVA .............................................................................................................14-129Bomba de Polpa tipo STHM ...............................................................................................................14-132

15. GUIA DE APLICAÇÃO

Seleção por serviço ou por aplicação industrial ........................................................................15-135Seleção por serviço ...............................................................................................................................15-135Como bombear ......................................................................................................................................15-136Como alimentar .....................................................................................................................................15-136Seleção por sólidos ...............................................................................................................................15-137

Partículas grossas ..................................................................................................................................15-137Partículas finas ........................................................................................................................................15-137Partículas pontiagudas (abrasivas) .................................................................................................15-137Alto percentual de sólidos .................................................................................................................15-137Baixo percentual de sólidos ...............................................................................................................15-138Partículas fibrosas .................................................................................................................................15-138Partículas de tamanho único ............................................................................................................15-138Serviços relativos a “altura manométrica” e ”Volume”.... .......................................................... 15-139Altura manométrica elevada (high head) ....................................................................................15-139

Altura manométrica variável .............................................................................................................15-139


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Índice

Vazão constante (altura manométrica) .........................................................................................15-139Alta elevação da sucção ......................................................................................................................15-139Alta vazão .................................................................................................................................................15-140Baixa vazão ..............................................................................................................................................15-140Vazão oscilante .......................................................................................................................................15-140Serviço relacionados com o tipo de polpa ...................................................................................15-141Polpas frágeis ..........................................................................................................................................15-141Polpas de hidrocarbonetos (contaminados por óleo e reagentes) ..................................... 15-141Alta temperatura ...................................................................................................................................15-141Polpas perigosas ....................................................................................................................................15-141Polpas corrosivas (baixo pH) .............................................................................................................15-142Fluídos de alta viscosidade (Newtonianos)..................................................................................15-142Fluídos de alta viscosidade (não-Newtonianos) ........................................................................15-142Serviços relativos a processos de mistura ....................................................................................15-142Seleção de Bombas de Polpa por aplicação industrial ............................................................15-143Segmento industrial: Minerais metálicos e industriais ............................................................15-143

Bombas para circuitos de moagem ................................................................................................15-143Bombas para espuma ..........................................................................................................................15-143Bombas para reservatórios de piso ................................................................................................15-144Bombas para rejeitos de mineração ...............................................................................................15-144Bombas para alimentação de hidrociclone .................................................................................15-144Bombas para alimentação de filtro prensa ..................................................................................15-144Bombas para alimentação de prensa tubular .............................................................................15-144Bombas para lixiviação ........................................................................................................................15-145Bombas para mídia densa (mídia pesada) ...................................................................................15-145

Bombas para aplicações gerais com minerais ............................................................................15-145Segmento industrial: Construção ....................................................................................................15-145Bombas para água de lavagem (areia e brita) ............................................................................15-145Bombas para transporte de areia ....................................................................................................15-145Bombas para desaguamento de túneis ........................................................................................15-146Bombas de drenagem .........................................................................................................................15-146Segmento industrial: Carvão .............................................................................................................15-146Bombas para lavagem de carvão ....................................................................................................15-146Bombas para espuma (carvão) .........................................................................................................15-146

Bombas para mídia densa (carvão).................................................................................................15-146Bombas para misturas carvão/água ...............................................................................................15-146Bombas para uso geral (carvão) .......................................................................................................15-147Segmento industrial: Lixo e reciclagem ........................................................................................15-147Bombas para manuseio de efluentes .............................................................................................15-147Transporte hidráulico de lixo leve ...................................................................................................15-147Bombas para tratamento de solos ..................................................................................................15-147Bombas para uso geral (carvão) .......................................................................................................15-147Segmento industrial: Energia & FGD (desulfurização de gases de combustão) ............. 15-147

Bombas para alimentação de reator FGD (calcário) .................................................................15-147Bombas para descarga de reator FGD (gypsum - gesso) ........................................................15-148


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Índice

Bombeamento de cinzas de fundo .................................................................................................15-148Bombeamento de cinzas volantes (fly ash) .................................................................................15-148Segmentos industriais: Papel & Celulose ......................................................................................15-148Bombas para liquores/licores ...........................................................................................................15-148Bombas para calcário e lama cáustica ...........................................................................................15-148Bombas para rejeito de celulose (contendo areia) ................................................................... 15-149Bombas para sólidos provenientes de descascamentos de árvores .................................. 15-149

Bombas para transporte hidráulico de cavacos de madeiras ...............................................15-149Bombas para extensor de papel e de revestimentos de papel ............................................15-149Bombas para derramamentos em pisos .......................................................................................15-149Segmento industrial: Metalúrgico...................................................................................................15-150Bombas para transporte de carepa de siderurgia .....................................................................15-150Bombas para transporte de escória ................................................................................................15-150Bombas para efluentes de lavadora de gases ............................................................................15-150Bombas para transporte de pó de ferro .......................................................................................15-150Bombas para limalhas de usinagem ..............................................................................................15-150

Segmento industrial: Químico ..........................................................................................................15-151Bombas para polpas ácidas ...............................................................................................................15-151Bombas para salmouras ......................................................................................................................15-151Bombas para produtos cáusticos ....................................................................................................15-151Segmento industrial: Mineração......................................................................................................15-151Bombas para aterros hidráulicos (com ou sem cimento) .......................................................15-151Bombas para água de mina (com sólidos) ...................................................................................15-151

16. DIMENSIONAMENTO

Os passos para o dimensionamento ..............................................................................................16-153Checagem para verificação de cavitação .....................................................................................16-159O dimensionamento em resumo ....................................................................................................16-159

17. INTRODUÇÃO AO SOFTWARE PumpDim™ DA METSO

Introdução ...............................................................................................................................................17-161Formulário de registro .........................................................................................................................17-162

I8. MISCELÂNEAS

Fatores de conversão ...........................................................................................................................18-165Escala de padrão de tela (Tyler) .......................................................................................................18-166Densidade de sólidos ...........................................................................................................................18-167Água e sólidos - dados sobre densidade de polpa ...................................................................18-169

19. TABELAS DE RESISTÊNCIA QUÍMICA

Materiais elastoméricos (elastômeros) ..........................................................................................19-185Alto cromo ...............................................................................................................................................19-187

20. NOTAS ..............................................................................................................................................20-191


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Índice


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1-1 Histórico

1. HISTÓRICO

Bombas de Polpa – sua história

Apesar da Denver e Sala (duas empresas que mais tarde constitui-

riam a área de Bombas e Processos dentro do Grupo Svedala - que,

em setembro de 2001, tornou-se Metso) trabalharem ativamente

com ‘Bombeamento de Polpas’, elas não começaram, originalmente,

oferecendo ao mercado bombas projetadas pelas próprias empresas.

Ambas começaram como fabricantes de equipamentos para proces-

samento mineral: A Denver com foco na flotação como seu produto

chave e a Sala oferecendo tanto equipamentos para flotação quanto

para separação magnética como seus principais produtos.

Após um período de sucesso trabalhando com equipamentos para

processamento mineral, as empresas logo perceberam a clara neces-

sidade delas se tornarem ativas no fornecimento de Bombas de Polpa.

A primeira bomba vertical, fabricada em 1933.


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1-2Histórico

Bombas de Polpa Horizontais

O Bombeamento de Polpas - base de todo processamento mineral a

úmido - ganhava cada vez mais importância para os clientes tanto da

Denver quanto da Sala.

A solução encontrada pela Denver foi tornar-se uma licenciada da Allis

Chalmers para utilização do ‘design’ de sua Bomba de Polpa SRL (Soft

Rubber Lined - com revestimento de borracha macia).A versão desenvolvida desta bomba constituiu a base do programa de

bombas de polpa da Denver por muitas décadas e ainda é considerada

por muitos como o padrão da indústria.

Em 1984, a Denver adquiriu o portfolio de Bombas de Polpa em metal

duro Orion. Essa série, paralelamente às bombas SRL, vem sendo

desenvolvida ao longo dos anos; com ambos os projetos se comple-

mentando.

A aquisição da Thomas Foundries (Fundições Thomas) em 1989 acres-

centou uma série de bombas muito grandes em metal duro, paradragagem e agregados, ao programa de bombas da Denver.

No caso da Sala, a situação era parecida. Os clientes da Sala continua-

vam a solicitar que as Bombas de Polpa fossem fornecidas junto com

os equipamentos para processamento mineral. Assim, pela primeira

vez, entregava-se um pacote completo.

O contrato - assinado pela Sala - tratava do licenciamento de um pro-

jeto inglês: a Bomba de Polpa “Vac-Seal”.

No início dos anos 60, a Sala desenvolveu uma nova série de Bombasde Polpa para serviços de média severidade. Essa série, conhecida

como VASA (Vac Seal - Sala), foi complementada no fim da década de

Bombas de Espuma Verticais

O uso da flotação como método de separação de minerais exigia que

as Bombas de Polpa passassem por um desenvolvimento maior.

Ainda em 1933, uma “bomba aberta” vertical foi desenvolvida numa

planta de flotação na Suécia. Esse tipo de desenho de bomba se fazia

necessário devido aos circuitos, por vezes muito complicados, exis-tentes nessas plantas.

Os reagentes e a tecnologia de controle de nível não eram particu-

larmente avançados. As variações da vazão de espuma nas diversas

partes do circuito causavam bloqueios de ar nas Bombas de Polpa

convencionais.

Pela primeira vez, a “bomba aberta”, com seu tanque de alimentação

integral, proporcionava desaeração, estabilidade e autoajuste; pro-

priedades que, hoje em dia, são consideradas normais.


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1-3 Histórico

Bombas de Poço e de Tanque Verticais

Como muitos dos pisos nas plantas estavam sujeitos a derramamentos

e inundação, os clientes também tentavam desenvolver um conceito

de bomba que pudesse dar conta do trabalho de manter o piso da

planta livre de polpa derramada. Assim, foi desenvolvida a bomba de

poço “sump pump”.

O nascimento da primeira bomba de poço, para uso nesses serviçosde limpeza, se deu em meados da década de 40. Mais uma vez, elas

foram desenhadas especificamente para atender a uma necessidade.

Tanto a bomba de tanque vertical quanto a bomba de poço vertical

foram desenvolvidas dentro da Boliden Mining Company ao longo da

década de 40. A Sala era uma fornecedora usual dessas bombas para

a Boliden, como sua subcontratada, até o ano de 1950 quando a Sala

assinou um contrato pelo qual começava a fabricá-las sob licença.

Essas linhas de bombas foram então comercializadas com sucesso pela

Sala junto com o programa de bombas VASA.Ao longo dos anos, estas bombas verticais passaram por desenvol-

vimento adicional e se estabeleceram como um produto da Sala. O

acordo de licenciamento se encerrou no início dos anos 70 quando a

Boliden comprou a Sala. Além da bomba de tanque vertical, desen-

volveu-se uma bomba de espuma especial que serviu para aprimorar

ainda mais o conceito básico de manuseio de espuma.

Hoje, a bomba de poço da Metso é o padrão da indústria para o bom-

beamento de drenagem.

Quando a Svedala Pumps & Process (Svedala Bombas e Processos)foi formada em 1992, foi decidido que a série de bombas deveria ser

mais ‘enxuta’ e atualizada para melhor servir ao mercado, oferecendo

Bombas de Polpa “de ponta”.

Em setembro de 2001, a Svedala foi comprada pela empresa finlan-

desa Metso.

Desde então, uma série inteiramente nova de Bombas de Polpa hori-

zontais e verticais foi desenvolvida, conforme apresentamos neste

manual.


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2-5 Introdução

2. INTRODUÇÃO

Transporte hidráulico de sólidosEm todos os processos industriais, o ”transporte hidráulico de sólidos” é uma tecnologia que visa

avançar os processamentos entre os diferentes estágios de mistura Sólido/Líquido, separação Sólido/

Sólido, separação Sólido/Líquido, etc.

Maiores detalhes sobre estes processos industriais a úmido encontram-se na seção 15.

Quais tipos de sólidos?

Podem ser considerados ‘sólidos’ praticamente qualquer coisa que seja:

Dura

Grossa

Pesada

Abrasiva

Cristalina

Cortante

Pegajosa

Floculenta

De fibra longa

Espumosa

Seja o que for - pode ser transportado hidraulicamente !

Quais tipos de líquidos?

Na maioria das aplicações, o líquido é somente o “veículo”. Em 98%

das aplicações industriais, esse líquido é água.Outros tipos de líquidos podem ser soluções químicas como ácidos

e sodas, álcool, líquidos leves derivados de petróleo (querosene), etc.

Definição de uma polpa

Normalmente chamamos uma mistura de sólidos com líquidos de

“polpa”!

Uma polpa pode ser descrita como um meio bifásico (líquido/sólido).

Polpa misturada com ar (comum em muitos processos químicos) édescrita como um meio fluído trifásico (líquido/sólido/gás).


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2-6Introdução

Quais são as limitações na vazão?

Teoricamente, não há limites em relação a ‘o que’ pode ser transpor-

tado hidraulicamente. Veja o desempenho do transporte hidráulico

de sólidos realizado pelas geleiras do mundo e pelos grandes rios!

Na prática os limites de vazão para uma instalação de Bomba de Polpasão de 1 m3/ hora (4 GPM) até 20000 m3/hora (88000 GPM).

O limite inferior é determinado pela queda em eficiência nas bombasmenores.

O limite superior é determinado pelo aumento dramático nos custos

de Bombas de Polpa grandes (comparado às instalações com múltiplas

bombas).

Quais são as limitações em relação aos sólidos?

As limitações em relação aos sólidos são sua forma geométrica, seu

tamanho e o risco de bloqueio da passagem através da Bomba de

Polpa.

O tamanho máximo permissível do material a ser transportado emmassa por uma Bomba de Polpa é de aproximadamente 200 mm.

Entretanto, aglomerações individuais de material passando através de

uma bomba de dragagem grande podem ter até 350 mm de tamanho

(dependendo do dimensionamento da extremidade úmida).

Bombas de Polpa como conceito de mercado

De todas as bombas centrífugas instaladas na indústria de processa-mento, proporção entre as bombas de polpa e outras bombas para

líquidos é de 5 : 95.

Se examinarmos os custos operacionais destas bombas, a relação é

quase inversa, isto é, 80 : 20.

Isso configura um perfil muito especial para o Bombeamento de Polpas

e o conceito de mercado foi formulado assim:

”Instale uma bomba para líquido limpo e esqueça-a”!

”Instale uma bomba para polpa e você terá potencial

para realização de serviços pelo resto da vida dessa

bomba”!

Isso vale tanto para o usuário final quanto para o fornecedor.

O objetivo desse manual é orientar sobre o procedimento a ser aplicadono dimensionamento e seleção de várias aplicações de Bombas de Polpade forma a minimizar os custos com o transporte hidráulico de sólidos!


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2-7 Introdução


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2-8Introdução


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3-9 Definições básicas

3. DEFINIÇÕES BÁSICAS

Por que Bombas de Polpa?Por definição as Bombas de Polpa são uma versão pesada e robusta de uma bomba centrífuga, capazes

de atender a serviços difíceis e abrasivos.”O nome ‘Bomba de Polpa’ também deve ser considerado um termo genérico, para diferenciá-la deoutras bombas centrífugas que visam principalmente os líquidos límpidos/transparentes.”

Bomba de Polpa – nome conforme o serviço

O termo Bomba de Polpa, conforme dissemos, abrange vários tiposde bombas centrífugas para serviços pesados utilizadas no transportede sólidos.

Uma terminologia mais precisa se faz utilizando a classificação desólidos processados nas várias aplicações de bombas.

Bombas de Polpa fazem o bombeamento de lama/argila, lodo e areiana faixa de tamanho de sólidos com até 2 mm.

As faixas de tamanho são:

Lama/argila menos 2 micras

Lodo 2-50 micras

Areia, fina 50-100 micras

Areia, média 100-500 micras

Areia, grossa 500-2000 micras

Bombas de Areia e Brita cobrem o bombeamento de cascalho e britana faixa de tamanho entre 2 e 8 mm.

Bombas de Brita fazem o bombeamento de sólidos com tamanhosde até 50 mm.

Bombas para Dragagem cobrem o bombeamento de sólidos menorese maiores de 50 mm.

Bomba de Polpa - nome conforme a aplicação

Aplicações de processamento também configuram uma terminologia,

sendo esta tipicamente:Bomba de Espuma define, pela sua aplicação, o manuseio de polpasespumosas, principalmente nas operações de flotação.

Bomba de Transferência de Carbono define o transporte delicadode carbono nos circuitos CIP (carbono em polpa) e CIL (carbono emlixiviação).

Bomba de Poço é também um nome já estabelecido tipicamentepara aquelas bombas que operam em drenagem de poços/pisos, comcarcaças (‘pump houses’) submersas, mas com mancais e acionamentomantidos á seco.

Bomba Submersível. Todo o equipamento, inclusive o acionamento,fica submerso.


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3-10Definições básicas

Bomba de Polpa - seca ou semi-seca?Instalações secas

A maioria das Bombas de Polpa horizontais são instaladas no seco,

onde o acionamento e os mancais são mantidos fora da polpa e a “via

úmida” (“wet end”) é fechada. As bombas não requerem suportes ou

apoios, mantendo-se livres do líquido ao seu redor.

A Bomba de Tanque vertical possui um reservatório aberto com o

corpo da bomba montado diretamente na superfície inferior do

tanque. O eixo do rotor em balanço, com sua caixa de rolamentos eacionamento montado na parte superior do tanque, faz girar o rotor

dentro da carcaça da bomba. A polpa vai do tanque para dentro da

via úmida em volta do eixo e é descarregada horizontalmente pela

descarga. Não há selagens do eixo ou mancais submersos no seu

desenho.


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Instalações semi-secas

Um arranjo especial pode ser utilizado para as aplicações de dragagem

na quais bombas horizontais são utilizadas com a via úmida -“wet

end” - (e mancais) imersos. Isto requer uma combinação de selagens

especiais para os mancais.

A bomba de poço possui uma via úmida -“wet end” - imersa,

instalada no final do eixo em balanço (sem mancais submersos) e um

acionamento seco.


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Instalações úmidas

Para determinadas aplicações de Bombas de Polpa, é necessário uma

bomba inteiramente submergível.

Por exemplo, para elevar uma polpa de dentro de um poço com níveis

de polpa que oscilam bastante.

Neste caso, tanto a carcaça da bomba quanto o acionamento são

imersos, exigindo um desenho especial e arranjo de selagens.

Bombas de Polpa e condições de desgastePara assegurar um bom desempenho em operações envolvendo

uma variedade de condições de trabalho e aplicações, as seguintes

diretrizes são utilizadas para a escolha da bomba baseado no material

a ser transportado.• Altamente abrasivo

• Abrasivo

• Levemente abrasivo


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Em resumo:

Todas as bombas dentro da série de Bombas de Polpa são bombas

centrífugas!

“Bomba de Polpa” (“Slurry Pump”) é uma designação genérica !

Todas as Bombas de Polpa recebem, na prática, nomes provenientesde sua aplicação em particular:

• Bombas de Polpa

• Bombas de Brita

• Bombas de Dragagem

• Bombas de Poço

• Bombas de Espuma

• Bombas de Transferência de Carbono

• Bombas submersíveis

Existem principalmente três desenhos diferentes:

• Tanque horizontal e tanque vertical (instalação seca)

• Vertical de poço (instalação semi-seca)

• Tanque (instalação seca)

• Submersível (instalação molhada)

Os desenhos de Bombas de Polpa são escolhidos e fornecidos deacordo com as condições de desgaste provocado por material

• Altamente abrasivo

• Abrasivo

• Levemente abrasivo


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4-15 Mecânica

4. MECÂNICA

Comparado à maioria dos equipamentos para processamento, a Bomba de Polpa tem um projeto

simples, descomplicado. Apesar da simplicidade de seu desenho, há poucas máquinas na indústria

pesada que trabalham sob condições tão severas.

As Bombas de Polpa e seus sistemas são fundamentais para todos os processos úmidos.Trabalhando 100% do tempo disponível sob condições variáveis de vazão, teor de sólidos, etc., o

desenho mecânico tem que ser muito confiável em todos os detalhes.

Componentes básicosOs componentes básicos de todas as Bombas de Polpa são:

1. O rotor

2. A carcaça

3. O arranjo de selagem

4. O conjunto de mancais

5. O acionamento

Desenhos básicos

Horizontal

Eu tenho todos


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4-16Mecânica

Vertical

Tank Sump

Submersível

Olha !Não tem 3.

AquiTambén não.

Número 5 está in- tegrado em

mim.


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5-17 Componentes

5. BOMBA DE POLPA COMPONENTES

Nesta seção, veremos em maior detalhe, o desenho dos vários componentes de uma Bomba de Polpa

Rotor/carcaça

Rotor da bomba e carcaça - componentes chaves de todas as Bombas de

Polpa

O desempenho do bombeamento de todas as Bombas dePolpa é regido

* pelo desenho do rotor e da carcaça.

Outros componentes mecânicos servem para vedar, apoiare proteger esse sistema hidráulico de rotor e carcaça.

Para todos os quatro tipos de Bombas de Polpa, osprincípios que norteiam o sistema hidráulico (rotor ecarcaça) são os mais ou menos mesmos

* enquanto o desenho (projeto) do restante da bomba,não.

Imagens mostrando os mesmos componentes hidráulicos

para o desenho de bomba submersível, vertical e horizontal.


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5-18Componentes

O rotor da Bomba de PolpaSem compreender a função do rotor de uma Bomba de Polpa, nunca

entenderemos porque ou como uma bomba é projetada e funciona.

O Rotor = um conversor de energia!

”A função do rotor que gira é ‘carregar’ a massa de polpa de energia

cinética e acelerá-la”.

Uma parte dessa energia cinética é posteriormente convertida emenergia de pressão antes de sair do rotor.

Além da transformação hidráulica estrita - nas Bombas de Polpa - é

conseguido parcialmente pela capacidade especial dos sólidos

na própria polpa de transmitir a energia através de ‘forças de

arraste hidráulico’. Estas forças de arraste são utilizadas em várias

máquinas hidráulicas para o processamento a úmido (classificadores,

clarificadores, separadores, etc.).

Conversão de energia feita?

Abaixo, você pode ver as forças cinéticas/hidráulicas geradas pelos

vanes do rotor da Bomba de Polpa.

”Os vanes do rotor são o seu coração. O resto, que constitui o ‘design’

ou projeto do rotor, somente existe para carregar, proteger e equilibrar

os vanes durante sua operação!”

Concepções dos vanes

Os rotores de Bombas de Polpa possuem vanes externas e internas

Vanes externas

Estas vanes, também chamadas de pás de saída ou de expulsão, são

rasas e localizadas do lado de fora dos “shrouds” do rotor. Esses vanes

contribuem para a selagem e eficiência da bomba.

Vanes internas

Também conhecidos por vanes principais. São elas que realmente

bombeiam a polpa.

Normalmente, utilizamos dois tipos de desenhos para as vanes

principais nas Bombas de Polpa:


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5-19 Componentes

Vane Francis ou Vane Simples

Quando utilizar Simples ou Francis?

”Como o vane Francis é mais eficaz na conversão de energia, ele é utilizado

quando a preocupação principal é com a eficiência - apesar de suas

vantagens serem menos evidentes quando se trata de rotores de polpalargos.”

“O inconveniente do vane Francis é que seu desenho a torna mais

complicada de produzir e esse desenho acarreta, também, maior desgaste

quando bombeamos polpas com partículas grosseiras!” Portanto, vanes

Simples são utilizadas quando estamos bombeando partículas grossas.

Quantidade de vanes do rotor?

Maior número de vanes proporciona maior eficiência. Isso quer dizer que

sempre utilizamos o número máximo de vanes toda vez que isso é prático.(A exceção o torque da vazão.)

As limitações são criadas pela espessura dos vanes que é necessária

para proporcionar boa durabilidade e a necessidade de dar passagem a

partículas de um determinado tamanho.

Na prática, o número máximo de vanes é cinco, sendo utilizadas em

rotores metálicos com diâmetro superior a 300 mm e de borracha

superiores a 500 mm.

Abaixo desses diâmetros, a área dos vanes relativa à área do rotor se

torna crítica (área de vanes grande demais produz atrito em excesso) e a

eficiência começa a cair, podendo ocorrer bloqueios.


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5-20Componentes

Rotor semi-aberto ou fechado?O desenho do rotor da Bomba de Polpa não está relacionado a uma

configuração fechada ou aberta. Isso é determinado por aspectos de

produção e pelos tipos de aplicações para a quais o rotor será utilizado.

Rotores fechados

Rotores fechados são, por sua própria natureza, mais eficientes do querotores abertos devido à redução dos vazamentos “em curto circuito”

por cima dos vanes.

A eficiência é menos afetada por desgaste.

”Se o que você procura é eficiência - use um rotor fechado sempre

que possível!”

Limitações

O rotor fechado, com seu desenho confinado, é naturalmente mais

propenso a entupir quando encontra partículas grossas.

Esse fenômeno é mais crítico com rotores pequenos.

Rotores semi-abertos

Rotores semi-abertos são utilizados para superar as limitações de

um design fechado e dependem do diâmetro do rotor, tamanho ou

estrutura dos sólidos, presença de ar aprisionado, alta viscosidade, etc.

Limitações

A eficiência é um pouco menor do que nos rotores fechados.


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5-21 Componentes

Rotores tipo vórtex/vazão induzido

Rotores tipo vórtex/vazão induzido são utilizados quando o bloqueio

do rotor é fator crítico ou quando as partículas são frágeis.

O rotor é recuado dentro da carcaça. Somente um volume limitado do

vazão fica em contato com o rotor, proporcionando um tratamento

delicado para a polpa e grande capacidade de sólidos.

Limitações

A eficiência é significativamente menor do que em rotores fechadosou mesmo em rotores semi-abertos.

Regras básicas

Rotores fechados são utilizados para polpas contendo partículas

grossas visando a mais alta eficiência e melhor durabilidade (resistência

ao desgaste) – verifique os tamanhos máximos de sólidos.

Rotores abertos são utilizados para polpas de alta viscosidade, ar

aprisionado e quando problemas de bloqueio podem ser previstos.

Rotores tipo vórtex/vazão induzido são utilizados para materiais

grandes com sólidos moles, fibrosos ou para o manuseio ‘delicado’, ou

partículas frágeis, alta viscosidade e ar aprisionado.

Diâmetro do rotor

“O diâmetro de um rotor determina a altura manométrica produzida em

qualquer velocidade.”

Quanto maior o diâmetro do rotor, maior será a altura manométrica

alcançada.

Um rotor de grande diâmetro operando muito lentamente alcançaria a

mesma altura manométrica quanto um rotor menor operando muitomais rapidamente (um aspecto chave quanto se trata de desgaste - vide

seção 6).


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5-22Componentes

Qual será o diâmetro correto?

Os fatores que orientaram a Metso em relação a este aspecto são:

Para serviços altamente abrasivos, queremos grande durabilidade

e eficiência razoável! Para serviços abrasivos e levemente abrasivos

queremos durabilidade razoável e alta eficiência!

Resumindo:

Para os serviços altamente abrasivos, utilizamos rotores grandes queproporcionam longa vida útil e eficiência razoável.

Portanto, mesmo que grandes rotores sejam mais caros e proporcionem

eficiência um pouco menor, eles compensam mais (em termos de

retorno financeiro) nos serviços altamente abrasivos.

Para os serviços abrasivos, onde o desgaste não é a principal

preocupação, rotores pequenos são mais econômicos, e proporcionam

maior eficiência.

Esta relação é conhecida como:

IMPELLER ASPECT RATIO (IAR - Relação de Aspecto do Rotor)= Diâmetro do rotor / Diâmetro do bocal de admissão.

Por exemplo:

para serviços altamente abrasivos, utilizamos um IAR = 2,5:1

para serviços abrasivos,utilizamos um IAR = 2,0:1

para serviços levemente pesados, podemos utilizar um IAR abaixo de 2,0:1.

Todos os parâmetros acima foram considerados pela Metso ao projetar

sua série de Bombas de Polpa, proporcionando ótima economia

operacional nos vários tipos de serviço.

Largura do rotor“A largura do rotor determina o vazão da bomba em qualquer velocidade.”

Um rotor de grande largura operando lentamente poderia produzir

a mesma vazão (velocidade de vazão) quanto um rotor mais estreito

operando a velocidade maior, mas ainda mais importante - a velocidade

relativa ao vane e shroud seria consideravelmente mais alta (um aspecto

chave quando falamos em desgaste - vide seção 6).


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5-23 Componentes

Lembre-se:

Comparadas às bombas d’água e dependendo do ‘perfil de desgaste’,

as Bombas de Polpa normalmente têm rotores que são

não só maiores,

mas também

muito mais largos.

Limitações em geometria e por quê?

Naturalmente há vários limites práticos em relação à geometria dos

rotores de Bombas de Polpa.

Estes limites são determinados por:

“o desempenho hidráulico ótimo em relação a cada tamanho de bomba”

“a necessidade de padronização do produto”

“o custo de produção do rotor e da carcaça”

Considerações práticas a partir destas limitações proporcionam um

portfólio ou série de produtos hamônica.

A carcaça da Bomba de PolpaUma das funções da carcaça é captar o vazão proveniente de toda a

circunferência do rotor, convertendo-o num padrão de vazão desejável

e dirigindo-o para uma saída (ponto de descarga) da bomba. Outra

função importante é a de reduzir a velocidade do vazão e converter

sua energia cinética em energia de pressão.


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5-24Componentes

E quanto à forma da carcaça?

A carcaça e o rotor são combinados de modo a permitir o melhor

padrão de vazão (e conversão de energia) possível.

Em voluta Semi-voluta Concêntrica

Voluta ou concêntrica?A forma voluta proporciona maior eficiência em conversão de energia

comparado com a forma concêntrica e, por volta do ponto de trabalho

ideal de vazão/altura manométrica , ela ocasiona cargas radiais muito

baixas no rotor.

Carcaças bipartidas ou inteiriças?

Carcaça inteiriça

No caso da maioria das bombas de metal duro, a voluta normalmenteé constituída de uma única peça maciça. Este desenho é o mais custo-

eficiente em termos de fabricação e não há exigências de ordem prática

para se dividir a voluta em duas metades.

Algumas bombas revestidas de borracha também utilizam uma voluta

inteiriça, especialmente nos tamanhos menores em que é mais prático

e econômico utilizar uma voluta sólida.


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5-25 Componentes

Carcaça bipartida

Dividir uma carcaça acrescenta custo à bomba e, por isso, só é feito

quando necessário.

A bipartição facilita a substituição de peças, particularmente no

caso de bombas revestidas de borracha maiores.


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5-26Componentes


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6-27 Proteção ao desgaste

6. PROTEÇÃO AO DESGASTE

Numa Bomba de Polpa, o rotor e o interior da carcaça estão sempre expostos à polpa e, portanto,

precisam ser protegidos apropriadamente contra o desgaste.

“A escolha do material do rotor e da carcaça é tão importante quanto à escolha da bomba em si!”

Há três condições diferentes que ocasionam desgaste numa Bomba de Polpa

Abrasão

Erosão

Corrosão

Abrasão

Abrasão por esmagamento

Abrasão por moagem

Abrasão de baixa pressão

Em Bombas de Polpa, o que temos, principalmente, é a abrasão pormoagem e de baixa pressão

A taxa de abrasão depende do tamanho de partícula e dureza domaterial.

A abrasão somente ocorre em dois locais dentro de uma Bomba de Polpa

1. Entre o rotor e o ponto de admissão (bocal) estacionário.

2. Entre a luva de eixo e o conjunto de gaxetas.


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6-28Proteção ao desgaste

Erosão

Este é o desgaste que predomina nas Bombas de Polpa. A razão dissoé que partículas existentes na polpa impactam a superfície do seumaterial por diversos ângulos.

O desgaste por erosão é fortemente influenciado pelo modo queoperamos a bomba.

O desgaste por erosão, em geral, tem seu nível mínimo à vazão no BEP(“Best Efficiency Point” ou Ponto de Melhor Eficiência) e aumenta tantocom vazões menores quanto maiores. Vide seção 12.

Por motivos que não são bem compreendidos, o desgaste por erosãotambém pode aumentar dramaticamente se permitimos que a bombaopere “roncando”; isto é, levando ar para dentro do tubo de sucção.Vide página 11-84 onde se encontra o desenho do poço - da bombade poço.

Já se sugeriu que isto pode ser causado por cavitação devido à

vibração das superfícies da bomba à medida que o ar flui por estassuperfícies. Essa hipótese, porém, é difícil de aceitar tendo em vista queas bolhas de ar geralmente atenuam a cavitação, movimentando-separa preencher as cavidades de vapor. Vide página 10-64 para umdescrição de cavitação.

Há três tipos principais de erosão.

Leito deslizante

Baixo impacto ângular

Alto impacto ângular


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Efeito da erosão sobre componentes da bomba

Rotor

O rotor está sujeito a desgaste por impacto (alto e baixo) principalmenteno seu olho, no shroud do lado da caixa de gaxeta (A), quando a vazãogira 90º. Na borda do vane (B).

O leito deslizante e baixo impacto angular ocorrem ao longo das vanesentre os shrouds do rotor (C).

Revestimentos laterais estão sujeitos ao leito deslizante e abrasão poresmagamento moagem

C


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Voluta

A voluta está sujeito ao desgaste por impacto sobre o corta-água.Leito deslizante e baixo impacto angular ocorrem no resto da voluta.

Corrosão

A corrosão (e ataques químicos) nas vias úmidas de uma Bomba dePolpa é um fenômeno complexo, tanto em relação ao material metálicoquanto de elastômero.

Para orientação, as tabelas de resistência química para material

metálico e de elastômero encontram-se na página 6:35 e seção 19.

Proteção contra desgaste - quais as opções?

Existem algumas opções principais na escolha de proteção contradesgaste para Bombas de Polpa:

Rotor e carcaça em Metal Duro e várias ligas de ferro fundido brancoe aço.

Rotor fabricado em elastômeros e carcaça protegida por revestimentode elastômero. Os elastômeros são, normalmente, borracha de váriasqualidades ou poliuretano.

Uma combinação de um rotor em metal duro e carcaças revestidasde elastômeros.


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Efeito do tamanho de partícula na seleção do materialTABELA 1 Classificação de Bombas Conforme o Tamanho de Partículas Sólidas (partículas com ‘dureza de areia’).

P u l v e r i z a d o

Série de telas padrão Tyler Tamanho de Partícula DescriçãoPol. mm Malha de partícula Classificação geral da bomba3

21,51,050 26,670,883 22,430,742 18,85 Peneira Bomba de Bomba0,624 15,85 cascalho aço- de0,525 13,33 manganês dragagem0,441 11,20 pumps0,371 9,423 austenítico0,321 7,925 2,5 Bombas0,263 6,68 3 Bombas revestidas de

0,221 5,613 3,5 de borracha, rotor ferro Bomba0,185 4,699 4 fechado, partículas duro de areia0,156 3,962 5 obrigatoriamente e0,131 3,327 6 redondas cascalho/0,110 2,794 7 brita0,093 2,362 8 Bombas0,078 1,981 9 Areia revestidas0,065 1,651 10 bastante de borracha, Bomba0,055 1,397 12 grossa impeller de areia0,046 1,168 14 rotor fechado0,039 0,991 16 Areia

0,0328 0,833 20 grossa0,0276 0,701 240,0232 0,589 28 Bombas de0,0195 0,495 32 Areia poliuretano0,0164 0,417 35 média & Bombas0,0138 0,351 42 revestidas0,0116 0,295 48 de0,0097 0,248 60 borracha, Bomba0,0082 0,204 65 Areia rotor de polpa0,0069 0,175 80 fina aberto0,0058 0,147 1000,0049 0,124 1150,0041 0,104 1500,0035 0,089 1700,0029 0,074 200 Lodo Bombas0,0024 0,061 250 de0,0021 0,053 270 ferro0,0017 0,043 325 duro0,0015 0,038 400

0,025 a5000,020 a6250,010 a12500,005 a25000,001 a12500

Argila de Barro


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Escolha do material de desgaste – Metais

Metal geralmente suporta mais abuso do que borracha e é a melhorescolha para material grosseiro.

Os metais utilizados são, principalmente:

Ferro Alto Cromo

Ferro alto cromo de alta resistência com dureza nominal de 650 BHN.Pode ser utilizado em condições de pH até 3,5 (menor valor admissível).É o material ‘standard’ para a maioria das séries/faixas de utilizaçãode bombas.

Aço manganês

Aço manganês com dureza de até 350 BHN. Usado principalmente em

aplicações de dragagem

Escolha do material de desgaste – Elastômeros

A borracha natural é, de longe, o principal elastômero utilizado noBombeamento de Polpa. É o mais custo-eficiente para sólidos finos.

Geralmente, dependendo de sua agudeza e densidade, partículas comtamanho de até 5-8 mm podem ser bombeadas.

Aviso!

Sucata muito grande e partículas cortantes podem destruir as peçasde desgaste, especialmente o rotor


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As famílias de elastômeros

Borrachas naturais

Borrachas sintéticas e poliuretano

As qualidades da borracha natural são:

Borracha natural 110 Material de revestimento macio

Borracha natural 168 Material de rotor de alta resistência

Borracha natural 134 Material de revestimento de alto desempenho

Borracha natural 129 Material de alto desempenho comresistência mecânica extra

Estes materiais são fornecidos como materiais padrão com diferentesséries de bombas.

Qualidade de borracha sintética:

A Metso oferece uma ampla série de outras borrachas sintéticas.

Estes materiais são utilizados principalmente quando não se podeusar a borracha natural.

Os principais tipos de borracha sintética encontram-se na tabelana página a seguir, a qual pode ser utilizada como guia geral para a

escolha do elastômero.

Existem mais tipos de poliuretano do que tipos de aço. As comparaçõesentre os poliuretanos devem ser feitas com muito cuidado. A Metsoutiliza um poliuretano especial do tipo MDI.

Há poliuretano para a maioria das séries/faixas de utilização debombas e o material proporciona excelente resistência ao desgastepara operações com partículas finas (


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Material Propriedades Propriedades Propriedadesfísicas químicas térmicas

Max. Resistência Água Ácidos Óleos, Maior temp.Velocidade ao quente, fortes e hidro- de serviço (oC)

periférica do desgaste ácidos oxidantes carbo- Continuamente Rotor (m/s) diluídos netos Ocasionalmente

Borrachas 27 Muito boa Excellente Razoável Ruim (-50) to 65 100naturais

Cloropreno 452 27 Boa Excellente Razoável Boa 90 120

EPDM 016 30 Boa Excellente Boa Ruim 100 130

Borracha 30 Razoável Excellente Boa Ruim 100 130Butílica

Poliuretano 30 Muito boa Razoável Ruim Boa (-15) 45-50 65

Para dados exatos sobre resistência química consulte as tabelas na seção 19.

Revestimentos de cerâmica

Apesar da cerâmica ter alta resistência ao desgaste, temperatura e àmaioria dos produtos químicos, ela nunca foi realmente aceita comoum material padrão para o dia-a-dia do Bombeamento de Polpa.

Por ser tanto frágil quanto de fabricação cara.

Trabalho para o desenvolvimento de cerâmica continua na tentativade melhorar a sua aceitação.


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7-37 Selagens

7. SELAGENS

“Se os desenhos dos rotores e carcaças são essencialmente os mesmos para todas as nossas Bombas

de Polpa, definitivamente não se pode dizer o mesmo em relação às selagens para estes sistemas

hidráulicos!”

Parâmetros críticos para a escolha de selagens

Horizontal: Vazamento de polpa (sucção afogada), vazamento

de ar (sucção elevada), deflexão de eixo, e altura de

sucção

Vertical: Projetada sem selagens de eixo

Submersível: Vazamento de polpa, conexões elétricas


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7-38Selagens

Selagens de eixo

“Onde o eixo penetra na carcaça, previne-se o vazamento (ar ou

polpa) através do uso de várias selagens de eixo”!

“A selagem do eixo é a função mais importante a realizar em

qualquer Bomba de Polpa.”

“A escolha da selagem correta para qualquer aplicação é essencial.”

Função básica da selagem de eixo

A função básica de uma selagem de eixo é pura e simplesmente tampar

o buraco na carcaça por onde passa o eixo, restringindo (quando não

impedindo) os vazamentos.

Tipo de vazamento

Na sucção afogada, o vazamento é geralmente de um líquido saindo

da bomba, por outro lado, em elevação da sucção, tal ‘vazamento’ pode

ser de ar entrando na bomba.

Localização e tipos de selagens

As selagens se localizam num alojamento ou caixa de gaxetas. Três

desenhos básicos estão disponíveis:

• Selagem por Gaxetas (‘Soft Packed gland’ )

• Selagem Mecânica (faces planas carregadas por mola)

• Selagem dinâmica


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7-39 Selagens

Selagens com água

Para a maioria das Bombas de Polpa, o líquido usado para a selagem

é água limpa. Para proporcionar a melhor durabilidade possível de

selagem, a água deverá ser de boa qualidade sem quaisquer partículas

sólidas.

Onde um pouco de diluição da polpa for aceitável, as selagens de

preenchimento por gaxetas são normalmente a primeira escolha,com duas opções:

Tipo ‘full flow’, para o caso em que uma diluição da polpa não é um

problema.

Quantidades típicas de descarga para o tipo ‘full flow’:

10-90 litros/min (dependendo do tamanho da bomba)

Tipo ‘low flow’ quando a diluição é um problema menor.

Quantidades típicas de descarga para o low flow “baixo vazão”:

0,5- 10 litros/min (dependendo do tamanho da bomba).

Obs!

A opção de enchimento ‘full flow’, quando aplicável, normalmente

proporciona a maior ‘vida útil de selagem’ para as Bombas de Polpa.

Vazão Pleno Baixo Vazão

Selagens mecânicas também são oferecidas, com e sem água. Se água

for utilizada (as configurações com gaxetas são mais econômicas e

de manutenção mais fácil), deve-se sempre considerar um caixa de

gaxetas, contanto que o vazamento externo seja aceitável.

Com relação às selagens metálicas sem água, vide a página a seguir.


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7-40Selagens

Selagens sem água

Para proporcionar uma selagem confiável sem água de descarga (flush

water), utilizamos selagens centrífugas (expellers ou expelidores).

Selagens centrífugas

Um expeller utilizado em conjunto com um alojamento preenchido

com selagem (caixa de gaxetas) é descrito como uma selagemcentrífuga.

Apesar de selos centrífugos existirem há muitos anos, só recentemente

é que o desenho e a tecnologia de materiais avançaram a ponto de

permitir que uma grande parcela das Bombas de Polpa fornecidas

hoje em dia incluam um expeller.

O selo centrífugo só é eficaz quando a bomba está em operação.

Quando a bomba está parada (estacionária), uma selagem

convencional estática é proporcionada pela selagem do eixo, mas

utiliza menor número de anéis de gaxeta de enchimento do que numalojamento (caixa de gaxetas) convencional.

Descrição – Expeller

O ‘expeller’ ou expelidor é, na verdade, um rotor secundário

posicionado atrás do rotor principal, alojado em sua própria câmara

de selagem, próximo à carcaça principal da bomba.

Funcionando em série com as vanes de expulsão da capa traseira

do rotor, o expeller evita que o liquido vaze para a caixa de gaxetas,

assegurando uma selagem seca.

“Essa selagem é conseguida porque a pressão total produzida pelas

vanes de expulsão e pelo rotor é maior do que a pressão produzida

pelas vanes principais do rotor, somada à altura manométrica da

sucção.”

A pressão da caixa de gaxetas, com um selo centrífugo, se reduz,

portanto, à pressão atmosférica


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7-41 Selagens

Limitações do selo centrífugo

Todos os selos centrífugos são limitados em termos da altura

manométrica de entrada que eles conseguem vedar em relação à

altura manométrica de operação da bomba.

O limite de altura manométrica de entrada aceitável, no primeiro

caso, é determinado pela relação entre o diâmetro do expeller (selo

centrífugo) e o diâmetro do vane principal do rotor.Variando conforme o seu desenho, a maioria dos expellers (selos

centrífugos) proporcionarão selagem contanto que a altura

manométrica de entrada não exceda 10% da altura manométrica

operacional de descarga para os rotores padrão. Cálculos exatos são

feitos por nosso software de dimensionamento PumpDim™.

Selo Dinâmico – sumário dos benefícios

“Não requer água de selagem”

“Não há diluição provocada por água de selagem”

“Menor manutenção de gaxetas”

“Sem vazamento nas gaxetas durante a operação”

Selos mecânicos

Selagens mecânicas terão que ser consideradas nos casos em que não

for possível o uso de selos dinâmicos (vide limitações acima).

As selagens mecânicas são selos de alta precisão, lubrificados e

refrigerados a água, que funcionam dentro de faixas de tolerância tais

que as partículas de polpa não conseguem penetrar nas superfícies

de selagem o que causaria sua destruição.


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7-42Selagens

Os selos mecânicos são bastante sensíveis a deflexão do eixo e

vibrações.

Um arranjo de eixo e mancal (rolamento) rígido é crucial para que se

tenha êxito na operação.

Se o selo mecânico não estiver imerso num líquido, o atrito entre as

superfícies de selagem irá gerar calor, levando as faces a falharem em

questão de segundos. Isto também pode acontecer se os vanes de

descarga do rotor da bomba forem eficazes demais.

O maior senão, porém, é o custo que é bastante alto.

O trabalho de desenvolvimento em busca de selos mecânicos com

melhor custo efetivo e confiáveis é contínuo e esse tipo de selagemé, a partir de hoje, também uma opção viável para bombas de polpa.

Selo mecânico - a única opção para bombas submersíveis!

Quando se trata da selagem dos rolamentos de um motor elétrico em

uma bomba submersível, não há alternativa se não os selos mecânicos

(selagens mecânicas).


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7-43 Selagens

O conjunto de selagem consiste de dois selos mecânicos independentes,

funcionando em óleo.

No lado onde se encontra o rotor, as superfícies de selagem são de

carbeto de tungstênio contra carbeto de tungstênio e no lado onde

está o motor, carbono contra cerâmica.

Obs! Nestas bombas há também um pequeno disco expulsor fixado

ao eixo atrás do rotor para proteger os selos selos.

Isto não é um selo centrífugo conforme descrito acima para as

bombas horizontais!

Trata-se de uma espécie de defletor ou disco de proteção mecânica,

impedindo que as partículas da polpa danifiquem o selo mecânico

inferior.

Bombas de Polpa sem selagens - desenhos verticais

As duas razões principais para o desenvolvimento de Bombas de Polpa

Verticais foram:

• Utilizar motores secos, protegidos de inundação

• Eliminar os problemas de selagem


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7-44Selagens


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8-45 Eixos e mancais

8. EIXOS E MANCAIS

Desenhos de transmissões

Bombas de Polpa Horizontais

Os rotores são apoiados num eixo que, por sua vez, é sustentado pormancais antiatrito.

Os rolamentos são geralmente lubrificados a óleo ou graxa.

Em nossas Bombas de Polpa, o rotor é sempre montado na extremidadeterminal do eixo.

O acionamento do eixo é normalmente feito por correias e polias, ouvia um acoplamento flexível (com ou sem redutor).

Eixos de bombas e o fator SFF (Fator de Flexibilidade de Eixo)Como os rotores das Bombas de Polpa estão sujeitos a cargas maisaltas do que as bombas de água limpa, é essencial que o eixo tenhaum desenho robusto.

O fator de flexibilidade de eixo (SFF - Shaft Flexibility Factor) relacionao diâmetro do eixo, no ponto do selo D (mm), como o comprimentoem balanço (desde o rolamento da via úmida até a linha central dorotor) L (mm) e é definido como L3/D4.

Esta é uma medida da susceptibilidade do eixo a deflexão (o que écrítico para selagem do eixo e a vida útil do rolamento).

Valores típicos de SFF para Bombas de Polpa Horizontais são de 0,2a 0,75.

Valores típicos de SFF para líquidos limpos são de 1 a 5.

Obs! A deflexão de eixo ocorre tanto nas Bombas de Polpa horizontais

quanto nas verticais, mas quanto mais longo a parte suspensa, maior

a deflexão em relação à mesma carga radial!


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8-46Eixos e mancais

Informações básicas sobre mancais

Vida útil-L10

A vida útil de um rolamento é calculada utilizando o método ISO 281.

A vida que calculamos é a chamada vida útil L10 . Esse valor é o númerode horas em que é previsto que 10% dos rolamentos em uso sob

aquelas condições de operação sofrerão falha.

A vida útil média é de aproximadamente quatro vezes a vida útil L10

.

As Bombas de Polpa da Metso, em sua maioria, são dimensionadaspara uma vida L

10 mínima de 40.000 horas, isto é, 160.000 horas de

vida média.

É claro que os rolamentos irão falhar muito mais rapidamente se forem

contaminados pela polpa.

Configurações de mancaisCargas radiais

Em serviços como o preenchimento e pressurização de filtros-prensa,onde são encontradas baixas taxas de vazão com grandes alturasmanométricas, as cargas radiais nos rotores são altas e, então,conjuntos duplos de rolamentos de via úmida são utilizados paraproporcionar um vida útil L

10 superior a 40.000 horas (isto é, 10% de

falha em 40.000 horas). Vide capítulo 12 para maiores detalhes sobrecargas radiais.

Cargas axiais

Em serviços tais como bombeamento em série multi-estágio, ondecada bomba segue imediatamente depois de outra (i.e as bombas nãosão colocadas espaçadamente ao longo da linha), altas cargas axiaissão encontradas devido à grande altura manométrica de entrada nosegundo estágio e estágios subseqüentes. Para atender a exigênciade vida útil de rolamento mínima, podem ser necessários duplosrolamentos no lado do acionamento. Vide capítulo 12 para maioresdetalhes sobre cargas axiais.

Mancais e arranjos

Numa Bomba de Polpa, temos tanto forças radiais quanto forças axiaisagindo sobre o eixo e os rolamentos.

A escolha de rolamentos segue duas linhas de raciocínio:

O primeiro arranjo ou conjunto com um rolamento na via úmida,absorvendo somente as forças radiais, e um rolamento na extremidadepropulsora, absorvendo tanto forças axiais quanto forças radiais.

O segundo arranjo, utilizando rolamentos de rolos cônicos (dos tipospadrão, fabricados em massa) em ambas as posições, absorvendo tantoas cargas axiais quanto radias em ambas as posições.


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8-47 Eixos e mancais

Escolha de mancais

Na série de Bombas de Polpa, ambos os arranjos são utilizados,variando conforme a série da bomba

Primeiro arranjo

Segundo arranjo

No desenho vertical onde o segmento em balanço é extremamentelongo, utiliza-se o primeiro arranjo de rolamentos.


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8-48Eixos e mancais


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9-49 Acionamentospara bombas de polpa

9. ACIONAMENTOS PARA BOMBAS DE POLPA

Existem dois desenhos básicos de acionamentos para Bombas de

Polpa:

1. Acionamentos indiretos utilizados nas bombas horizontais e

verticais, consistindo de motor (em vários arranjos de acionamento)e de transmissão (correia em V ou redutor).

Este conceito permite a liberdade de escolher motores de baixo

custo (de 4 pólos) e componentes de acionamento conforme o

padrão industrial local. Tem-se também boa flexibilidade para alterar

o desempenho da bomba através de uma simples mudança de

velocidade.

2. Acionamentos Diretos são sempre utilizados em bombas

submersíveis e, onde casos em que a aplicação assim determinar,

também nas bombas horizontais e verticais.

Por este conceito de acionamento fazer com que ele seja parte

integral da bomba, isto causa problemas tanto para o fornecimentode componentes quanto para a alteração do desempenho da bomba.


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9-50Acionamentospara bombas de polpa

Acionamentos indiretos

Escolha de motores

De longe, o motor mais comum é o motor de indução tipo ‘gaiola-de-

esquilo’ que é econômico, confiável e produzido em todo o mundo.

A prática no dimensionamento de motores de bombas é de estabelecer

um fator de segurança mínimo,

acima da potência absorvida calculada, de 15%.

Essa margem leva em conta incertezas no cálculo de cargas de trabalho

e modificações do tipo de trabalho posteriormente.

Com unidades propulsoras de correia em V, é normal optar por motores

de quatro pólos pois isto proporciona o arranjo/conjunto propulsor

mais econômico.

Arranjos de acionamentos/acionadores

Há vários arranjos (disposições) de acionamento disponíveis em relaçãoa motores elétricos com propulsão a correia, isto é: superior, superior

reversa, e montagem lateral.

Comentários sobre arranjos de acionamento

Os arranjos mais comuns de unidades propulsoras são os de motores

com montagem lateral e superior. A montagem em posição sobre abomba é geralmente a mais econômica e eleva o motor, distanciando-o

do piso e de derramamentos.

Se a bomba tiver desenho do tipo “back-pull out” e for montada

sobre uma base de manutenção deslizante a manutenção pode ser

significativamente simplificada.

Limitações em relação à montagem superior:

O tamanho do motor é limitado pelo tamanho da estrutura da bomba.

Se a montagem superior não puder ser utilizada, utilize motores de

montagem lateral (com trilhos deslizantes para o tensionamento da

correia).


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9-51 Acionamentospara bombas de polpa

Transmissões por correia em V (V-belt) (acionamentos de velocidade fixa)

Os diâmetros dos rotores de Bombas de Polpa (de metal duro ou

elastômeros) não pode ser alterado com facilidade, portanto, para

se conseguir alterações no desempenho, é necessário uma mudança

na velocidade. Isso se faz, normalmente, com um propulsor a correia

em V. Alterando-se uma ou ambas as polias, pode-se fazer a “sintonia

fina” da bomba para alcançar o ponto de carga de trabalho, mesmo

quando as aplicações são alteradas.

Contanto que as correias estejam tensionadas corretamente, os

modernos acionamentos a correia em V são extremamente confiáveis,

com uma vida útil esperada de 40 000 horas e perda de potência de

menos de 2%.

A razão de velocidade máxima típica para os acionamentos a correia

em V é de 5:1, com motores de 1500 rpm, e 4:1 com motores de 1800

rpm.

Transmissões a correia em V - limitações

Quando a velocidade da bomba for baixa demais (bombeamento de

dragagem) ou quando a potência for alta demais, as correias em V

não são adequadas.

Nesses casos, é necessário o uso de redutores ou correias dentadas.

Os acionamentos a correia dentada estão se tornando cada vez mais

populares, proporcionando a flexibilidade dinâmica de um propulsor

a correia em V com tensão mais baixa.

Bomba de Polpa

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