16 maq 001-cfaq i-m 2013

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16 maq 001-cfaq i-m 2013

  1. 1. 1 MARINHA DO BRASIL DIRETORIA DE PORTOS E COSTAS ENSINO PROFISSIONAL MARÍTIMO CURSO DE FORMAÇÃO DE AQUAVIÁRIOS (CFAQ I-M) MANUTENÇÃO DE MÁQUINAS E EQUIPAMENTOS DE SISTEMAS AUXILIARES – MAQ 001– 1ª. edição Rio de Janeiro
  2. 2. 2013 © 2013 direitos reservados à Diretoria de Portos e Costas Autor: Professor Marcus Vinicius de Lima Arantes Revisão Pedagógica: Revisão ortográfica: Diagramação/Digitação: Invenio Design Coordenação Geral: ____________ exemplares Diretoria de Portos e Costas Rua Teófilo Otoni, n. 4 – Centro Rio de Janeiro, RJ 20090-070 http://www.dpc.mar.mil.br secom@dpc.mar.mil.br
  3. 3. 3 Depósito legal na Biblioteca Nacional conforme Decreto n. 1825, de 20 de dezembro de 1907. IMPRESSO NO BRASIL / PRINTED IN BRAZIL 2 S U M Á R I O INTRODUÇÃO........................................................................................................................ 7 UNIDADE 1– CANALIZAÇÃO, VÁLVULAS E ACESSÓRIOS.............................................. 9 1.1 CANALIZAÇÃO, REDE E TUBO ............................................................................. 9 1.2 MATERIAIS USADOS NA FABRICAÇÃO DOS TUBOS ........................................... 10 1.3 ACESSÓRIOS DE TUBULAÇÃO, JUNTAS E ISOLAMENTO TÉRMICO ................. 10 1.3.1 União de tubos ........................................................................................................... 11 1.3.2 Elementos de vedação – Juntas ................................................................................ 14 1.3.3 Demais acessórios de tubulação ................................................................................ 16 1.3.4 Isolamento térmico...................................................................................................... 18 1.3.5 Válvulas ...................................................................................................................... 20 1.3.6 Padronização de cores de redes de tubulação .......................................................... 23 1.3.7 Elementos de Vedação – Gaxetas ............................................................................ 26 UNIDADE 2 – INSTRUMENTOS DE CONTROLE ................................................................ 29 2.1 PRESSÃO .................................................................................................................. 29 2.1.1 Conceitos, unidades de pressão e conversões .......................................................... 30 2.1.2 Instrumentos de medição de pressão ........................................................................ 2.2 TEMPERATURA ........................................................................................................ 31 2.2.1 Conceitos, unidades de temperatura e conversões ................................................... 31 2.2.2 Instrumentos de medição de temperatura .................................................................. 32 2.3 VOLUME E VAZÃO .................................................................................................... 33
  4. 4. 2.4 NÍVEL ......................................................................................................................... 37 UNIDADE 3 – LUBRIFICAÇÃO ............................................................................................ 39 3.1 CONCEITO DE ATRITO E LUBRIFICAÇÃO.............................................................. 39 3.2 PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DOSÓLEOSLUBRIFICANTES ......................... 40 3.2.1 Viscosidade ................................................................................................................ 40 3.2.2 Densidade .................................................................................................................. 40 3.2.3 Ponto de fluidez ......................................................................................................... 41 3.2.4 Ponto de fulgor ........................................................................................................... 41 3.3 TIPOS DELUBRIFICANTES USADOS A BORDO .................................................... 41 3.4 MÉTODOS DE APLICAÇÃO DE LUBRIFICANTES................................................... 41 3.5 ARMAZENAMENTO DOS LUBRIFICANTES............................................................. 44 UNIDADE 4 – COMPRESSORES DE AR............................................................................... 47 4.1 COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO POSITIVO ............................................. 47 4.1.1 Compressores alternativos ......................................................................................... 48 4.1.2 Compressores rotativos ............................................................................................. 49 4.2 COMPRESSORES DINÂMICOS (TURBOCOMPRESSORES) ................................. 52 4.3 CONTROLE DE CAPACIDADE DOS COMPRESSORES ........................................ 52 4.4 CUIDADOS NA OPERAÇÃO COM COMPRESSORES ........................................... 53 UNIDADE 5 –TANQUES ....................................................................................................... 55 5.1 CLASSIFICAÇÃO DOS TANQUES. ESTRUTURAIS E NÃO-ESTRUTURAIS ......... 55 5.1.1 Tanques estruturais..................................................................................................... 55 5.1.2 Tanques não-estruturais.............................................................................................. 55 5.2 IDENTIFICAÇÃO DOS TANQUES EM UM PLANO .................................................. 55 5.2.1 Tanques estruturais ................................................................................................... 55 5.2.2 Tanques não-estruturais ............................................................................................ 56 5.3 SONDAGEM de tanques ............................................................................................ 56 UNIDADE 6 – BOMBAS ........................................................................................................ 57 6.1 CLASSIFICAÇÃO DAS BOMBAS .............................................................................. 57 6.1.1 Bombas de deslocamento positivo ou volumétricas ................................................... 57 6.1.2 Turbobombas ou bombas dinâmicas.......................................................................... 59 6.2 EMPREGO DAS BOMBAS A BORDO ...................................................................... 61 6.3 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DAS BOMBAS .................................................. 62 6.3.1 Funcionamento de uma bomba alternativa ................................................................ 62 6.3.2 Funcionamento de uma bomba rotativa...................................................................... 63
  5. 5. 5 6.3.3 Funcionamento de uma bomba centrífuga ................................................................ 65 UNIDADE 7 – SEPARADORES CENTRÍFUGOS.................................................................. 67 7.1 CONCEITOS DE DENSIDADE, SEDIMENTO, CLARIFICAÇÃO E PURIFICAÇÃO.. 67 7.2 FUNCIONAMENTO DOS SEPARADORES CENTRÍFUGOS.................................... 68 7.3 COMPONENTES DE UM PURIFICADOR ................................................................. 69 7.4 CUIDADOS NA MANUTENÇÃO E LIMPEZA DOS SEPARADORES........................ 70 UNIDADE 8 – COMBATE À POLUIÇÃO................................................................................ 73 8.1 MÉTODOS DE COMBATE À POLUIÇÃO DA ÁGUA DO MAR POR ÓLEO: DISPERSANTES, AGLUTINADORES, ABSORVENTES E BARREIRAS ................. 73 8.2 SISTEMAS DE LAVAGEM DE TANQUES: LOAD ON TOP (LOT), LAVAGEM COM ÓLEO CRU (COW), TANQUES PARA LASTRO SEGREGADO (SBT)............ 74 8.3 SEPARADOR DE ÁGUA E ÓLEO.............................................................................. 75 8.3.1 Princípio de funcionamento......................................................................................... 76 8.4 SISTEMA DE TRATAMENTO DE EFLUENTES ........................................................ 77 UNIDADE 9 – COMUNICAÇÕES INTERIORES E SISTEMAS DE ALARME ...................... 79 9.1 COMUNICAÇÕES INTERIORES ............................................................................... 79 9.2 SISTEMA DE ALARMES DA PRAÇA DE MÁQUINAS............................................... 80 9.2.1 Princípio de funcionamento do sistema de alarmes .................................................. 81 UNIDADE 10 – TROCADORES DE CALOR......................................................................... 83 10.1 FORMAS DE TRANSMISSÃO DE CALOR: CONDUÇÃO, CONVECÇÃO E RADIAÇÃO ................................................................................................................. 83 10.2 VAPORIZAÇÃO E CONDENSAÇÃO ......................................................................... 84 4 10.2.1 Vaporização ................................................................................................................ 84 10.2.2 Condensação.............................................................................................................. 85 10.3 PRINCIPAIS PARTES DE UMA CALDEIRA .............................................................. 85 10.4 FUNCIONAMENTO DE UMA CALDEIRA .................................................................. 88
  6. 6. 10.5 TIPOS DE TROCADORES DE CALOR MAIS COMUNS A BORDO: CONDENSADORES, AQUECEDORES E RESFRIADORES ................................... 91 UNIDADE 11 – SISTEMAS DE GOVERNO........................................................................... 95 11.1 PRINCIPAIS PARTES DE UM SISTEMA DE GOVERNO ......................................... 95 11.2 EVOLUÇÃO DA MÁQUINA DO LEME ...................................................................... 96 BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................................... 101
  7. 7. 7 6 INTRODUÇÃO Os navios, independentemente do seu porte e tipo, possuem diversos equipamentos e instrumentos de controle que compõem o seu sistema de propulsão e seus sistemas auxiliares. O propósito geral desta disciplina é proporcionar ao aluno conhecimentos sobre os equipamentos e demais acessórios dos sistemas auxiliares das instalações de máquinas de navios mercantes. Esta apostila aborda os principais sistemas auxiliares de bordo, incluindo equipamentos estáticos, equipamentos dinâmicos e seus sistemas de lubrificação, tubulação e seus acessórios e instrumentação de controle. Considerou-se como critério de elaboração deste trabalho uma abordagem dos assuntos que propiciasse uma dosagem de conhecimento aos alunos compatível com suas atribuições no exercício de suas atividades profissionais. Recomenda-se aos alunos uma leitura atenciosa dos diversos assuntos aqui apresentados, uma vez que serão de fundamental importância para o desempenho de suas funções a bordo. É também importante ressaltar um dos principais aspectos para quem lida com máquinas e sistemas pressurizados, energizados e com fluidos a alta temperatura. É o aspecto relativo a segurança. São sistemas que requerem atenção dos seus operadores, que, por sua vez, devem obedecer às regras de segurança utilizando os EPIs adequados e tomando todos os cuidados necessários para evitar acidentes.
  8. 8. 8
  9. 9. 9 UNIDADE 1 CANALIZAÇÕES, VÁLVULAS E ACESSÓRIOS 1.1 CANALIZAÇÕES, REDE E TUBO A maioria dos sistemas de bordo tem entre os seus componentes uma rede de tubulação. É por seu intermédio que são movimentados os diversos fluidos tais como vapor, água, óleo combustível, óleo lubrificante, ar comprimido, etc. Tubos ou canalizações são os elementos utilizados para essa finalidade. Ao seu conjunto denominamos rede de tubulação ou simplesmente rede, como é mais usual a bordo. Dependendo de sua aplicação, os tubos são fabricados de diversos materiais e diâmetros. Figura 1: Rede de tubulação. Entre os diversos sistemas ou redes de tubulação existentes a bordo podemos destacar as seguintes: - Rede de água de alimentação de caldeiras. - Redes de água potável e de água de resfriamento de intercambiadores - Redes de transferência e de queima de óleo combustível. - Rede de óleo lubrificante. - Redes de ar comprimido de serviço e ar de instrumentos. - Rede de água de combate a incêndio. - Rede de esgotamento de porão.
  10. 10. 10 1.2 MATERIAIS USADOS NA FABRICAÇÃO DOS TUBOS Os tubos podem ser fabricados de diversos tipos de materiais dependendo do fluido que irá transportar sua pressão, temperatura e os esforços aos qual a rede de tubulação ficará submetida durante a operação. Os materiais mais empregados na fabricação de tubos podem ser metálicos ou plásticos e os principais são os seguintes: Aço e suas ligas Material utilizado na grande maioriade tubos.Podem ser aços-carbonoou aços inoxidáveis com composição química também variável. O aço tem boa resistência mecânica e é compatível com a maioria dos fluidos transportados. Os aços inoxidáveis são utilizados quando o fluido transportado é mais agressivo ou se encontra em pressões e temperaturas mais elevadas. Ferro Fundido Tem baixa resistência mecânica.É mais utilizado em redes de drenagem de esgoto Ferro Forjado Tem boa resistência mecânica e boa resistência a corrosão. É muito utilizado em redes de água doce fria ou quente. Metais não- ferrosos (cobre recozido e latão) Têm utilização geral em água doce e salgada,óleo lubrificante,gás frigorífico e ar de baixa pressão. Como os outros materiais, o cobre também tem seus atributos e desvantagens.Com relação à qualidade e vida útil, certamente não há material que o iguale.Por outro lado,o custo é o mais alto que o dos outros materiais e requerem alguns cuidados especiais tal como mão-de-obra especializada para a instalação.Tem boa resistência química,mas tem um alto coeficiente de dilatação. Ligas de cobre- níquel São materiais especiais, mais caros, normalmente empregados em sistemas com fluidos em temperaturas elevadas e em tubos de intercambiadores de calor por onde circula água salgada. Materiais plásticos Muito utilizados em instalações prediais de água e esgoto. O tipo de material plástico mais utilizado é cloreto de polivinila, mais conhecido como PVC. Atualmente os tubos plásticos são largamente utilizados,muito conhecidos,têm preço relativamente baixo e fácil manuseio. Cimento Os tubos de concreto são utilizados em sistemas de abastecimento urbanode água, captação e condução de águas pluviais, esgoto sanitário, efluentes industriais ou para a canalização de córregos e galerias. Borracha Utilizada para fabricação de tubos flexíveis (mangueiras com e sem espiral metálica) para passagem de ar comprimido,água,hidrocarbonetos e produtos abrasivos.São também utilizados para produtos alimentícios e químicos. 1.3 ACESSÓRIOS DE TUBULAÇÃO, JUNTAS E ISOLAMENTO TÉRMICO Acessórios para tubulações são componentes utilizados em sistemas de tubulação para fazer mudanças de direção (curvas e joelhos), fazer derivações (tês), fazer mudanças de diâmetro (reduções concêntricas e excêntricas), fazer ligações de tubos entre si (luvas, uniões e flanges) e fazer fechamento da extremidade de um tubo(tampões ou flange cego).
  11. 11. 11 1.3.1 União de tubos Para constituir uma rede de tubulação, os tubos podem ser unidos através de vários tipos de conexões que são as seguintes: Conexão soldada Os tubos são unidos através de um processo de soldagem. A técnica correta de soldagem de tubos indica uma união por solda de topo - as extremidades dos dois tubos são chanfradas (ou biseladas) e a abertura preenchida com solda. Figura 2: Solda de topo. Figura 3: Tubulação soldada. Conexão flangeada Nesse tipo de conexão são utilizados nas extremidades dos tubos a serem unidos elementos de conexão chamados de flanges. Os flanges são roscados ou soldados nas extremidades dos tubos e são unidos e ajustados um contra o outro por intermédio de parafusos e porcas. Para propiciar uma vedação perfeita, usa-seum elemento chamado junta entre as duas faces dos flanges a serem unidas. Os tipos de flanges variam quanto a diversos dos seus aspectos.Quanto a sua face podem ser: Face com ressalto (“raised face”) É o tipo mais comum de face. A vedação é feita pelos ressaltos dos dois flanges quando unidos. Entre os ressaltos coloca-se uma junta. O ressalto pode ser ranhurado ou não. Face plana (“flat face”) As faces são lisas, sem ressaltos. O aperto da junta é muito inferior ao obtido em igualdade de condições com os flanges de face com ressalto. São o faceamento usual nos flanges de ferro fundido e de outros materiais frágeis, como os plásticos, por exemplo. Se os flanges de ferro fundido e de outros materiais frágeis tivessem faces com ressalto,o aperto dos parafusos poderia causar fraturas nas bordas do flange em consequência da flexão.
  12. 12. 12 Figura 4: Flange face com ressalto. Figura 5: Flange face plana. Face para junta de anel (“ringtype joint”) Esse tipo de face é usado em flanges de aço para serviços severos, de altas pressões e temperaturas, como por exemplo, vapor. É empregado também para fluidos perigosos, e tóxicos em que deva haver maior segurança contra vazamentos. A face dos flanges tem um rasgo circular profundo, onde se encaixa uma junta em forma de anel metálico. Consegue-se nesses flanges uma melhor vedação com o mesmo grau de aperto dos parafusos, não só devido à ação de cunha da junta de anel nos rasgos dos flanges como,também, porque a pressãointerna tende a dilatar a junta de anel apertando-a contra as paredes dos rasgos.Os flanges para junta de anel garantem também melhor vedação em serviços com grandes variações de temperatura. Os flanges são ainda classificados de acordo com suas características construtivas e os mais usuais são os seguintes: Flange de pescoço (“welding neck”) É um dos tipos de flange mais usados em tubulações industriais para quaisquer níveis de pressões e temperaturas, para diâmetros de 1 ½” ou maiores. Tem excelente resistência mecânica, permite melhor aperto e baixas tensões residuais em consequência da solda. Suas extremidades terão que ser chanfradas para serem ligadas ao tubo por uma única solda de topo. Flange sobreposto (“slip on”) Figuras 6 e 7: Flange tipo “Ringtype joint”. Figuras 8 e 9: Flange de pescoço.
  13. 13. 13 É um flange de menor custo e mais fácil de se instalar do que o flange de pescoço.A ponta do tubo se encaixa no flange, facilitando o alinhamento e evitando a necessidade do corte do tubo na medida exata. O flange é ligado ao tubo por duas soldas em ângulo, uma interna e outra externa. Esse flange só pode ser usado para tubulações em serviços não severos, porque o aperto permissível é bem menor - as tensões residuais são um pouco mais elevadas. Flange de encaixe (“socket welding”) O flange de encaixe é muito parecido com o flange sobreposto. A diferença está em que seu diâmetro nominal, existe outro diâmetro menor, que serve de apoio para a ponta do tubo. O diâmetro interno do tubo e o diâmetro de passagem são iguais. Isto elimina qualquer restrição ao fluxo. A Soldagem é feita apenas na parte externa do flange. Flange rosqueado (“Threaded Flange”) Os flanges rosqueados são usados apenas para tubos de metais de difícil soldabilidade (ferro fundido, por exemplo), e para alguns tipos de tubos não-metálicos, como os de materiais plásticos.Empregam-setambém para tubos de aço e de ferro forjado em tubulações secundárias (água, ar comprimido etc.) e em redes prediais. Flange solto (“lap joint”) Este tipo de flange não é fixo à tubulação, podendo deslizar livremente no tubo, só se detendo na extremidade do tubo onde é soldado uma peça denominada de pestana (stub-end). É entre essas pestanas que é colocada a junta como elemento de vedação. Os flanges soltos Figuras 10 e 11: Flange sobreposto. Figuras 12 e 13: Flange de encaixe. Figuras 14 e 15: Flange rosqueado.
  14. 14. 14 são muito utilizados em tubulações de aço inoxidáveis outros materiais nobres, de custoelevado, pois não entram em contato com o fluido e, portanto pode ser de material menos nobre. Figuras 16 e 17: Flange solto. Flange cego (blind) Este tipo de flange não é vazado e é usado para fechar extremidades dos sistemas de tubulação. 1.3.2 Elementos de vedação – Juntas Em todas as ligações flangeadas existe sempre uma junta que é o elemento de vedação. Quando em serviço, a junta está submetida a uma forte compressão provocada pelo aperto dos parafusos, e também a um esforço de cisalhamento devido à pressão interna do fluido circulante. Para que não haja vazamento através da junta, é necessário que a pressão exercida pelos parafusos seja bem superior à pressão interna do fluido, que tende a afastar os flanges. Por esse motivo, quanto maior for à pressão do fluido, tanto mais dura e resistente terá de ser a junta, para resistir ao duplo esforço de compressão dos parafusos e de cisalhamento pela pressão. A junta também deverá ser suficientemente deformável e elástica para se amoldar às irregularidades das superfícies dos flanges, garantindo a vedação. Assim, as juntas duras, se por um lado resistem a pressões mais altas, por outro lado exigem maior perfeição no acabamento das faces dos flanges e no alinhamento dos tubos, e vice-versa. O material das juntas deverá ainda resistir à ação corrosiva do fluido, bem como a toda faixa possível de variação de temperaturas. As juntas para flanges podem ser não-metálicas, semimetálicas, ou metálicas, sendo os seguintes tipos mais usuais: Juntas não-metálicas Existe uma grande variedade de juntas não-metálicas, empregadas com flanges de face com ressalto, ou com flanges de face plana. Os principais materiais empregados são: Figuras 18 e 19: Flange cego.
  15. 15. 15 a) Borracha natural: usada para água, ar, condensado até 60°C. b) Borrachas sintéticas: usadas para óleos até 80°C. c) Materiais plásticos: usados para fluidos corrosivos em baixas pressões e temperatura ambiente. d) Papelão hidráulico: é um nome genérico para designar diversas classes de juntas de amianto comprimido grafitado com um material aglutinante. Figura 20: Juntas não-metálicas para flanges. Juntas metálicas Essas juntas são constituídas de uma lâmina metálica (geralmente de aço inoxidável), torcida em espiral, com enchimento de amianto entre cada volta. Essa inserção de aço inox e amianto se deformam com o aperto ajustando-se às faces dos flanges promovendo uma boa vedação. É prática usual empregar-se essas juntas nos seguintes casos: Flanges de classe de pressão 600#, em qualquer temperatura. Flanges de classes de pressão 150# e 300#, para temperaturas inferiores a 0°C, superiores a 400°C, ou para serviços com necessidade de maior segurança contra vazamentos. As juntas metálicas, que são notáveis pela sua excelente elasticidade, costumam ter um dispositivo de centralização para facilitar o correto posicionamento nos flanges; esse dispositivo pode ser um anel externo de aço, que fica encaixado entre os parafusos dos flanges, ou um arame que se prende em dois parafusos diametralmente opostos. Figura 21: Juntas metálicas para flanges.
  16. 16. 16 Os materiais das juntas devem ser compatíveis com o fluido que circula na rede, sua pressão e temperatura. Os manuais dos fabricantes devem ser consultados sempre que haja alguma dúvida. As juntas podem ser adquiridas já prontas para serem usados ou podem ser fabricadas a bordo a partir das folhas do material a ser utilizado, papelão hidráulico, por exemplo. Sempre que houver necessidade de uma troca de juntas alguns cuidados devem ser observados: Limpar criteriosamente a superfície dos flanges, removendo partes da junta antiga ainda agregada. Selecionar o material da junta de acordo com as especificações do fluido do sistema. Atentar para a espessura mais adequada considerando que ela deverá ser comprimida pelo aperto para preencher todos os espaços entre os dois flanges. Se a junta tiver que ser confeccionada, fazer os furos com diâmetro ligeiramente maiores que os parafusos, proporcionando um ajuste perfeito da junta nos furos. O diâmetro interno da junta deve ser um pouco maior do que o diâmetro interno do tubo para não interferir no fluxo do fluido. Lubrificar parafusos e porcas, substituindo os defeituosos. Parafusos e porcas devem ser do mesmo material. Apertar os parafusos na sequência correta (cruzando os apertos diametralmente) para distribuir uniformemente a pressão sobre a junta. Iniciar com um primeiro torque de cerca de 1/3 do torque máximo, aumentando nos apertos subsequentes. 1.3.3 Demais acessórios de tubulação Os demais acessórios são componentes utilizados em sistemas de tubulação para cumprir diversas finalidades tais como conexão de tubos, reduções de diâmetro, derivações, mudança de direção, isolamento de trechos e fechamento de tubos. Alguns deles podem ser do tipo rosqueados, com encaixe para solda ou para solda de topo. As válvulas são também tecnicamente consideradas acessórios, mas trataremos do assunto em outro tópico. Assim, para conexão dos diversos tipos de tubostemos as luvas, as uniões e os niples. Figura 22: União rosqueada. Figura 23: Niple. Figura 24: Luva rosqueada.
  17. 17. 17 Para reduções de diâmetro em uma rede de tubulação utilizamos acessórios dos mais diversos tipos de materiais que são as reduções concêntricas, reduções excêntricas, niples de redução, buchas de redução e luvas de redução. Figura 25: Niple de redução Figura 26: Bucha de redução Figura 27: Luva de redução, Figura 28: Redução excêntrica. Figura 29: Redução concêntrica. Derivações em uma rede de tubulação são ramais para condução do fluido para outros setores da instalação. Essas derivações podem sair do ramal principal com o mesmo diâmetro ou com diâmetro reduzido e podem ser conexões a 90º ou 45º. Os acessórios de tubulação normalmente utilizados para derivações são os tês (normais, a 45º ou de redução), e as cruzetas. As derivações podem também serem soldadas no ramal principal, onde é feita uma abertura denominada “boca de lobo” onde é soldada uma peça de transição chamada colar, onde se conecta por solda a extremidade do tubo da derivação. Essa transição pode ainda ser do tipo sela ou ainda com o tubo da derivação entrando diretamente na “boca de lobo” com o reforço de um anel de reforço na junção. Os acessórios de tubulação para mudança de direção são as curvas e os joelhos (às vezes também conhecidos como cotovelos). As curvas são normalmente de aço forjado para solda de topo e são utilizadas em tubulações de diâmetros maiores nas instalações de processo. Podem ser curvas de raio longo ou curvas de raio curto a 45º, 90º ou 180º Figura 30: Tês – Os três tipos de tês (normal, de redução e a 45º) e a cruzeta.
  18. 18. 18 Os joelhos (ou cotovelos)são utilizados em tubulações de diâmetros menores (até 2”) em sistemas auxiliares, para água e ar por exemplo. Podem ser a 45º ou 90º. Para fechamento das extremidades de tubos em uma rede de tubulação utilizamos vários tipos de acessórios. Para tubulação de maior diâmetro e pressão normalmente utilizadas nos sistemas de processo industrial usamos acessórios como os tampões para solda de topo e flanges cegos. Para tubulação diâmetros menores (até 2”) utilizadas em sistemas auxiliares (para água e ar por exemplo) utilizamos os tampões rosqueados e os bujões. Figura 33: Fechamento - Tampão para solda de topo, tampão rosqueado e bujão rosqueado. Para isolamento de trechos de uma rede de tubulação utilizamos as raquetes, que são peças cegas fabricadas de chapas de aço e inseridas entre os flanges nas extremidades dos trechos a serem isolados um do outro. 1.3.4 Isolamento térmico O isolamento térmico, quando aplicável, é utilizado em tubulações e equipamentos como vasos, tanques e fornos que operem com temperaturas elevadas (isolamento a quente) ou com baixas temperaturas (isolamento a frio). O isolamento térmico limita a perda do calor e do frio e minimiza a oscilação da temperatura quando os fluidossão transportadas ou simplesmente armazenados. O Isolamento a quente tem como finalidade proteger as superfícies aquecidas para evitar trocas de calor com o exterior que poderão alterar a temperatura do fluido transportado que Figura 31: Curvas - Os três tipos de curvas – 45º, 90º e 180º. Figura 32: Joelhos - Joelhos de 45º e 90º.
  19. 19. 19 resultaria em perda de energia. Tem ainda a finalidade de proteger o pessoal contra queimaduras. O Isolamento a frio é utilizado para isolar a tubulação do ramo frio dos sistemas de refrigeração e demais equipamentos da mesma natureza. Tem como finalidade manter a temperatura do fluido refrigerante, evitando troca de calor com o exterior. Materiais isolantes – Há vários tipos de materiais isolantes utilizados para isolamento térmico de tubulação e equipamentos. A principal característica de um material isolante térmico é ter baixa condutividade térmica, ou seja, são materiais que não propiciam a transferência do calor. Normalmente, esses materiais isolantes são porosos, e aprisiona o ar nas pequenas cavidades do material sólido, evitando sua movimentação, impedindo à convecção e consequentemente a transferência do calor. Os principais materiais isolantes utilizados nos sistemas industriais e nos sistemas de bordo são os seguintes: Silicato de cálcio – é o material mais utilizado para isolamento o quente de tubulação e vasos de pressão. É produzida a partir de matérias-primas naturais como a cal virgem e a diatomita (sílica amorfa), reforçadas por fibras de celulose e vidro. Pode ser utilizado em temperaturas de operação até 650ºC e é quimicamente inerte, podendo ser utilizado em contato com todos os tipos de aço, sem causar corrosão.O silicato de cálcio apresenta-se das seguintes formas: Placas – As placas são utilizadas principalmente para isolar superfícies planas e equipamentos cilíndricos de grandes diâmetros: caldeiras, tanques, trocadores de calor etc. Calha bipartida – São segmentos moldados em duas seções utilizados para o isolamento de tubulação. Figura 34: Calhas e placas. Segmentos – Os segmentos de silicato de cálcio são normalmente aplicados emtubulações de grande diâmetro, tanques e equipamentos cilíndricos de grandes dimensões.
  20. 20. 20 Figura 35: Segmentos. A tubulação isolada com calhas de silicato de cálcio recebe um acabamento de chapas de alumínio que têm como função a proteção mecânica do isolamento térmico propiciando ainda um acabamento para os sistemas isolados termicamente.As chapas de alumínio podem ser lisas ou corrugadas e são fixas em volta das calhas por uma fita de alumínio. Figura 36: Montagem de isolamento de tubos. Lã de rocha ou lã mineral – Muito utilizada para isolamento a quente, a lã de rocha, ao longo do seu ciclo de vida, por ser mineral e inorgânica, não se deteriora, garantindo seu desempenho e economia de energia indefinidamente. Devido a suas características termoacústicas, atende com excelência os mercados de isolamento térmico da construção civil e industrial entre outros. Fabricada a partir de fibras minerais de rocha vulcânica, aglomeradas com resinas especiais e aditivas, possuem propriedades de repelência à água e ausência de poeira; resultando em um efetivo material para isolamento térmico e acústico, e para proteção contra o fogo. Lã de vidro – Graças a seus baixos coeficientes de condutividade térmica, combinados com espessuras e densidades adequadas, a lã de vidro é conhecida como excelente isolante térmico o quente de equipamentos industriais, caldeiras, fornos, tubulações, telhados, suportando altas temperaturas. Por ser um material fibroso, a lã de vidro também é um dos melhores materiais para o tratamento acústico. Tanto a lã de rocha como a lã de vidro apresentam-se em placas rígidas ou mantas. Poliestireno– É um material derivado do petróleo, mais conhecido no Brasil, na sua forma expandida, pelo nome comercial de isopor. É largamente utilizado como isolante térmico, possuindo excelente poder de isolamento tanto para o calor como principalmente para baixas Figura 37: Placas de lã de rocha e manta de lã de vidro.
  21. 21. 21 temperaturas, aplicação preferencial pela sua reconhecida eficiênciacomo isolante térmico para frio. Apresenta-se comercialmente em forma de calhas e placas. Poliuretano – É um material isolante térmico muito utilizado em isolamento a frio. Como o poliestireno, o poliuretano é também um plástico expandido - durante a fabricação sofre uma expansão com formação de bolhas internas microscópicas. É apresentado em calhas, placas ou é injetado diretamente em formas que envolvem os tubos como uma espuma que se enrijece após a aplicação. 1.3.5 Válvulas Válvulas são elementos de bloqueio ou controle do fluxo de um fluido em uma rede de tubulação. São encontradas em todas as instalações de processo em uma indústria ou nos sistemas de bordo. São vários os tipos de válvulas, fabricados de materiais diversos dependendo dos parâmetros do fluido de operação. Assim, esses materiais variam desde o ferro e o bronze para baixas temperaturas até os aços inoxidáveis e demais ligas sofisticadas para fluidos de pressão e temperatura elevada. Os vários tipos de válvulas estão relacionados com suas aplicações. Assim,a classificação das válvulas quanto à sua finalidade é a seguinte: Válvulas de bloqueio – servem para bloquear o fluxo de um fluido em uma tubulação: válvula gaveta, válvula macho e válvula esfera. Atuam totalmente abertas ou totalmente fechadas. Válvula gaveta – Na válvula gaveta o elemento que promove o bloqueio do fluido é uma cunha que se move abrindo ou fechando a passagem do fluxo pelo movimento de uma haste. Dependendo do seu porte podem ser operadas manualmente, por acionamento elétrico, pneumático ou hidráulico. Não se presta para trabalhar semi-aberta. Trabalha-se com ela totalmente aberta, dando plena passagem ao fluido ou totalmente fechada bloqueando o seu fluxo. Válvula macho – A válvula macho é utilizada para bloqueios de gases, água, vapor e demais líquidos em geral para quaisquer pressões ou temperaturas. Seu elemento de vedação é uma peça que pode ser cilíndrica ou cônica que, ao ser girado, dá passagem plena ou bloqueia o fluxo. A válvula esfera tem as mesmas aplicações e o mesmo princípio de funcionamento da válvula macho, a menos do formato da peça de vedação que é esférica. Esses dois tipos de válvula são chamados de válvula de fechamentorápido, pela rapidez com
  22. 22. 22 Figura 38: Válvula gaveta Figura 39: Válvula macho Figura40: Válvulaesfera. Elementos constituintes de uma válvula gaveta – A figura abaixo nos mostra um corte de uma válvula tipo gaveta e todos os elementos que a compõe. Figura 41: Componentes de válvula gaveta. Válvulas de regulagem – são válvulas que não só servem para bloquear o fluxo de um fluido em uma tubulação comotambém servem para fazer uma regulagem da vazão desse fluido trabalhando semi-abertas.São as válvulastipo globo, válvulaborboletae válvuladiafragma. Válvulas globo – As válvulas globo têm esse nome pelo formato do seu corpo. São utilizadas para regulagem e bloqueio da vazão do fluido em linhas de água, óleo, vapor, gases e líquidos em geral em qualquer pressão e temperatura. Seu corpo é basicamente constituído de uma câmara de entrada do fluido e outra de saída. Um plug acionado por uma haste abre e fecha a passagem entre essas câmaras regulando ou bloqueando a vazão do fluido. que fazem essa operação.
  23. 23. 23 Válvulas borboleta – As válvulas tipo borboleta são utilizadas principalmente para tubulação de grande diâmetro (“mais de 10”) e de baixa pressão. Pode trabalhar em sistemas que operem com água, ar comprimido, gases, materiais pastosos, líquidos sujos ou contendo sólidos em suspensão. Compõem-se de um disco metálico ou revestido (normalmente com Teflon) que é acionado abrindo e fechando pela movimentação de uma haste a ele presa. Pode acionada manualmente ou por acionamento elétrico, pneumático ou hidráulico Válvulas de diafragma – As válvulas de diafragma são muito utilizadas para fluidos corrosivos, tóxicos, inflamáveis ou perigosos de um modo geral. O fechamento da válvula ou a regulagem da vazão do fluido é feito através de um diafragma flexível que é apertado contra a sede. Não há contato do mecanismo de acionamento do diafragma com o fluido. O diafragma é a peça que assegurao fechamento do fluxo ou sua regulagem. É fabricado de borracha sintética, de neoprene ou teflon. Figura 42: Válvula globo. Figura 43: Válvula borboleta. Figura 44: Válvula diafragma. Válvulas de fluxo unidirecional – são válvulas que só permitem o fluxo do fluido em uma única direção. Os tipos de válvulas unidirecionais são a válvula de retenção e a válvula de pé Válvulas de retenção - As válvulas de retenção são instaladas em um sistema para evitar que o fluido retorne, contrariando o seu sentido de fluxo. Elas têm várias configurações construtivos sendo os tipos mais usuais os seguintes: Portinhola simples. Portinhola dupla (duplex). Tipo pistão. Tipo disco. Tipo esfera. Figura 45: Válvulas de retenção tipo portinhola simples e portinhola dupla.
  24. 24. 24 Figura 46: Válvulas de retenção Figura 47: Válvula de retenção Figura 48: Válvula de retenção tipo pistão. tipo disco. tipo esfera. Válvula de pé - A válvula de pé tem uma aplicação específica na sucção de bombas para manter sempre o ramo de sucção cheio mantendo assim a sua escorva. Figura 49: Válvula de pé. Válvulas de retenção e vedação – É um tipo especial de válvula que tem a configuração interna de uma válvula globo, mas tem o plug de vedação solto na haste. Isso propicia que ela quando aberta funcione como válvula de retenção (a força do fluido levanta o plug e permite o fluxo do fluido em uma única direção). Quando fechada, o plug é pressionado contra a sede e promove a vedação total. São muito utilizadas em instalações navais. As válvulas da rede de água de alimentação das caldeiras são geralmente desse tipo.
  25. 25. 25 Válvula de Segurança e Alívio – As válvulas de segurança e alívio têm com finalidade controlar a pressão no interior de uma rede de tubulação ou de um vaso de pressão. Sua configuração interna consta de uma mola pressionando o plug contra uma sede. A tensão da mola é regulada para que a válvula abra ao atingir a “pressão de set”, aliviando o excesso de pressão. As válvulas de segurança têm um ponto de abertura e fechamento e são utilizadas para fluidos gasosos em geral. As válvulas de alivio são utilizadas para líquidos e têm abertura intermitente sempre que a pressão atinge o valor de abertura. Além dos tipos de válvulas apresentados ainda existem alguns tipos especiais que são os seguintes: Válvula agulha – Esta válvula tem uma configuração interna semelhante a uma válvula globo. Entretanto, seu obturador tem o formato afilado, daí o seu nome. Na medida em que vai sendo fechada, o fluxo vai sendo estrangulado pela diminuição de sua passagem pela sede até o fechamento total. São válvulas indicadas para regulagem de fluxo com boa precisão e são muito utilizadas nos sistemas de instrumentação. Figura 50: Válvulas de retenção e vedação. Figura 51: Válvula de segurança.
  26. 26. 26 Figura 52: Válvula agulha. Figura 53: Válvula guilhotina. Válvula de fechamento rápido – São tipos de válvulas instaladas em redes onde se deseja fazer um fechamento rápido por questões de segurança. Podem ser de vários tipos, porém os mais empregados são a válvula de gaveta com haste deslizante comandada por uma alavanca (guilhotina), válvula de gaveta com fechamento por mola liberada por um gatilho e que pode ser comandada a distância. Há ainda a válvula fechada hidraulicamente por ação de um fole que recebe pressão hidráulica e pode ser comandada a distância. 1.3.6 Padronização de cores de redes de tubulação Para melhor identificação das diversas redes de tubulação de bordo os tubos são pintados com uma cor padronizada dependendo do fluido que transportam. Linhas com temperaturas em torno da temperatura ambiente têm os seus tubos pintados diretamente com a cor correspondente. Tubos isolados termicamente terão faixas pintadas na cor correspondentes espaçadas umas das outras ao longo da linha. As cores são as seguintes:
  27. 27. 27 AZUL................> água doce (quente ou fria) AMARELO.......> óleo lubrificante VERDE.............> água salgada PRATA.............> vapor MARRON.........> óleo combustível PRETO.............>esgoto VERMELHA.....> rede de incêndio 1.3.7 Elementos de Vedação – Gaxetas A gaxeta é um elemento de vedação que tem como finalidade evitar vazamentos de fluido em um equipamento ou válvula para o exterior. Com essa finalidade são utilizadas em hastes de válvulas – as gaxetas são montadas em volta da haste, acomodadas na caixa de gaxetas e ajustadas pelo preme-gaxetas. Na figura ao lado o engaxetamento em uma válvula gaveta. Figura 54: Componentes – Engaxetamento. A figura ao lado nos mostra o engaxetamento de uma bomba centrífuga. As gaxetas são montadas em uma caixa de gaxetas e ajustadas pelo aperto da sobreposta (também chamada de preme-gaxeta). Deve-se ter o cuidado para não se dar um aperto excessivo para não danificar as gaxetas por aquecimento. O
  28. 28. 28 anel de lanterna tem como finalidade de receber um fluido refrigerante (normalmente água) para refrigeração das gaxetas. Figura 55: Engaxetamento de bomba centrífuga. As gaxetas são fabricadas a partir de fibras naturais ou sintéticas. São fornecidas em forma de cordões. Devem ter boa resistência a fluídos abrasivos, resistência térmica e resistência à agressividade química dos fluídos. Figura 56: Gaxetas. A escolha da gaxeta da gaxeta apropriada requer praticamente os mesmos cuidados da escolha de uma junta. Deve-se levar em conta o tipo de fluido do sistema, a pressão exercida pelo fluido e sua temperatura. Os catálogos dos fabricantes de gaxetas indicam os materiais mais indicados a cada um dos casos. Para o engaxetamento correto de uma haste de válvula, por exemplo, os procedimentos seriam os seguintes: Fechar a válvula, impedindo que o fluido seja pressionado de encontro ao engaxetamento. Se necessário, limpar os fios de rosca da sobreposta a fim de permitir que as porcas sejam desmontadas com facilidade.
  29. 29. 29 Lubrificar os fios de rosca com um lubrificante líquido. Com a chave apropriada, afrouxar as porcas da sobreposta, verificando sempre se a quantidade de fluido que vaza pela haste não aumenta. Caso persista o vazamento, retirar a sobreposta e retirar uma ou mais voltas de gaxeta substituindo-as por novas. Caso não haja vazamento acentuado, retirar todas as voltas de gaxeta, limpar a caixa de gaxetas e colocar novas, apertando a sobreposta e cada volta inserida. Os anéis de gaxetas devem ser montados com as emendas defasadas uma das outras de 90º. Ao colocar a última volta de gaxeta apertar à sobreposta e ver se a válvula abre e fecha sem dificuldade. Execute alguns ciclos de abertura e fechamento e reaperte a sobreposta.
  30. 30. 28 UNIDADE 2 INSTRUMENTAÇÃO DE CONTROLE Os instrumentos de medição e controle têm como finalidade medir e controlar as variáveis (pressão, temperatura, nível e vazão dos diversos sistemas existentes a bordo. Assim, temos instalado a bordo os instrumentos abaixo listados de acordo com cada uma das variáveis: PRESSÃO Manômetros, vacuômetros, manovacuômetros e barômetros. TEMPERATURA Termômetros e pirômetros. NÍVEL Indicadores de nível. VAZÃO Hidrômetros, oleômetros. 2.1 PRESSÃO 2.1.1 Conceitos, unidades de pressão e conversões Pressão (P) - É a relação entre uma força (F) e a superfície (A) sobre a qual ela atua. P = F / A PressãoAtmosférica - É a pressãodevido ao peso de ar existente sobre uma área unitária ao nível do mar (pressão barométrica). O ar exerce uma força em todas as direções e sobre todos os objetos e seres vivos que se encontram mergulhados nele. Assim, a pressão atmosféricanão é fixa. Varia com a altitude e também com as condições meteorológicas do local, fatores que afetam o peso do ar. Pressão Manométrica (Relativa) - Pressão manométrica, relativa ou efetiva é a medida da pressão em relação à pressão atmosférica local. Pode ser positiva ou negativa. Quando a pressão é negativa temos o que se chama de vácuo. Pressão Absoluta - É a soma da pressão manométrica com a pressão atmosférica local.
  31. 31. 31 Assim, teríamos o quadro abaixo de referenciais de pressão. Referenciais de pressão. Unidades de pressão – As unidades de pressão encontradas nos instrumentos de bordo variam de acordo com a procedência do instrumento. As principais são as seguintes: - bar - kgf / cm² (quilograma-força por centímetro quadrado) - mm Hg (milímetros de mercúrio) - lb/pol² (libra por polegada quadrada) ou psi (pounds per squareinch) Quando a pressão atmosférica é medida tendo como referencial o nível do mar, temos o que se chama de atmosfera padrão, com o valor unitário de 1 atm. Assim então, teríamos um referencial para estabelecer a equivalência entre as unidades de pressão acima mencionadas. 1atm = 1,0333 kgf/cm² = 1,01325bar = 14,69 psi = 760 mm Hg 2.1.2 Instrumentos de medição de pressão Barômetros – São instrumentos destinados a medir a pressão atmosférica. Existem dois tipos de barômetros – os de coluna de mercúrio e o constituído por uma caixa metálica, que é chamado de aneroide (figura ao lado). Pabs = Pman + Patm
  32. 32. 32 Manômetros – Instrumentos utilizados para medição de pressão acima da atmosférica (pressão manométrica). Podem ser graduados em diferentes unidades dependendo de sua procedência. Podem ser analógicos, digitais ou de coluna de líquido. Os analógicos são os mais usados a bordo e medem a pressão pela deflexão de um tubo recurvado chamado Tubo Bourdon, utilizado como elemento sensor. O da figura ao lado é do tipo analógico e está graduado em bar. Vacuômetros – Instrumentos utilizados para medição de vácuo (pressão negativa, abaixo da atmosférica). Podem ser graduados em diferentes unidades dependendo de sua procedência. O princípio de funcionamento é o mesmo dos manômetros, pois possuem também um Tubo Bourdon montado internamente. O da figura ao lado é do tipo analógico e está Figura 59: Vacuômetro. graduado em polegadas de mercúrio (in Hg). Manovacuômetros – São instrumentos que têm uma escala de pressão e de vácuo no mesmo mostrador e são então utilizados para medição de pressão e de vácuo. O da figura ao lado está graduado em quilograma-força por centímetro quadrado (kgf/cm²). Figura 60: Manovacuômetro. O manômetro de coluna líquida, também conhecido por “Tubo em U” contém um tubo transparente em forma de “U” no qual se coloca uma dada quantidade de líquido (normalmente o mercúrio). Uma das extremidades do tubo é ligada ao sistema cuja pressão vamos medir (P1) e na outra extremidade atua a pressão de referência (pressão atmosférica). A diferença entre as pressões é a que queremos medir e pode ser vista na régua graduada em unidade de pressão. Figura 57: Barômetro. Figura 58: Manômetro.
  33. 33. 33 Figura 61: Manômetro de coluna líquida. 2.2 TEMPERATURA 2.2.1 Conceitos, unidades de temperatura e conversões Utilizando uma conceituação simplificada, podemos dizer que temperatura é o grau de calor ou frio, representado em uma escala definida. As unidades de temperatura usuais encontradas nos instrumentos de bordo são: - Grau Celsius, também conhecido como Grau Centígrado (ºC) - Grau Fahrenheit (ºF) A conversão de grau Fahrenheit em grau centígrado se faz através da seguinte fórmula: C = 5 (F – 32) / 9 2.2.2 Instrumentos de medição de temperatura Os instrumentos de medição de temperatura são os termômetros e os pirômetros. A diferença de nomenclatura ente os dois é que o pirômetro é utilizado para medição de altas temperaturas como os gases da fornalha de uma caldeira ou gases de descarga de motores. Termômetro – é todo instrumento capaz de medir a temperatura dos mais diversos fluidos e materiais. De acordo com sua natureza, dividem-se em dois grandes grupos: 1º – Termômetros que se utilizam sistemas físicos para medição de temperatura; 2º – Termômetros que se utilizam sistemas elétricos para medição de temperatura; Dentre os termômetros que utilizam sistemas físicos para medição de temperaturas mais comuns são os que se baseiam na dilatação do mercúrio. Ainda nessa categoria estão os que
  34. 34. 34 se baseiam no aumento da pressão de um gás e também os chamados termômetros bimetálicos que se baseiam na dilatação de uma lâmina bimetálica, composta de dois metais Os termômetros que se utilizam sistemas elétricos para medição de temperatura fazem essa medição através de variações de suas características elétricas. Esses termômetros elétricos classificam-se em dois tipos, a saber: Termômetros de resistência ou termorresistências – O princípio de medição de temperatura utilizando termômetros de resistência se baseia na variação do valor da resistência elétrica de um condutor metálico em função da temperatura. Termoelementosoutermopares– Os termopares são constituídos por dois fios de metais diferentes soldados nas suas pontas, essa junção, ao ser aquecida, gera uma corrente elétrica que depende da temperatura. Pirômetro – Para medir altas temperaturas como fornalhas e descarga de gases do motor usaram um tipo de manômetro que não se danifica com essas condições chamado pirômetro. São vários os tipos de pirômetros, mas os mais utilizados a bordo de navios são os pirômetros termelétricos ou termopares. 2.3 VOLUME E VAZÃO laminados com diferentes coeficientes de dilatação térmica. Figura 62: Termômetro de mercúrio. Figura 63: Esquema de um termômetro a gás. Figura 64: Termômetro bimetálico – Funcionamento da lâmina bimetálica.
  35. 35. 35 Nas rotinas de bordo sempre ocorre à necessidade de verificarmos medidas de volume, seja de óleo ou de água. Quando se faz uma sondagem de um tanque de óleo combustível geralmente temos que recorrer a uma tabela que nos vai determinar o volume desejado. Volume de um recipiente de base cilíndrica ou retangular é a medida resultante da multiplicação da área de sua base pela sua altura. Quando sondamos um tanque o que estamos verificando é a altura que o líquido está no tanque. Se multiplicarmos esse valor pela área da base do tanque, teremos o volume do líquido naquele momento. Normalmente há tabelas que contém esses valores. Volume = comprimento x largura x altura Assim, em um tanque de base retangular o seu volume é dado pela multiplicação dos valores dos dois lados (que nos dá a área) pela sua altura. Como exemplo se tiver um tanque com um lado de sua base medindo 10 m,o outro lado 8 m e a altura 4 m, o seu volume total será: V = 10 x 8 x 4 = 320 m³ Como exemplo prático, imaginemos que esse seja um dos tanques de óleo combustível do navio. Ao se fazer uma sondagem verifica-se na trena que a altura do nível do óleo é de 2,60 m. O volume do óleo no tanque então será: V = 10 x 8 x 2,60 = 208 m³ No sistemamétrico o volume é expresso em metros cúbicos (m³). Outra unidade bastante usual para volume é o litro, que é equivalente a um decímetro cúbico ( 1 dm³). A tabela abaixo nos mostra a equivalência entre as diversas unidades de volume. LITROS MULTIPLICADOS POR SE OBTÉM 1.000,028 cm³ 1 dm³ 0,001000028 m³ 0,100 dal 0,010 hl 0,2641794 Galão líquido (EUA) 0,2199755 Galão líquido (inglês) 0,008386 Barril (EUA) V = a x b x c
  36. 36. 36 0,0061106 Barril (inglês) 0,03531566 Pé cubico Para se obter a conversão inversa, divide-se em vez de multiplicar. Exemplo: Um tanque possui 353, 1566 pés cúbicos de produto. Quantos litros e quantos metros cúbicos têm no tanque? Vemos pela tabela que 1 litro corresponde a 0,03531566 pés cubicos. Então, para transformar pés cúbicos em litros fazemos a operação inversa: 353,1566 / 0,03531566 = 10.000 litros Para metros cúbicos, pela tabela temos que 1 litro = 0,001000028 m³ Então, 10.000 x 0,001000028 = 10 m³ Vazão – é a variável que indica quantitativamente o fluxo de um fluido. É o volume escoado na unidade de tempo. Nos navios temos medidores de vazão nos sistemas de óleo e água para nos indicar a quantidade desses fluidos que escoaram pelas redes de tubulação de bordo. É importante salientar que alguns medidores marcam somente o volume do fluido deslocado, não indicando o tempo do deslocamento. Assim esses instrumentos são na verdade medidores de volume deslocado. Para saber a vazão, deve se anotar o valor indicado no medidor em intervalos de tempo determinados. O hidrômetro da figura ao lado é um exemplo. Figura 65: Medidor de volume. Os medidores de vazão são classificados de acordo com o quadro abaixo:
  37. 37. 37 Dentre os medidores de vazão mais usuais em sistemas industriais e nos sistemas navais estão os seguintes: Rotâmetros - Os rotâmetros são medidores de vazão do tipo indireto e seguem o princípio de “área variável”, onde o flutuador é suspenso pelo fluído a uma altura correspondente à vazão. A leitura é feita, em uma unidade de volume ou massa por tempo, diretamente sobre a escala gravada em baixo relevo no cone de medição. A aresta superior do flutuador corresponde a linha de referência para a leitura. Figura 66: Rotâmetros. Medidores de vazão analógica – O mostrador indica diretamente a vazão que está fluindo pelo medidor. É graduado em unidades de vazão: Galões por minuto (GPM), metros cúbicos por hora, etc.
  38. 38. 38 Os medidores de vazão tipo turbina são acoplados diretamente a tubulação. Estes medidores são utilizados na medição de vazão em líquidos e gases, podendo ser fabricados em diferentes materiais para atender a uma extensa gama de tipos de fluidos. Figura 67: Medidor de vazão analógico. Figura 68: Medidor de vazão turbina. A tabela abaixo nos mostra a conversão entre as unidades de vazão mais usuais. MULTIPLICAR UMA UNIDADE DE POR PARA OBTER Litro / minuto (l/min) 60 Litro / hora (l/h) 0,016666 Litro/segundo (l/seg) 0,03531566 Pé cúbico / minuto 15,85032 Galão/hora (EUA) 13,19814 Galão/hora (Ing) Metro cúbico / minuto 999,972 Litro / minuto 264,1721 Galão/minuto (EUA) 219,9694 Galão/minuto (Ing) Metro cúbico / hora 4,4028 Galão/minuto (EUA) 0,5885794 Pé cúbico / minuto Galão/minuto (EUA) 227,124 Litro / minuto 0,2271 Metro cúbico / hora Galão/minuto (Ing) 272,7648 Litro / minuto 72,057 Galão/hora (EUA) 2.4 NÍVEL O controle e medição de nível a bordo são de suma importância, principalmente no que diz respeito a caldeiras. Há também medidores de nível em tanques de água e tanques de óleo. São vários os modelos e princípios de funcionamento dos medidores de nível. São classificados em medidores de medição direta e medidores de medição indireta.
  39. 39. 39 Entretanto vamos aqui focalizar somente os de medição direta, que são os mais comuns nas instalações de bordo. Visor de nível – São vários os visores de nível a bordo a começar pelo visor de nível das caldeiras. É o tipo mais simples e adequado para medição local de nível. Em muitos casos é instalada uma iluminação atrás do visor para facilitar a visualização do nível. Em tanques, normalmente se instala uma régua graduada para indicar a altura correta do nível do líquido no interior do tanque. Figura 69: Visor de nível de caldeiras. Bóias e flutuadores – o sistema de indicação de nível utilizando boia consiste em uma bóia presa a um cabo que tem sua extremidade ligada a um contrapeso. No contrapeso está fixo um ponteiro que indicará diretamente o nível em uma escala. Esta medição é normalmente encontrada em tanques abertos.
  40. 40. 40 Contatos de eletrodos – Nos líquidos que conduzem eletricidade, podemos mergulhar eletrodos metálicos de comprimentos diferentes. Quando houver condução entre os eletrodos teremos a indicação de que o nível atingiu a altura do último eletrodo alcançado pelo líquido. Figura 71: Sistema utilizando eletrodos. Figura 71: Sistema utilizando eletrodos. UNIDADE 3 LUBRIFICAÇÃO 3.1 CONCEITO DE ATRITO E LUBRIFICAÇÃO Figura 70: Sistema de medição de nível com bóia.
  41. 41. 41 Atrito é o movimento relativo entre dois corpos, ou seja, é a fricção entre duas superfícies, ocasionando certa resistência ao movimento e consequentemente provoca o aquecimento naquela região de contato. Por mais planas e acabadas que sejam as superfícies, sempre vai haver rugosidades que provocarão atrito e aquecimento Em uma máquina, onde há vários componentes móveis trabalhando em contato, deslizando uns sobre os outros ou fazendo contato de engrenamento, é necessário que haja uma forma de reduzir ao máximo esse atrito, evitando assim o desgaste entre as superfícies em atrito que contribuirá também para reduzir a temperatura na região de contato. A isso chamamos Lubrificação. Lubrificar é então aplicar uma substância (lubrificante) entre duas superfícies em movimento relativo, formando uma película que evita o contato direto entre as superfícies, promovendo diminuição do atrito e, conseqüentemente, do desgaste e da geração de calor. Entre as substâncias lubrificantes duas são as mais usuais nos sistemas industriais e sistemas de bordo – as graxas e os óleos lubrificantes. Os primeiros lubrificantes eram de origem animal. Com o passar do tempo os lubrificantes evoluíram e passaram a ter bases de origem vegetal, mineral e sintética. Os modernos lubrificantes são uma composição de óleos básicos – que podem ser minerais ou sintéticos, com aditivos para conferir-lhes características especiais. A função primária do lubrificante é formar uma película delgada entre duas superfícies móveis, reduzindo o atrito e suas consequências, que podem levar à quebra dos componentes, isto é, lubrificar. As demais funções são: Refrigerar – o óleo lubrificante representa um meio de transferência de calor, "roubando" calor gerado por contato entre superfícies em movimento relativo. Nos motores de combustão interna, o calor é transferido para o óleo através de contatos com vários componentes e, em seguida, para o sistema de arrefecimento de óleo. Limpar – em motores de combustão interna uma das principais funções do lubrificante é retirar as partículas resultantes do processo de combustão e manter estas partículas em suspensão no óleo, evitando que se depositem no fundo do cárter e provoquem incrustações. Protegercontraa corrosão – a corrosãoe o desgastepode resultar na remoçãode metais das peças, por isso a importância dos aditivos 3.2 PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DOS ÓLEOS LUBRIFICANTES 3.2.1 Viscosidade É a propriedade física que caracteriza a resistência de um fluido ao escoamento. De outra maneira pode-se dizer que a viscosidade corresponde ao atrito interno nos fluidos em função da temperatura. É comumente percebida como a "grossura", ou resistência ao despejamento.
  42. 42. 42 Viscosidade descreve a resistência interna para fluir de um fluido e deve ser pensada como a medida do atrito do fluido. Assim, a água é "fina", tendo uma baixa viscosidade, enquanto óleo vegetal é "grosso", tendo uma alta viscosidade. Quando se aquece um fluido sua viscosidade crescee ele se torna mais fluido e escoa com mais facilidade. Ao ser resfriado, ao contrário, ele se encorpa, torna-se viscoso e passa a escoar com mais dificuldade. Agentes contaminantes também afetam a viscosidade dos óleos tais como diluição por combustível, água emulsionada e sólidos em suspensão. A viscosidade é o item mais importante na seleção e no controle de um óleo lubrificante. Os valores de viscosidade dos óleos são obtidos através de um aparelho chamado viscosímetro. Trata-se de um teste padronizado onde é medido o tempo que certa quantidade de fluido leva para escoar através de um pequeno tubo (capilar) a uma temperatura constante. A temperatura do teste deve ser constante, pois a viscosidade é uma propriedade que se altera de acordo com a variação da temperatura. Quanto maior for a temperatura, maior será a facilidade de escoamento, e quando em temperaturas baixas, o fluido oferece maior resistência ao escoamento devido ao aumento da viscosidade. Os valores obtidos na medição da viscosidade e as unidades dependem dos tipos de viscosímetros empregados na medição e podem ser Centistokes, Segundos Saybolt e Centipoise. Por sua vez, a SAE (Sociedade dos Engenheiros Automotivos), criou um critério de classificação que teve aceitação generalizada pelos fabricantes de veículos e de lubrificantes. Esta classificação é feita associando-se um número puro à viscosidade determinada em laboratório. Quanto maior o número, maior será a viscosidade. 3.2.2 Densidade Densidade indica a massa de um certo volume de óleo a uma certa temperatura, é importante para indicar se houve contaminação ou deterioração de um lubrificante. O Grau API (em inglês, API Gravity) é uma escala arbitrária que mede a densidade dos líquidos derivados do petróleo. A escala API, medida em graus, varia inversamente à densidade relativa, isto é, quanto maior a densidade relativa, menor o grau API. O grau API é maior quando o petróleo é mais leve. 3.2.3 Ponto de fluidez Ponto de fluidez é a menor temperatura em que o óleo ainda escoa. Este ponto é uma medida importante para a determinação das características de armazenagem e de transporte do óleo na instalação. Não há uma relação direta entre o ponto de fluidez e a viscosidade. O ponto de fluidez dos óleos lubrificantes fica muito abaixo de 0ºC, o que não torna preocupante o armazenamento dos óleos lubrificantes nas praças de máquinas de navios.
  43. 43. 43 3.2.4 Ponto de fulgor Ponto de fulgor ou ponto de inflamação é a menor temperatura na qual o óleo liberta vapor em quantidade suficiente para formar uma mistura inflamável por uma fonte externa de calor. O ponto de fulgor está diretamente ligado à volatilidade do óleo lubrificante e trata-se de um dado importante no que se refere à segurança, aos riscos de transporte, armazenagem e manuseio dos óleos lubrificantes. 3.3 TIPOS DE LUBRIFICANTES USADOS A BORDO Todos os equipamentos dinâmicos instalados a bordo de um navio se utilizam de lubrificantes. O que vai nos dizer a especificação do lubrificante de cada um deles são os manuais dos fabricantes. Na lubrificação dos equipamentos de bordo utilizamos óleos e graxas. As graxas lubrificantes são o nome genérico e popular dado a lubrificantes pastosos compostos de misturas de óleos lubrificantes minerais (de diversas viscosidades) e sabão. As graxas são classificadas quanto a sua consistência pela NLGI (National Lubrificating Grease Institute), onde o grau varia com a penetração de um cone em um recipiente contendo graxa. Quanto maior a penetração, mais macia será a graxa. De acordo com o valor deste índice de penetração, é dado um número que varia de 0 a 6 e uma denominação. Quanto mais alta a numeração que a graxa recebe, maior é a sua consistência. As graxas são utilizadas em pontos onde os óleos não seriam eficazes face sua tendencia de escorrer. São também utilizadas quando há necessidade da formação de um selo protetor para evitar entrada de contaminantes. 3.4 MÉTODOS DE APLICAÇÃO DE LUBRIFICANTES Lubrificação manual É usado para aplicação direta do óleo sobre as partes a serem lubrificadas, tais como engrenagens abertas, correntes, etc. Para isso utiliza-se uma almotolia (figura ao lado). Figura.. 72: Almotolia. Lubrificação por copo O sistema de lubrificação que utiliza o copo com agulha ou vareta refere-se ao emprego de um dispositivo que conta com uma agulha que atravessa um orifício. A ponta da agulha mantém- se sobre o eixo e quando o eixo gira, a agulha é movimentada, permitindo o fluxo do fluido lubrificante. A lubrificação por copo conta gotas oferece a vantagem da regulagem da quantidade de lubrificante aplicado sobre uma peça qualquer.
  44. 44. 44 Figura 73: Copo de lubrificação. Fonte:internet. Lubrificação por anel O óleo fica alojado em um reservatório abaixo do mancal. Ao redor do eixo há um anel cuja parte inferior está mergulhada em óleo. O movimento de rotação do eixo faz com que o anel arraste o óleo promovendo a lubrificação. Figura 74: Lubrificação por anel. Copo conta–gotas Esse dispositivo utiliza uma válvula de agulha para regular o fluxo de óleo do reservatório e um visor para permitir observação direta da vazão. Uma haste, na parte superior do reservatório permite a abertura ou fechamento da válvula sem alterar a regulagem fixada. Figura 75: Copo conta-gotas. Lubrificação por banho de óleo e salpico Nesse sistema, o lubrificante está contido em um recipiente convenientemente dimensionado, ficando as partes a lubrificar parcialmente mergulhadas no óleo. No sistema de banho, muito empregado em caixas de engrenagens, as esferas ou roletes dos rolamentos e as
  45. 45. 45 partes inferiores das engrenagens arrasta o lubrificante para as partes altas. No sistema de salpico, além de se obter o mesmo efeito, o óleo salpica nas demais peças. A lubrificação por salpico é muito empregada — cabeçotes de máquinas operatrizes bem como em pequenos motores e compressores. As figuras abaixo ilustram esses sistemas. Figura 76: Lubrificação por banho de óleo e salpico. Lubrificação por circulação Esse processo, mais avançado do que qualquer outro anterior, possibilita o fluxo constante de óleo aos mancais e outras peças que requerem lubrificação abundante. O óleo utilizado na lubrificação retorna ao reservatório e é recirculado. Os sistemas circulatórios se dividem em: 1º — Sistema circulatório por gravidade — onde o óleo é bombeado para um reservatório superior, acima das partes a serem lubrificadas, daí fluindo para as partes moveis por gravidade. 2º — Sistema circulatório sob pressão— onde o óleo é bombeado diretamente aos pontos de lubrificação, sendo a dosagem individual feita através de válvulas de agulha dotadas de visores. Os sistemas circulatórios são empregados em maquinas cujos mancais e demais componentes requerem grande volume de óleo. Figura 77: Lubrificação por gravidade. Figura 78: Lubrificação forçada. Pinos graxeiros
  46. 46. 46 Para lubrificação a graxa. Possui internamente uma esfera de aço, comprimida por uma mola que veda a saída da graxa, porém permite a entrada da mesma quando ela é pressionada para dentro. Possibilitam o uso de pistolas graxeiras e outros tipos de recursos para injetar a graxa. Figura 79: Pinos graxeiros. Fonte: internet. 3.5 ARMAZENAMENTO DOS LUBRIFICANTES Os lubrificantes devem ser preservados para evitar contaminações. Seus dois principais contaminantes são a água e as impurezas presentes no ar atmosférico. A contaminação com água faz com que o óleo fique emulsionado, o que irá reduzir significativamente suas propriedades lubrificantes. Desta forma, quando recebemos óleo lubrificante a bordo devemos observar algumas técnicas de preservação. O óleo pode ser recebido a bordo em tambores a granel, quando é bombeado de uma embarcação diretamente para os tanques do navio. Seja de uma forma ou de outra, deveremos observar o seguinte: Quando recebido em tambores, estes devem ser inspecionados. Caso estejam enferrujados ou furados devem ser devolvidos. Os tambores devem ser armazenados em local abrigado para que não sejam molhados pela chuva nem afetados pela maresia. Caso isso não seja possível, transferir o óleo para os tanques próprios para aquele tipo de óleo. Como nos navios há vários tipos de óleos lubrificantes de diferentes especificações para diferentes tipos de equipamentos, deve-se tomar o máximo de cuidado para não se misturarem em virtude de um armazenamento indevido. Ainda com relação ao item acima, no recebimento a granel devemos tomar cuidado com a tomada a ser conectado o mangote de bombeamento. Uma conexão errada poderá enviar o óleo recebido para um tanque de outro óleo com especificação diferente. Nunca se devem misturar óleos de tipos diferentes. Essas tomadas devem ter placas indicando os tanques aos quais elas se interligam.
  47. 47. 47 Deve-se tomar o cuidado de se evitar contaminação por água no óleo armazenado em tanques. Esta água poderá entrar pelas tomadas de recebimento, pela rede ou qualquer outra parte que se ligue ao tanque. As graxas são recebidas em baldes que devem ser estocados em local não muito quente para não afetar as propriedades da graxa. Sempre que um balde for aberto para se retirar parte da graxa, tomar o cuidado de fechá-lo de forma conveniente para evitar que entre agentes contaminantes no balde. Também com relação às graxas, não pode haver mistura de graxas de diferentes tipos. Cada uma tem a sua especificação e sua utilização.
  48. 48. 46 UNIDADE 4 COMPRESSORES DE AR Compressor de ar é um equipamento destinado a geração de ar comprimido para as diversas aplicações a bordo de navios. Existem diversos tipos de compressores de ar, cada um com seus propósitos de utilidade. Basicamenteos compressores podem serclassificados quanto à sua pressão de descarga e quanto ao seu tipo. Quanto a pressão de descarga do ar os compressores podem ser classificados em: - Compressores de baixa pressão – comprimem o ar até 10 kg / cm² - Compressores de média pressão – comprimem o ar entre 10 kg / cm² e 70 kg/cm² - Compressores de alta pressão – comprimem o ar acima de 70 kg / cm² Os mais encontrados a bordo dos navios mercantes são os de média e baixa pressão. Os compressores de média pressão são adequados para o sistema de partida dos motores de propulsão cujos tanques de armazenagem de ar de partida operam com pressões entre 25 e 30 kg/cm². Para os sistemas de de ar de serviços gerais e ar de controle para instrumentos a aplicação adequada é de um compressor de baixa pressão. Quanto ao seu tipo, os compressores podem ser de deslocamento positivo ou dinâmicos (turbo-compressores). 4.1 COMPRESSORES DE DESLOCAMENTO POSITIVO Os compressores do tipo deslocamento positivo baseiam-se fundamentalmente na redução do volume do ar por compressão. O ar é admitido em uma câmara isolada do meio exterior, onde o seu volume é gradualmente diminuído, processando-se a compressão. Quando certa pressão é atingida, provoca-se a abertura de válvulas de descarga ou, simplesmente, o ar é empurrado para o tubo de descarga durante a contínua diminuição do volume da câmara de compressão. Por sua vez, os compressores de deslocamento positivo são divididos em dois tipos básicos: Compressor alternativo e compressor rotativo
  49. 49. 49 4.1.1 Compressores alternativos O compressor alternativo é um tipo de compressor de deslocamento positivo em que a compressão do ar é feita em uma câmara de volume variável por um pistão, ligado a um mecanismo biela-manivela similar ao de um motor alternativo. O compressordotipo alternativo é compostode uma câmara,conhecida por cilindro, onde se desloca um êmbolo ou pistão em movimento alternativo (para baixo e para cima).Esses dois extremos entre os quais se desloca o pistão são chamados de ponto morto superior (PMS) e ponto morto inferior (PMI). No seu movimento descendente (para baixo), a válvula de sucção se abre e o ar penetra no interior do cilindro. Quando o pistão no movimento ascendente (para cima) comprime o ar a um valor determinado, a válvula de descarga se abre deixando o ar comprimido sairpraticamente com pressão constante. Ao final do movimento de ascensão, a válvula de descarga se fecha, e a de sucção se abre, preenchendo a câmara a medida que o pistão se move e desta forma o ciclo de funcionamento vai se repetindo. Figura 80: Compressor alternativo – Corte. Os compressores alternativos de êmbolo são os mais comuns e mais empregados a bordo. Entretanto há mais dois tipos de compressores alternativos que podem ser encontrados em um ou outro navio, que são os seguintes: Compressor alternativo de labirinto Esse tipo de compressor tem como característica especial ser isento de óleo. É um tipo especial de compressor alternativo de deslocamento positivo que trabalha sem anéis de pistão. A vedação entre o pistão e a parede do cilindro é obtida por uma série de labirintos. Os cilindros tem uma superfície interna finamente ranhurada e as saias do pistão tem uma rosca com extremidades agudas cortadas na sua superfície. Compressor de diafragma O compressor de diafragma é também isento de óleo. Apesar de ter um pistão alternativo dentro de um cilindro, é empregada uma membranaflexível ou diafragma. O diafragma é que faz
  50. 50. 50 a compressão do ar e pode ser acionado tanto mecanicamente como hidraulicamente. Este tipo de compressor não é usual a bordo de navios. Classificação Os compressores alternativos podem ser classificados quanto à posição dos cilindros, quanto ao tipo de cilindros e quanto ao número de estágios. Quanto aposição dos cilindros, os compressores alternativos podem ser: Compressor de cilindro horizontal Cilindro ou cilindros dispostos em um mesmo plano horizontal. Compressor de cilindro vertical Cilindro ou cilindros dispostos em um mesmo plano vertical. Compressor de cilindros em ângulo O mais comum é o compressor de cilindros em “V”. Compressor de cilindros semi-radiais Os cilindros são dispostos formando um semicírculo. Quanto ao tipo dos cilindros, os compressores alternativos podem ser: Cilindro de simples efeito É aquele em que a compressão se realiza em apenas uma face do êmbolo. Cilindro de duplo efeito É aquele em que a compressão se realiza em amabas as faces do êmbolo. Os compressores alternativos são também classificados quanto ao número de estágios. Quando nos referimos a estágios de compressão estamos nos referindo ao número de vezes o ar tem sua pressão aumentada antes de ser descarregado. Compressor de simples estágio É aquele que tem apenas um cilindro. Ou seja, comprime o ar uma única vez Compressor de múltiplos estágios É aquele em que o ar recebe duas ou mais compressões sucessivas antes de ser descarregado. Tem mais de um cilindro com volumes diferentes. O cilindro denominado de “baixa pressão” aspira o ar da atmosfera e o descarrega em uma determinada pressão para um outro cilindro denominado de “alta pressão”, que por sua vez o descarrega para um tanque de armazenagem. No caso de mais de dois estágios, a descarga seria para a admissão do próximo estágio.
  51. 51. 51 4.1.2 Compressores rotativos Compressores rotativos são aqueles em que os gases são comprimidos por elementos giratórios. Os tipos mais conhecidos são os de parafusos, de lóbulos, de palhetas e de anel líquido. Compressores rotativos de parafuso Os compressores de parafusos são compressores rotativos com dois eixos helicoidais em sentidos opostos. Um dos rotores possui lóbulos convexos, o outro uma depressão côncava e são denominados, respectivamente, rotor macho e rotor fêmea. Eles operam conforme o princípio do deslocamento e se deslocam continuamente. O ar é aspirado do ambiente, sendo comprimido entre os rotores e a carcaça que os contém. As extremidades dos rotores cobrem a admissão: o ar entra na câmara de compressão. O ar segue para o compartimento formado pelo lóbulo do rotor macho e pelo sulco do rotor fêmea. Assim que os rotores giram, este "compartimento" torna-se progressivamente menor, comprimindo o ar armadilhado. O ar comprimido é descarregadoatravés de uma aberturade saída. Os compressores de parafusos são construídos para operar a seco para ar comprimido isento de óleo, ou no caso normal com injeção de óleo para lubrificação, vedação e resfriamento. De acordo com o tipo de acesso ao seu interior, os compressores podem ser classificados em herméticos, semi-herméticos ou abertos. A categoria dos compressores de parafuso pode também ser subdividida em compressores de parafuso duplo e simples. Os compressores de parafuso podem também ser classificados de acordo com o número de estágios de compressão, com um ou dois estágios de compressão. Figura 81: Compressor rotativo de parafusos . Compressores rotativos de lóbulos Os compressores de lóbulos são conhecidos como Compressores tipo Roots e constituem um exemplo típico do que se pode chamar de soprador, porque gera aumentos de pressão muito pequenos. Esse tipo de compressor possui dois rotoresque giram em sentido contrário, mantendo uma folga muito pequena no ponto de tangência entre si e com relação à carcaça. O gás penetra pela abertura de sucção e ocupa a câmara de compressão, sendo
  52. 52. 52 conduzido até a abertura de descarga pelos rotores. Os compressores de lóbulos, embora classificados volumétricos, não possuem compressão interna, porque os rotores apenas deslocam o fluido de uma região de baixa pressão para uma de alta pressão. Os Compressores tipo Roots, são compressores de baixa pressão, que são muito utilizados em transportes pneumáticos e na sobrealimentação dos motores Diesel. Estes compressores apresentam um rendimento volumétrico muito baixo, mas em compensação o rendimento mecânico é elevado. No entanto a principal vantagem destes compressores é a sua grande Figura 82: Compressor de lóbulos robustez, o que permite que rodem anos sem qualquer revisão. (roots).Fluxo do ar. Compressores rotativos de palhetas Os compressores de parafusos de palhetas um rotor é montado dentro de uma carcaça com uma excentricidade (desnivelamento entre o centro do eixo do rotor e da carcaça). No rotor são montadas palhetas móveis, de modo que a rotação faz as palhetas se moverem para dentro e para fora de suas ranhuras. O gás contido entre duas palhetas sucessivas é comprimido a medida o volume entre elas diminui devido à rotação e à excentricidade do rotor. A figura ao lado mostra o fluxo do ar comprimido entre as palhetas. Figura 83 : Compressor de palhetas. É possível resfriar o ar, lubrificar as superfícies e vedar a câmara, ao mesmo tempo, pela injeção de óleo. O óleo injetado é recuperado e recirculado após a compressão. Como a temperatura máxima do óleo pode ser mantida relativamente baixa, é possível recuperar praticamente todo o óleo. Compressores rotativos de anel líquido Dentre os compressores rotativos há ainda o compressor de anel líquido, que não é muito usual a bordo dos navios.
  53. 53. 53 Figura 84: Compressor de anel líquido. Os compressores rotativos de anel líquido são constituídos de um tambor excêntrico provido de palhetas que gira no interior de uma carcaça fixa. Ao girar, forma junto das paredes da carcaça um anel de líquido (normalmente água) para vedação. A espessura do anel líquido é praticamente constante. O volume compreendido entre as palhetas e o anel líquido é, por outro lado, variável, permitindo assim a compressão. 4.2 COMPRESSORES DINÂMICOS (TURBOCOMPRESSORES) Os compressores dinâmicos ou turbocompressores possuem dois componentes principais: impelidor e difusor, cujas funções têm como resultado a transformação da energia cinética do ar em pressão. Os compressores dinâmicos se dividem em dois grupos: compressores centrífugos e compressores axiais. O compressor centrífugo aciona um impelidor a alta velocidade (50 mil a 60 mil RPM) levando o ar para uma caixa de compressão. À medida que o ar é conduzido ao cubo do impulsor, uma força centrífuga faz com que ele seja expulso para o lado de fora. O ar sai do impulsor em alta velocidade, porém com baixa pressão. Um difusor, conjunto de paletas fixas que envolvem o impulsor, converte o ar de alta velocidade e baixa pressão em ar de baixa velocidade e alta pressão. As moléculas do ar perdem velocidade quando atinge as paletas, o que reduz a velocidade do fluxo de ar e aumenta a pressão. O compressor axial compõe-sede um conjunto de palhetas montadas no impelidor e outro na carcaça conforme figura ao lado. O movimento do ar, paralelo ao eixo, explica o termo compressor de “fluxo axial”. À medida que o ar se desloca da entrada (sucção) para a saída, há uma diminuição na área entre as aletas o que ocasiona o aumento de pressão.
  54. 54. 54 Figura 85: Compressor centrífugo. Figura 86: Compressor axial. 4.3 CONTROLE DE CAPACIDADE DOS COMPRESSORES O controle de capacidade dos compressores tem por finalidade cessar o fluxo de ar de descarga quando a pressão de operação do sistema é atingida. Os compressores têm várias maneiras de fazer esse controle de capacidade: Controle de capacidade intermitente Também chamado de controle descontínuo da capacidade. Nessa modalidade de controle o compressor funciona em carga máxima ou parada. Ou seja, quando o sistema alcança a pressão máxima, o motor do compressor é desligado e quando chega ao mínimo ele é ligado. A freqüência de comutação pode ser regulada num pressostato. Para que os períodos de comandos possam ser limitados a uma média aceitável, é necessário um grande reservatório de ar comprimido. Os demais métodos de controle de capacidade são métodos de controle contínuo e são os seguintes: Controle por abertura da válvula de aspiração É o método mais comum de descompressão de compressores alternativos. Quando o sistema alcança a pressão máxima, um mecanismo mantém a válvula de aspiração aberta. Dessa forma, não há compressão do ar pelo pistão. Controle por abertura da válvula limitadora de pressão É uma regulagem na descarga do compressor.Na saída do compressorexiste uma válvula limitadora de pressão, quando a pressão desejada é alcançada, a válvula se abre deixando o excesso de pressão escapar para a atmosfera. Controle por regulagemna rotação Esse método é utilizado quando o acionador do compressor é um motor de combustão interna ou uma turbina (são acionadores não comuns a bordo). Utiliza-se um regulador de velocidade do acionador que funciona de acordo com a carga do compressor. Controle por estrangulamento
  55. 55. 55 Essa regulagem se dá ao estrangulamento no funil de sucção, e o compressor pode assim ser regulado. Esta regulagem é normalmente utilizada nos turbocompressores. 4.4 CUIDADOS NA OPERAÇÃO COM COMPRESSORES Os cuidados com a operação dos compressores podem ser quanto aos aspectos de segurança e quanto à sua operação. A tubulação de descarga dos compressores é geralmente quente e pode provocar queimaduras. Deve ser termicamente isolada para proteção pessoal. Cuidado com partes móveis expostas. Acoplamentos rígidos e transmissão por polia e correias devem ser protegidos para evitar acidentes. Manter limpo e isento de óleo o piso do local em que o compressor está instalado para evitar escorregões. Atenção à temperatura e pressão da água de resfriamento (bloco e resfriadores intermediários caso existam) Atenção para possíveis vazamentos de água de resfriamento em locais que possa contaminar o õleo lubrificante. Atenção para o nível e a pressão do óleo lubrificante. Atentar também para sua qualidade, principalmente a viscosidade. Atentar para ruídos anormais ou vibração acima dos níveis normais de funcionamento. Atentar para o cumprimento da periodicidade de manutenção prevista no plano de manutenção programada.
  56. 56. 54 UNIDADE 5 TANQUES Tanques são elementos de fundamental importância em um navio. São vários tipos de líquidos a serem armazenados destinados à utilização nas operações de bordo e para isso são utilizados os tanques. Há também tanques destinados a carga como nos navios petroleiros e demais navios de carga líquida a granel. 5.1 CLASSIFICAÇÃO DOS TANQUES: ESTRUTURAIS E NÃO-ESTRUTURAIS Os tanques podem ser classificados como tanques estruturais e tanques nãoestruturais. 5.1.1 Tanques estruturais São aqueles que fazem parte da estrutura da embarcação, isto é, são construídos como parte integrante do casco da embarcação. Servem para transportar grandes volumes de líquidos como água, óleo, gás liquefeito e outros produtos químicos. Os tanques de carga de um navio petroleiro são estruturais também. 5.1.2 Tanques não-estruturais São aqueles que não fazem parte da estrutura da embarcação. São construídos fora, levados para bordo e montados no local de operação. São normalmente menores que os estruturais e armazenam menores quantidades. 5.2 IDENTIFICAÇÃO DOS TANQUES EM UM PLANO 5.2.1 Tanques estruturais Os tanques estruturais podem ser de duplo fundo ou laterais. Os tanques de duplo fundo ficam na parte inferior da embarcação, sendo seu fundo constituído pela chapa do casco do navio e outra logo acima, formado um fundo duplo para evitar derramamento do produto no mar
  57. 57. 57 em caso de dano no casco por acidentes de qualquer natureza. Há um espaço vazio entre as anteparas transversais dos tanques chamado cofferdam, que tem como finalidade isolar um tanque de óleo de um tanque de água, por exemplo, para evitar contaminação. Há também um cofferdam sempre que o espaço contíguo a um tanque for um compartimento com materiais ou pessoas (paióis, praça de máquinas, etc). O cofferdam é também conhecido como espaço de ar ou espaço de segurança. Os tanques laterais são formados pelas chapas laterais do costado e as de fundo. Normalmente são utilizados para lastro em navios graneleiros. 5.2.2 Tanques não-estruturais Os tanques não estruturais são instalados no convés e/ou na praça de máquinas dos navios. Recebem abastecimento dos fornecedores de terra ou transferências de outros tanques de bordo. Neste último caso, temos como exemplo a transferência de parte do óleo combustível dos tanques de duplo fundo (estruturais) para o tanque de sedimentação (nãoestrutural). Para se ter uma idéia de porte desses dois tipos de tanques, enquanto os tanques estruturais têm capacidade que podem chegar a 1.000 toneladas, os não-estruturais tem capacidade entre um máximo de 100 toneladas até 100 litros ou até menos. Todos os tanques, independentemente dos seus tipos devem ter uma comunicação para a atmosfera, normalmente chamada de suspiro ou vent afim de que os gases sejam exauridos enão haja pressão dentro do tanque. Assim, podemos resumir que os tanques de bordo têm as seguintes características e aplicações: Tanques que armazenam grandes quantidades de líquidos (carga, para operação do navio ou lastro) são os de duplo fundo e os laterais. Tanques que armazenam quantidades menores de líquidos (óleo ou água) para o consumo diário do navio são os tanques não-estruturais. 5.3 SONDAGEM DE TANQUES Os tanques de bordo devem ser sondados periodicamente para se verificarquais são as quantidades de produtos neles contida. Desta forma, eles têm um tubo-sonda onde podemos introduzir uma fita metálica graduada (trena) para saber a altura do líquido no tanque. Quando medimos com sonda (trena metálica), a medida do fundo à superfície do líquido é chamada de “sondagem ou imagem” e o espaço medido entre a superfície do líquido e o topo do tanque é chamado de “ulagem”.
  58. 58. 58 Há também outras formas de indicação de nível que podem ser por boias com operação mecânica ou baseadas em sistemas de instrumentação que podem ser pneumáticos ou eletrônicos. Se qualquer dos métodos empregados nos indicar apenas a altura do produto no tanque, podemos verificar o seu volume através de tabelas existentes a bordo. UNIDADE 6 BOMBAS Bomba é um equipamento destinado a transferir um líquido de um local para outro através de uma ação mecânica. Recebem uma força motriz de um acionador (motor elétrico, motor a combustão ou turbina) e transfere energia ao líquido aumentando-lhe a pressão para transportá- lo de um ponto a outro. Figura 87: Instalação típica de uma bomba. 6.1 CLASSIFICAÇÕES DAS BOMBAS As bombas podem ser classificadas em duas grandes categorias: Bombas de deslocamento positivo ou volumétricas. Turbobombas ou dinâmicas. 6.1.1 Bombas de deslocamento positivo ou volumétricas Observe que na figura 87 existe uma instalação típica de uma bomba aspirando de um poço ou porão, cujas partes principais são: M – motor de acionamento da bomba; B – bomba; VPC – válvula de pé com crivo; 2 – poço; 3 – linha de aspiração; VR – válvula de retenção; R – Válvula de descarga; 4 – linha de descarga.
  59. 59. 59 As bombas de deslocamento positivo possuem uma ou mais câmaras, em cujo interior existe um elemento propulsor (êmbolo, diafragma, etc.) que comunica energia de pressão ao líquido, provocando o seu escoamento desde sua aspiração até sua descarga. As bombas de deslocamento positivo podem ser Alternativas ou Rotativas. Bombas alternativas Nas bombas alternativas, o líquido recebe a ação das forças diretamente de um êmbolo ou de uma membrana flexível (diafragma). Elas podem ser acionadas pela ação do vapor ou por meio de motores elétricos ou também por motores de combustão interna. São bombas de Bombas rotativas Nas bombas rotativas, o líquido recebe a ação de forças provenientes de uma ou mais peças dotadas de movimento de rotação que, comunicando energia de pressão, provocam seu escoamento. A ação das forças se faz segundo a direção que é praticamente a do próprio movimento de escoamento do líquido. As bombas rotativas têm sua constituição baseada em tipos diferentes sendo os principais palhetas, engrenagens e parafuso. Bombas de palheta Um rotor com palhetas móveis é ligado a um eixo que é conectado a um acionador principal. À medida que o rotor gira, as palhetas são expulsas por inércia e acompanham o contorno do cilindro (o anel não gira).Quando as palhetas fazem contato com o anel, é formada uma vedação positiva entre o topo da palheta e o anel. deslocamento positivo porque exercem forças na direção do próprio movimento do líquido. Figura. 88: Bomba alternativa de êmbolo. Figura 89: Bomba alternativa de diafragma.
  60. 60. 60 Figura 90: Bomba de palheta. Bombas de engrenagens O fluido bombeado ocupa o espaço vazio entre as engrenagens e a carcaça e é deslocado da região de sucção para a região de descarga. Entre os centros de rotação os dentes se acoplam não permitindo o retorno do fluido. Figura 91: Bomba de engrenagens. Bombas de parafusos Possuem um ou mais parafusos. O fluido é admitido pelas extremidades e devido ao movimento de rotação e aos filetes dos parafusos é empurrado pela parte central onde é descarregado. Figura 92: Bomba de parafusos. 6.1.2 Turbobombas ou bombas dinâmicas Turbobombas
  61. 61. 61 São bombas nas quais a movimentação do líquido é feita por forças geradas no líquido em conseqüência da rotação de uma peça interna dotada de pás ou aletas (rotor), que provoca seu deslocamento desde a admissão até a descarga. Dentre as turbobombas focalizaremos os seus principais tipos que são as centrífugas, as axiais e as helicoidais. Bombas centrífugas Neste tipo de bomba o líquido entra no rotor paralelamente ao eixo de rotação, sendo dirigido pelas pás para a periferia do rotor até a descarga existente na carcaça (voluta). Figura 93: Bomba centrífuga - Rotor e voluta Figura 94: Bomba centrífuga em corte. As bombas centrífugas por sua vez também se classificam quanto aos seus diversos aspectos – pressão,vazão, direção do fluxo, tipo e número de rotores, tipo de aspiração, posição de saída, velocidade de rotação, posição do eixo e tipo de carcaça. Quanto aos rotores, podem ser dos seguintes tipos: As bombas centrífugas também podem ter mais de um estágio. São bombas que possuem mais de um rotor, com a finalidade de aumentar a pressão. O número de estágios depende do número de rotores. Figura 95: Tipos de rotores.
  62. 62. 62 Figura 96: Bomba centrífuga multiestágios. Bombas axiais O fluido entra no rotor na direção axial e é descarregado na mesma direção axial. Figura 97: Bomba axial. Bombas helicoidais As pás neste tipo de bomba apresentam dupla curvatura, com a borda de saída bastante inclinada em relação ao eixo. Desta forma, a trajetória da partícula é uma hélice cônica e reversa. O rotor usualmente possui somente uma base para a fixação das pás em forma de cone ou ogiva. Figura 98: Bomba helicoidal.
  63. 63. 63 6.2 EMPREGOS DAS BOMBAS A BORDO São várias as aplicações de bombas a bordo de navios. Para cada uma delas utiliza-se o tipo de bomba que seja mais adequado ao fluido e as condições de bombeamento. Normalmente empregamos bombas centrífugas, axiais ou alternativas para água e rotativas para óleos. Assim, as principais aplicações de bombas a bordo são: Resfriamento do motor propulsor – bomba de água doce para o resfriamento do motor propulsor. Água de circulação – bomba de água salgada que aspira do mar para circulação dos intercambiadores de bordo que utilizam esse tipo de água. Óleo combustível do motor propulsor – bomba que aspira do tanque de serviço de óleo combustível e descarrega para a queima no motor Lubrificação do motor propulsor – bomba que aspira do poceto do motor e descarrega para lubrificar as diversas partes do motor propulsor. Tanque hidrofórico de água doce – bomba que aspira de um tanque de água doce e descarrega para o tanque hidrofórico, cuja finalidade é fornecer água doce sob pressão para todas as acomodações do navio Transferência de óleo combustível – bomba que faz a transferência de óleo combustível dos tanques de armazenamento para os tanques de sedimentação. Transferência de óleo Diesel - bomba que faz a transferência de óleo Diesel dos tanques de armazenamento para os tanques de sedimentação. Lastro – bomba que faz o lastreamento do navio aspirando água do mar e descarregando- a para os tanques de lastro. Serviços gerais e incêndio – bomba que aspira água do mar e a descarrega para as redes de serviços gerais que utilizam água salgada. Também mantém pressurizadas as redes de incêndio no navio. Carga – em navios petroleiros bomba de carga é aquela que faz o descarregamento do navio. Alimentação de caldeira – em navios que possuem caldeira há uma bomba de alimentação de água para a mesma. Esgoto de porão – bomba que aspira todo o líquido existente na dala da praça de máquinas, enviando-o para um tanque de esgoto. Deste tanque, após a sedimentação, a água passa por um sistema de separação do óleo e só depois é descarregada para o mar.
  64. 64. 64 6.3 PRINCÍPIOS DE FUNCIONAMENTO DAS BOMBAS 6.3.1 Funcionamento de uma bomba alternativa O sistema de funcionamento de uma bomba alternativa é muito simples e consiste no deslocamento de um êmbolo no interior de um cilindro ou de um movimento de um diafragma casoseja ela deste tipo. Supondo uma bomba de êmbolo, que é a mais comum,o funcionamento se processa da forma abaixo detalhada. No curso de aspiração, o movimento do êmbolo tende a produzir um vácuo no interior do cilindro, provocando a entrada do líquido. É a diferença de pressões que provoca a abertura de uma válvula de aspiração e mantém fechada a de recalque. No curso de descarga, o êmbolo exerce forças sobre o líquido, impelindo-o para o tubo de descarga, provocando a abertura da válvula de recalque e mantendo fechada a de aspiração. A descarga é intermitente e as pressões variam periodicamente em cada ciclo. Estas bombas são auto-escorvantes e podem funcionar como bombas de ar, fazendo vácuo se não houver líquidas a aspirar. Figura 99: Bomba alternativa a vapor. No caso das bombas alternativas de diafragma, o órgão que fornece a energia do líquido é uma membrana acionada por uma haste com movimento alternativo. O movimento da membrana, em um sentido, diminui a pressão da câmara fazendo com que seja admitido um volume de líquido. Ao ser invertido o sentido do movimento da haste, esse volume é descarregado na linha de recalque. São usadas para serviços de dosagens de produtos já que, ao ser variado o curso da haste, varia-se o volume admitido. Um exemplo de aplicação dessa bomba é a que retira gasolina do tanque e manda para o carburador de um motor de combustão interna.
  65. 65. 65 As bombas alternativas podem ainda ser classificadas quando ao efeito e quanto ao número de cilindros. Quanto ao efeito podem ser: Simples efeito– quando o trabalho de bombeamento é executado por apenas uma face do êmbolo. Duplo efeito – quando o trabalho de bombeamento é executado por ambas as faces do êmbolo. Quanto ao número de cilindros podem ser: Simplex – quando tem apenas um cilindro hidráulico. Duplex – quando tem dois cilindros hidráulicos. Triplex– quando tem três cilindros hidráulicos. Multiplex – quando tem mais de três cilindros hidráulicos 6.3.2 Funcionamento de uma bomba rotativa Nas bombas rotativas um movimento de rotação do elemento de recalque resulta em um escoamento continuo. O rotor da bomba provoca uma pressão reduzida no lado da entrada, o que possibilita a admissão do líquido à bomba, pelo efeito da pressão externa. À medida que o elemento gira, o líquido fica retido fica retido entre os componentes do rotor e a carcaça da bomba. Esses elementos podem ser palhetas, engrenagens ou parafusos. As bombas rotativas são utilizadas basicamente para bombeamento de óleos e demais fluidos viscosos. Bomba rotativa de palhetas A bomba de palhetas possui um rotor cilíndrico com ranhuras radiais dentro das quais são montadas as palhetas. Este rotor é montado excentricamente dentro de uma carcaça cilíndrica. Com o movimento de rotação do rotor as palhetas deslizam sobre a superfície cilíndrica interna da carcaça, sendo pressionadas contra ele pela força centrífuga devido ao movimento de rotação, e também pelo efeito de um sistema de molas dentro das ranhuras conforme o tipo de bomba. Assim, o fluido é conduzido da aspiração para a descarga no espaço formado entre duas palhetas consecutivas e a carcaça. As bombas de palhetas são empregadas para pressões não muito altas, trabalham geralmente com produtos viscosos e são lubrificadas pelo próprio líquido em bombeamento.

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