Este documento apresenta um manual técnico sobre bombas. Ele começa descrevendo os principais tipos de bombas centrífugas, como sua construção, características e curvas de desempenho. Também apresenta os diferentes tipos de bombas de acordo com sua aplicação e construção, como bombas padrão, bi-partidas, hermeticamente seladas, sanitárias, de efluentes, imersíveis e submersas. Por fim, discute aspectos importantes como materiais, motores, vedações de eixos, sistemas hidráulicos e

1. GRUNDFOS INDUSTRY
MANUAL DE BOMBAS

4. MANUAL DE BOMBA
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5. Introdução
A indústria fabril tem uma elevada demanda pesada por bombas, quando
se trata de uma ótima operação, alta confiabilidade e baixo consumo de
energia. Por esse motivo, a Grundfos desenvolveu o Manual de Bomba,
que, de maneira simples, aborda com várias considerações ao dimensionar
bombas e sistemas de bombas.
Elaboramos um manual para engenheiros e técnicos que trabalham
com o projeto e instalação de bombas e sistemas de bombas, contendo
respostas para uma ampla variedade de perguntas técnicas específicas
sobre as bombas. O Manual de Bombas pode ser lido do princípio ao fim ou
parcialmente sobre tópicos específicos.
O manual está dividido em 5 capítulos, os quais abordam as diferentes
fases do projeto de sistemas de bombas.
No capítulo 1 fazemos uma apresentação geral de diferentes tipos de
bombas e componentes. Aqui também descrevemos quais precauções
tomar ao lidar com líquidos viscosos. Além disso, os materiais mais usados,
assim como os diferentes tipos de corrosão são apresentados aqui. As
terminologias mais importantes relacionadas à leitura do desempenho
das bombas são apresentadas no capítulo 2. O Capítulo 3 aborda os
sistemas hidráulicos e alguns dos fatores mais importantes a considerar
para se obter uma ótima operação do sistema de bombas. Visto que é
frequentemente necessário ajustar o desempenho da bomba por meio
de vários métodos de ajuste, estes métodos são abordados no capítulo 4.
O capítulo 5 descreve os custos do ciclo de vida uma vez que o consumo
de energia desempenha um papel importante nas bombas e sistemas de
bombas de hoje.
Esperamos sinceramente que você faça uso do Manual de Bomba e o
considere útil no seu trabalho diário.
Diretor de Segmento
Especialista em Aplicação
Mogens Roy Olesen
Christian R. Bech

6. Índice
Capítulo 1 Design de bombas e motores.................................7 1.4.5 Proteção do motor............................................................. 49
Seção 1.5 Líquidos............................................................................53
Seção 1.1 Construção de bombas................................................8 1.5.1 Líquidos viscosos............................................................................ 54
1.1.1 A bomba centrífuga...............................................................8 1.5.2 Líquidos Não Newtonianos ...................................................... 55
1.1.2 Curvas das bombas................................................................ 9 1.5.3 Impacto dos líquidos viscosos sobre o desempenho
1.1.3 Características da bomba centrífuga...........................11
de uma bomba centrífuga......................................................... 55
1.1.4 Tipos mais comuns de bombas de
1.5.4 Seleção da bomba correta para um líquido
sucção axial e em linha ................................................... 12
com anticongelante ......................................................................56
1.1.5 Tipos de rotores (forças axiais) ....................................... 14 1.5.5 Exemplo de cálculo ....................................................................... 58
1.1.6 Tipos de carcaças (forças radiais)................................... 15 1.5.6 Seleção da bomba com auxílio de computador
1.1.7 Bombas monoestágio....................................................... 15
para líquidos densos e viscosos................................................ 58
1.1.8 Bombas multiestágio..........................................................16
1.1.9 Bombas com acoplamento longo e curto 16
Seção 1.6 Materiais........................................................................ 59
1.6.1 O que é corrosão?..................................................................60
Seção 1.2 Tipos de bombas..........................................................17 1.6.2 Tipos de corrosão...................................................................61
1.2.1 Bombas padrão .................................................................... 17 1.6.3 Metais e ligas metálicas.....................................................65
1.2.2 Bombas bi-partida............................................................. 17 1.6.4 Cerâmica...................................................................................71
1.2.3 Bombas hermeticamente seladas ............................. 18 1.6.5 Plástico.......................................................................................71
1.2.4 Bombas sanitárias ..............................................................20 1.6.6 Borracha....................................................................................72
1.2.5 Bombas de efluentes ....................................................... 21 1.6.7 Revestimentos........................................................................73
1.2.6 Bombas imersíveis ............................................................ 22
1.2.7 Bombas submersas .......................................................... 23
1.2.8 Bombas de descolamento positivo .............................24 Capítulo 2 Instalação e leitura do
desempenho .....................................................................................75
Seção 1.3 Vedações de eixos mecânicos...............................27
1.3.1 Componentes e função da vedação
Seção 2.1 Instalação da bomba ................................................76
de eixo mecânico.................................................................29 2.1.1 Nova instalação.....................................................................76
1.3.2 Vedações de eixos mecânicos balanceados
2.1.2 Substituição-instalação existente .................................76
e não balanceados .............................................................30 2.1.3 Fluxo do tubo para instalação de
1.3.3 Tipos de vedações de eixos mecânicos....................... 31
bomba única..........................................................................77
1.3.4 Combinações de materiais da face
2.1.4 Limitação de ruídos e vibrações......................................78
da vedação.............................................................................34 2.1.5 Nível de som (L)......................................................................81
1.3.5 Fatores que afetam o desempenho
da vedação.............................................................................36 Seção 2.2 Desempenho da bomba .........................................83
2.2.1 Termos hidráulicos................................................................83
Seção 1.4 Motores.......................................................................... 39 2.2.2 Termos elétricos.....................................................................90
1.4.1Padrões ..................................................................................... 40 2.2.3 Propriedades dos líquidos.................................................93
1.4.2 Partida no motor................................................................. 46
1.4.3 Tensão de alimentação.................................................... 47
1.4.4 Conversor de frequência................................................. 47

7. Capítulo 3 Sistema hidráulico......................................................95
Seção 3.1 Características do sistema .......................................96
3.1.1 Resistências únicas...............................................................97
3.1.2 Sistemas abertos e fechados ............................................98
Seção 3.2 Bombas conectadas em série e paralelas............101
3.2.1 Bombas em paralelo..........................................................101
3.2.2 Bombas conectadas em série........................................103
Capítulo 4 Ajuste do desempenho
das bombas......................................................................................105
Seção 4.1 Ajuste do desempenho das bombas.................106
4.1.1 Controle por estrangulamento....................................107
4.1.2 Controle de desvio.............................................................107
4.1.3 Modificação do diâmetro do rotor.............................108
4.1.4 Controle de velocidade....................................................108
4.1.5 Comparação dos métodos de ajuste.........................110
4.1.6 Eficiência geral do sistema da bomba......................111
4.1.7 Exemplo: Consumo de energia relativo
quando o fluxo é reduzido em 20%...........................111
Seção 4.2 Soluções para bomba com
velocidade controlada ...................................................114
4.2.1 Controle de pressão constante....................................114
4.2.2 Controle de temperatura constante..........................115
4.2.3 Pressão do diferencial constante em
um sistema de circulação..............................................115
4.2.4 Controle da pressão diferencial
com compensada por fluxo .........................................116
Seção 4.3 Vantagens do controle
de velocidade......................................................................117
Seção 4.4 Vantagens das bombas com
conversor de frequência integrado .......................... 118
4.4.1 Curvas de desempenho de bombas com
velocidade controlada.....................................................119
4.4.2 Bombas com velocidade controlada em
diferentes sistemas ..........................................................119
Seção 4.5 Conversor de frequência.......................................122
4.5.1 Funções e características básicas.................................122
4.5.2 Componentes do conversor
de frequência......................................................................122
4.5.3 Condições especiais referentes aos
conversores de frequência.............................................124
Capítulo 5 Cálculo dos custos
do ciclo de vida ...............................................................................127
Seção 5.1 Equação de custos do ciclo de vida....................128
5.1.1 Custos iniciais, preço de compra (Cic)..........................129
5.1.2 Custos de Instalação e
comissionamento (Cin).....................................................129
5.1.3 Custos de energia (Ce)........................................................130
5.1.4 Custos operacionais (Co)...................................................130
5.1.5 Custos ambientais (Cenv)...................................................130
5.1.6 Custos de manutenção e reparos (Cm)......................131
5.1.7 Custos de tempo de parada,
perda de produção (Cs)...................................................131
5.1.8 Custos de desmantelamento
e descarte (Co)......................................................................131
Seção 5.2 Cálculo dos custos
do ciclo de vida – um exemplo ...................................132
Apêndice............................................................................................133
A) Notações e unidades........................................................134
B) Tabelas de conversão de unidades.............................135
C) Prefixos SI e alfabeto grego...........................................136
D) Pressão do vapor e densidade da água
em diferentes temperaturas........................................137
E) Orifício .................................................................................138
F) Mudança na pressão estática devido
à mudança do diâmetro do cano...............................139
G) Injetores.................................................................................140
H) Nomograma para perdas de
carga em curvas e válvulas............................................141
I)
Nomograma para perda do tubo de
água limpa a 20˚C.............................................................142
J) Sistema periódico..............................................................143
K) Padrões de bombas..........................................................144
L) Viscosidade para líquidos diferentes
como função da temperatura do líquido................145
Índice remissivo.............................................................................151

8. Capítulo 1. Design de bombas e motores
Seção 1.1: Construção da bomba
1.1.1 A bomba centrífuga
1.1.2
Curvas da bomba
1.1.3
Características da bomba centrífuga
1.1.4
Tipos mais comuns de bombas de
sucção axial e em linha
1.1.5
Tipos de rotor (forças axiais)
1.1.6
Tipos de carcaças (forças radiais)
1.1.7
Bombas monoestágio
1.1.8
Bombas multiestágio
1.1.9
Bombas com acoplamento longo
e curto
Seção 1.2 Tipos de bombas
1.2.1
1.2.2
1.2.3
1.2.4
1.2.5
1.2.6
1.2.7
1.2.8
Bombas padrão
Bombas bi-partida
Bombas hermeticamente seladas
Bombas sanitárias
Bombas de efluentes
Bombas imersíveis
Bombas submersa
Bombas de deslocamento positivo

9. Seção 1.1
Construção da bomba
1.1.1 Bomba centrífuga
Em 1689, o físico Denis Papin inventou a bomba
centrífuga e este tipo de bomba é o mais usado ao
redor do mundo. A bomba centrífuga é construída
sobre um princípio simples: O líquido é levado
até o cubo do rotor e, através da força centrífuga,
ele é lançado na direção da periferia dos rotores.
A construção é razoavelmente barata, robusta e
simples e sua alta velocidade possibilita conectar
a bomba diretamente a um motor assíncrono.
A bomba centrífuga oferece um fluxo de líquido
uniforme e pode facilmente ser acelerado sem
causar danos a bomba.
Agora, vamos observar a figura 1.1.1, que mostra
o fluxo do líquido através da bomba. A entrada
da bomba leva o líquido para o centro do rotor
giratório de onde é lançado para a periferia. Esta
construção oferece alta eficiência e é apropriada
para lidar com líquidos puros. As bombas, que têm
que lidar com líquidos impuros, como bombas
de efluentes, são equipadas com um rotor que é
construído especialmente para evitar que objetos
fiquem armazenados no interior da bomba,
consulte a seção 1.2.5.
Se ocorrer diferença de pressão no sistema enquanto
a bomba centrífuga não estiver funcionando, o
líquido ainda consegue passar através da mesma
devido ao seu desenho aberto.
Como se pode ver na figura 1.1.2, a bomba centrífuga
pode ser classificada em diferentes grupos: Bombas
de fluxo radial, bombas de fluxo misto e bombas de
fluxo axial. As bombas de fluxos radial e as bombas
de fluxo misto são os tipos mais comuns utilizados.
Portanto, iremos nos concentrar somente nestes tipos
de bombas nas próximas páginas.
Entretanto, apresentaremos brevemente a bomba
de deslocamento positivo na seção 1.2.8.
As diferentes exigências de desempenho das
bombas centrífugas, especialmente em relação à
altura manométrica total, fluxo e instalação,
junto com as exigências de operação econômica,
são somente algumas das razões porque existem
tantos tipos de bombas. A Figura 1.1.3 mostra os
diferentes tipos de bombas em relação ao fluxo e
pressão.
8
Fig. 1.1.1: O fluxo do líquido através da bomba
Bomba de fluxo radial
Bomba de fluxo misto
Bomba de fluxo axial
Fig. 1.1.2: Diferentes tipos de bombas centrífugas
H [m]
10000
6
4
2
Bombas de fluxo radial
multiestágios
1000
6
4
2
100
Bombas de
fluxo radial
monoestágios
6
4
2
10
Bombas de fluxo misto
6
4
2
Bombas de fluxo axial
1
2
4 6 10 2
4 6 100 2
4 6 1000 2
4 6 10000
100000
Q [m3/h]
Fig. 1.1.3: Fluxo e altura manométrica total para
diferentes tipos de bombas centrífugas

10. 1.1.2 Curvas das bombas
Antes de aprofundarmos no mundo da construção e
tipos de bombas apresentaremos as características
básicas das curvas de desempenho das bombas. O
desempenho de uma bomba centrífuga é mostrado
por um conjunto de curvas de desempenho. As
curvas de desempenho para uma bomba centrífuga
são mostradas na figura 1.1.4. Altura manométrica
total, consumo de energia, eficiência de consumo
e NPSH são mostrados como uma função no fluxo.
H
[m]
η
[%]
50
40
70
30
60
Efci
i ência
50
20
40
10
20
30
0
10
0
P2
[kW]
10
20
30
40
50
60
70
Q [ 3/h]
m
10
8
8
Normalmente, as curvas das bombas nas apostilas de
dados cobrem somente a parte da bomba. Portanto,
o consumo de energia, o valor P2 que também está
listado nas apostilas de dados, cobre somente a
energia que entra na bomba – consulte a figura
1.1.4. O mesmo vale para o valor eficiência, que cobre
somente a parte da bomba (η = ηP).
Mostramos a seguir uma breve apresentação das
diferentes curvas de desempenho de bombas.
Altura manométrica total, a curva QH
A curva QH mostra a altura manométrica total, que
a bomba é capaz de executar em um determinado
fluxo. A altura manométrica total é medida em metros
de coluna de líquido/metros [mLC]; normalmente a
unidade metro [m] é aplicada. A vantagem de se usar
a unidade [m] como unidade de medida da altura
manométrica total da bomba é que a curva QH não
é afetada pelo tipo de líquido que bomba tem que
manejar, consulte a seção 2.2 para mais informações.
6
6
4
4
N PSH
2
2
0
Fig. 1.1.4: Curvas de desempenho típicas para
uma bomba centrífuga. Altura manométrica
total, consumo de energia, eficiência e NPSH são
mostrados como uma função do fluxo
Q
Em alguns tipos de bombas com motor integrado e
conversor de frequência possivelmente integrado,
por exemplo, bombas com motor blindado (consulte
a seção 1.2.3), a curva de consumo de energia e a
curva η cobrem o motor e a bomba. Neste caso, é o
valor P1 que deve ser levado em consideração.
No geral, as curvss das bombas são projetadas de acordo
com o ISO 9906 Anexo A, que especifica as tolerâncias
das curvas:
• Q +/- 9%,
• H +/-7%,
• P +9%
• -7%.
N PSH
(m)
12
Consum o de ener a
gi
10
0
P1
M
3~
P2
H
ηM
ηP
Fig. 1.1.5: As curvas para consumo de energia e
eficiência normalmente cobrem somente a parte
da bomba da unidade – i.e. P2 e ηP
H
[m]
60
50
40
30
20
10
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80 Q
3
[m
/h
Fig. 1.1.6: Curva QH típica para uma bomba
centrífuga; fluxo baixo resulta em altura
manométrica total alta e fluxo alto resulta em
altura manométrica total baixa
9

11. Seção 1.1
Construção da bomba
Eficiência, a curva η
A eficiência é a relação entre a energia fornecida e
a quantidade de energia utilizada. No mundo das
bombas, a eficiência ηP é a relação entre a energia,
que a bomba fornece para a água (PH) e a entrada
de energia no eixo (P2):
P
ρ.g.Q.H
ηp = PH =
P2 x 3600
2
onde:
ρ é a densidade do líquido em kg/m3,
g é a aceleração da gravidade em m/s2,
Q é o fluxo em m3/h e H é a altura manométrica
total em m.
η
[%]
80
70
60
50
40
30
20
10
0
Para água a 20oC e com Q medido em m3/h e H em
m, a energia hidráulica pode ser calculada como:
0
10
20
30
40
50
60
70
Q m 3/h]
[
Fig. 1.1.7: Curva de eficiência de uma bomba
centrífuga típica
PH = 2.72 . Q . H [W]
Como aparece a partir da curva de eficiência, a
eficiência depende do ponto de operação da bomba.
Portanto, é importante selecionar uma bomba que
seja compatível com os requisitos de fluxo e que
assegure que a bomba esteja funcionando na área
de fluxo mais eficiente.
P2
[kW]
10
8
6
Consumo de energia, a curva P2
A relação entre o consumo de energia da bomba
e o fluxo é mostrada na figura 1.1.8. A curva P2
da maioria das bombas centrífugas é semelhante
à curva na figura 1.1.8 onde o valor P2 aumenta
quando o fluxo aumenta.
. . .
P2= Q H g ρ
3600 x ηp
Curva NPSH (Altura Manométrica de Sucção
Positiva Líquida)
O valor NPSH de uma bomba é a pressão mínima
absoluta (consulte a seção 2.2.1) que deve estar
presente no lado de sucção da bomba para evitar
cavitação. O valor NPSH é medido em [m] e
depende do fluxo; quando o fluxo aumenta, o valor
NPSH também aumenta; figura 1.1.9. Para mais
informações sobre cavitação e NPSH, vá para a
seção 2.2.1.
10
4
2
0
0
10
20
30
40
50
60
70
Q m 3/h]
[
Fig. 1.1.8: Curva de consumo de energia de uma
bomba centrífuga típica
NPSH
[m]
10
8
6
4
2
0
0
10
20
30
40
50
60
70
Q m 3/h]
[
Fig. 1.1.9: Curva NPSH de bomba centrífuga
típica

12. 1.1.3 Características da bomba centrífuga
A bomba centrífuga possui várias características
e as mais importantes serão apresentadas nesta
seção. Mais adiante neste capítulo forneceremos
uma descrição mais detalhada dos diferentes tipos
de bombas.
• Número de fases
Dependendo do número de rotores na bomba,
uma bomba centrífuga pode ser uma bomba
monoestágio ou uma bomba multiestágio.
• Posição do eixo da bomba
As bombas monoestágio e multiestágio são
produzidas com eixos de bomba verticais ou
horizontais. Estas bombas normalmente são
normalmente designadas como bombas horizontais
ou verticais. Para mais informações, vá para seção
1.1.4.
• Rotores de sucção simples ou de sucção dupla
Dependendo da construção do rotor, uma bomba
pode ser equipada com um rotor de sucção simples
ou rotor de sucção dupla. Para mais informações, vá
para a seção 1.1.5.
• Acoplamento de estágios
Os estágios da bomba podem ser arranjados de
duas maneiras diferentes: em série e em paralelo,
consulte a figura 1.1.10.
Fig 1.1.10: Bomba dupla com rotores
acoplados em paralelo
• Construção da carcaça da bomba
Diferenciamos entre dois tipos de carcaça de bomba:
Carcaça Voluta e carcaça de canal de retorno com
palhetas guia. Para mais informações, vá para a
seção 1.1.6.
11

13. Seção 1.1
Construção da bomba
1.1.4 Tipos mais comuns de bomba de sucção axial e em linha
Sucção axial
Horizontal
Monoestágio
Acoplamento longo
Bomba de sucção axial
=
Multiestágio
Acoplamento curto
Acoplamento curto
O líquido entra diretamente no rotor. A entrada e a saída possuem
um ângulo de 90°. Consulte a seção 1.1.9
Bomba em linha
=
O líquido passa diretamente pela bomba em linha. O cano de sucção e o cano
de descarga
são colocados opostos um ao outro e podem ser montados diretamente no
sistema de
encanamento
Bomba com carcaça
bipartida
=
Bomba com carcaça dividida axialmente. Consulte a seção 1.2.2
Bomba horizontal
=
Bomba com eixo horizontal
Bomba com eixo vertical
Bomba vertical
=
Bomba monoestágio
=
Bomba com rotor único. Consulte a seção 1.1.7
Bomba multiestágio
=
Bomba com vários rotores acoplados em série. Consulte a seção 1.1.8
Bomba com acoplamento
longo
=
1.1.9
Bomba com acoplamento
curto
seção 1.1.9
12
Bomba conectada ao motor através de um acoplamento flexível. O motor e
a bomba possuem construções de rolamentos separados. Consulte a seção
bomba conectada ao motor através de um acoplamento rígido. Consulte a
=

14. Em linha
Horizontal
Horizontal / Vertical
Bipartida
Monoestágio
Multiestágio
Monoestágio
Acoplamento longo Acoplamento longo Acoplamento curto Acoplamento curto
13

15. Seção 1.1
Construção da Bomba
Forças Axiais
1.1.5 Tipos de rotores (forças axiais)
A bomba centrífuga gera pressão que exerce forças
sobre as peças fixas e giratórias da bomba.
As peças das bombas são feitas para suportar
essas forças. Se as forças axiais e radiais não
forem contrabalanceadas na bomba, as forças
devem ser consideradas ao selecionar o sistema
de acionamento da bomba (rolamento de contato
angular no motor). Em bombas equipadas com
rotor de sucção simples, podem ocorrer grandes
forças axiais, figuras 1.1.11 e 1.1.12. Estas forças
são balanceadas em uma das seguintes formas:
• Mecanicamente por meio de rolamentos
de impulso. Estes tipos de rolamentos são
especialmente projetados para absorver as
forças axiais dos rotores
• Por meio de orifícios de balanceamento no rotor,
consulte a figura 1.1.13
• Por meio de regulagem do acelerador a partir
de um anel de vedação montado na traseira dos
rotores, consulte a figura 1.1.14
• Impacto dinâmico a partir da traseira do rotor,
onsulte a figura 1.1.15
c
Fig. 1.1.11: : Rotor de
sucção simples
Fig. 1.1.12: Bomba padrão
com rotor de sucção simples
Fig. 1.1.13: Balanceando as
forças axiais em uma bomba
centrífuga monoestágio com
orifícios de balanceamento
somente
Fig. 1.1.14: Balanceando
as forças axiais em
uma bomba centrífuga
monoestágio com lacuna
de vedação no lado de
descarga e orifícios de
balanceamento
Fig. 1.1.15: Balanceando as
forças axiais em uma bomba
centrífuga
monoestágio
com lâminas na traseira dos
rotores
• O impacto axial sobre a bomba pode ser evitado
usando rotores de sucção dupla (consulte a
figura 1.1.16).
Fig. 1.1.16: Balanceando as
forças axiais em um sistema
de rotor de sucção duplo
14

16. 1.1.6 Tipos de carcaças (forças radiais)
Fig. 1.1.17: Rotor de
sucção simples
Forças radiais
As forças radiais resultam da pressão estática na
carcaça. Portanto, podem ocorrer deflexões axiais
que levam à interferência entre o rotor e a carcaça.
A magnitude e a direção da força radial dependem
da taxa do fluxo e altura manométrica total.
Fig. 1.1.18: Carcaça voluta simples
A bomba de voluta simples é caracterizada por uma
pressão simétrica na voluta no ponto de eficiência
ótimo, que leva à carga radial zero. Em todos os
outros pontos, a pressão ao redor do rotor não é
regular e consequentemente há presença de força
radial.
Como se pode observar na figura 1.1.19, a carcaça
voluta dupla desenvolve uma força de reação radial
baixa constante em qualquer capacidade.
Carcaça voluta dupla
For Radi
ça
al
Ao projetar a carcaça da bomba, é possível controlar
as forças radiais hidráulicas. Vale a pena mencionar
dois tipos de carcaças: a carcaça voluta simples e
a carcaça voluta dupla. Como se pode observar na
figura 1.1.18, as duas carcaças têm o formato de
voluta. A diferença entre as duas é que a voluta
dupla possui uma palheta guia.
Car
caça Vol a
ut
Car
caça vol a
ut
dupla
1.0
Q /Q opt
Fig. 1.1.19: Força radial para
carcaça voluta simples e dupla
Os canais de retorno (figura 1.1.20) são usados em
bombas multiestágio e têm a mesma função básica
que as carcaças volutas. O líquido é levado de um
rotor para o outro ao mesmo tempo, a rotação da
água é reduzida e a pressão dinâmica é transformada
em pressão estática. Devido ao projeto circular da
carcaça do canal, não há forças radiais presentes.
Fig. 1.1.20: Bomba
em linha multiestágio
vertical com carcaça de
canal de retorno
Canal de retorno
1.1.7 Bombas monoestágio
Geralmente, as bombas monoestágio são usadas
em
aplicações que não exigem uma altura
manométrica total de mais de 150 m. Normalmente,
as bombas monoestágio operam no intervalo de
2-100 m.
As bombas monoestágio são caracterizadas por
fornecer
uma altura manométrica
baixa em relação ao fluxo, consulte a figura 1.1.3.
A bomba monoestágio é produzida no desenho
vertical e horizontal, consulte as figuras 1.1.21 e
1.1.22.
Fig. 1.1.21: Bomba com
acoplamento curto de
sucção axial monoestágio
Fig. 1.1.22: Bomba
com acoplamento
curto em linha
monoestágio
vertical
15

17. Seção 1.1
Construção da bomba
1.1.8 Bombas multiestágio
Bombas multiestágio são usadas em instalações
onde uma altura manométrica elevada é
necessária. Diversas fases são conectadas em série
e o fluxo é guiado desde a saída de uma fase até
a entrada da próxima. A altura manométrica final
que uma bomba multiestágio pode proporcionar
é igual à soma da pressão que cada estágio pode
proporcionar.
A vantagem das bombas multiestágio é que
elas proporcionam uma altura manométrica
elevada em relação ao fluxo. Como as bombas
monoestágio, as bombas multiestágio estão
disponíveis nas versões vertical e horizontal,
consulte as figuras 1.1.23 e 1.1.24.
1.1.9 Bombas com acoplamento longo
e bombas com acoplamento curto
Fig. 1.1.23: Bomba
em linha multiestágio
vertical
Fig. 1.1.24: Bomba de
sucção axial multiestágio
horizontal
Fig. 1.1.25: Bomba com
acoplamento longo com
acopla mento básico
Fig. 1.1.26: Bomba com acoplamento longo com
acopla mento de espaçador
Bombas com acoplamento longo
Bombas com acoplamento longo são bombas com
acoplamento flexível que conecta a bomba e o
motor. Este tipo de acoplamento está disponível
como acoplamento básico ou como acoplamento
de espaçador.
Se a bomba estiver conectada ao motor por um
acoplamento básico, é necessário desmontar o
motor quando a bomba precisar de manutenção.
Portanto, é necessário alinhar a bomba na
montagem, consulte a figura 1.1.25.
Fig. 1.1.27: Bomba com
acoplamento curto com
acoplamento rígido
Fig. 1.1.28: Diferentes tipos de acoplamento
Por outro lado, se a bomba estiver equipada com
um acoplamento de espaçador, é possível fazer a
manutenção na bomba sem desmontar o motor.
Deste modo, o alinhamento não é um problema,
consulte a figura 1.1.26.
Bombas com acoplamento curto
Estas bombas podem ser construídas nas duas
maneiras a seguir: A bomba tem o rotor montado
diretamente sobre o eixo estendido do motor ou a
bomba tem um motor padrão e um acoplamento
rígido ou acoplamento de espaçador, consulte as
figuras 1.1.27 e 1.1.28.
16
Ti acopl ent
po
am
o
básic
o
Bomba com
acoplamento
longo com
acoplamento
flexível
Bomba com
acoplamento
curto com
acoplamento
rígido
Acopl ent de
am
o
espaçador (opcional
)

18. Seção 1.2
Tipos de bomba
1.2.1 Bombas padrão
Poucas normas internacionais tratam de bombas
centrífugas. Na verdade, muitos países possuem
seus próprios padrões, que mais ou menos
sobrepõem uns aos outros. Uma bomba padrão
é aquela compatível com as regulamentações
oficiais, como, por exemplo, o ponto de operação
da bomba. Relacionamos abaixo alguns exemplos
de padrões internacionais para bombas:
Fig. 1.2.1:Bomba padrão com
acoplamento longo
• EN 733 (DIN 24255) se aplica às bombas
centrífugas de sucção axial, também conhecidas
como bombas de água padrão com pressão
nominal (PN) de 10 bar.
• EN 22858 (ISO 2858) se aplica às bombas
centrífugas, também conhecidas como bombas
químicas padrão com pressão nominal (PN) de
16 bar, consulte o apêndice K.
As normas mencionadas acima cobrem as
dimensões de instalação e os pontos de operação
de diferentes tipos de bombas. Quanto às peças
hidráulicas destas bombas, elas variam de acordo
com o fabricante - deste modo, não há padrões
internacionais determinados para estas peças.
Fig. 1.2.2: Bomba padrão com
eixo simples
Bombas, que são projetadas de acordo com os
padrões, oferecem vantagens ao usuário final
relacionadas à instalação, assim como serviço,
peças de reposição e manutenção.
1.2.2 Bombas com carcaça bipartida
Uma bomba com carcaça bipartida é uma
bomba cuja carcaça é dividida axialmente em
duas partes. A Figura 1.2.4 mostra uma bomba
monoestágio com carcaça bipartida com rotor
de sucção dupla. A construção com entrada
dupla elimina as forças axiais e assegura
uma expectativa de vida útil mais longa dos
rolamentos. Geralmente, as bombas com carcaça
bipartida são mais eficientes, tem manutenção
mais fácil e uma faixa de desempenho ampla.
Fig. 1.2.3: Bomba com carcaça
bipartida com acoplamento longo
Fig. 1.2.4: Bomba com
carcaça bipartida com
rotor de sucção dupla
17

19. Seção 1.2
Tipos de bomba
Liquido
1.2.3 Bombas hermeticamente seladas
Retentor
Atmosfera
Não é de surpreender que a guia de entrada
do eixo da bomba deve ser selada. Geralmente,
isto é feito através de um retentor mecânico
do eixo, consulte a figura 1.2.5. A desvantagem
do retentor mecânico do eixo são suas
propriedades deficientes quando se trata
de manipulação líquidos tóxicos e agressivos,
que, consequentemente, levam a vazamento.
Até certo ponto estes problemas podem ser
resolvidos usando um retentor mecânico duplo
do eixo. Outra solução para estes problemas é
usar uma bomba hermeticamente selada.
Diferenciamos estes dois tipos de bombas
hermeticamente seladas: Bombas com motor
blindado e bombas com acionamento magnético.
Informações adicionais sobre estas bombas são
encontradas nos próximos parágrafos.
Fig. 1.2.5: Exemplo de bomba padrão com retentor
mecânico do eixo
Blindagem
do motor
Bombas com motor blindado
Uma bomba com motor blindado é uma
bomba hermeticamente selada com o motor
e a bomba integrados em uma unidade sem
retentor, consulte as figuras 1.2.6 e 1.2.7. O
líquido bombeado entra na câmara do rotor que
é separado do estator por uma blindagem fina
do rotor. O rotor pode servir como uma barreira
hermeticamente selada entre o líquido e o motor.
As bombas químicas são feitas de materiais
como plástico ou aço inoxidável que podem
suportar líquidos agressivos.
Fig. 1.2.6: Bomba química com motor blindado
Blindagem
do Motor
O tipo mais comum de motor blindado é a
bomba circuladora. Este tipo de bomba é usado
tipicamente em circuitos de aquecimento, pois
sua construção produz baixo ruído e a operação
é livre de manutenção.
Fig. 1.2.7: Bomba circuladora com motor blindado
18

20. Magnetos externos
Magnetos internos
Bombas com acionamento magnético
Nos últimos anos, as bombas com acionamento
magnético têm se tornado cada vez mais
populares para transferência de líquidos tóxicos
e agressivos.
Como mostrado na figura 1.2.8, a bomba com
acionamento magnético é composta por dois
grupos de magnetos; um magneto interno e
um magneto externo. Uma blindagem não
magnetizada pode separar estes dois grupos.
A blindagem serve como uma barreira
hermeticamente selada entre o líquido e a
atmosfera. Como ilustrado na figura 1.2.9, o
magneto externo é conectado ao acionamento
da bomba e o magneto externo é conectado
ao eixo da bomba. Por meio disto, o torque
do acionamento da bomba é transmitido para
o eixo da bomba. O líquido bombeado serve
como lubrificante para os rolamentos da bomba.
Portanto, ventilação suficiente é crucial para os
rolamentos.
Blindagem
Fig. 1.2.8: Construção do acionamento magnético
Magnetos
internos
Blindagem
Magnetos
externos
Fig. 1.2.9: Bomba multiestágio com acionamento
magnético
19

21. Seção 1.2
Tipos de bomba
1.2.4 Bombas sanitárias
As bombas sanitárias são usadas principalmente
por indústrias de alimentos, bebidas, farmacêuticas
e de biotecnologia onde é muito importante que o
líquido bombeado seja manipulado suavemente e
que as bombas sejam fáceis de limpar.
Para atender as exigências de processamento
destas indústrias, as bombas devem ter uma
superfície áspera entre 3,2 e 0,4 μm Ra. Isto pode
ser melhor obtido usando aço inoxidável forjado
ou laminado rolado como materiais de construção,
consulte a figura 1.2.12. Estes materiais possuem
uma superfície compacta não porosa que pode
ser facilmente trabalhada para atender os vários
requisitos de acabamento de superfície.
Fig. 1.2.10: Bomba sanitária
As principais características das bombas sanitárias
são facilidade de limpeza e de manutenção.
Os fabricantes líderes de bombas sanitárias
projetaram suas bombas para atender os padrões
a seguir:
EHEDG – [Grupo de Design de Equipamento
Higiênico Europeu]
Fig.1.2.11: Bomba sanitária com canal lateral de
auto-escorvamento
QHD – [Design Higiênico Qualificado]
3-A – Padrões Sanitários:
3A0/3A1: Padrão Industrial/Higiênico
Ra ≤ 3.2 µm
Padrão Estéril
3A2:
Ra ≤ 0.8 µm
Padrão Estéril
3A3:
Ra ≤ 0.4 µm
Areia fundida
Fundição de
precisão
Aço rolado
Fig.1.2.12: Aspereza da superfície do material
20

22. 1.2.5 Bombas de efluentes
Uma bomba de efluentes é um equipamento
lacrado com uma bomba e um motor. Devido
a sua construção, a bomba de efluentes é
apropriada para instalação submersa em poços.
Trilhos duplos com sistema de autoacoplamento
normalmente são usados em instalações
submersas. O sistema de autoacoplamento
facilita a manutenção, reparo e substituição da
bomba. Devido à construção da bomba, não
é necessário entrar no poço para executar
o serviço. Na verdade, é possível conectar e
desconectar a bomba automaticamente de fora
do poço. As bombas de efluentes também podem
ser instaladas secas como bombas convencionais
em instalações horizontais ou verticais. Da
mesma forma, este tipo de instalação é de fácil
manutenção e reparo e proporciona operação
ininterrupta da bomba no caso de inundação da
poço seco, consulte a figura 1.2.14.
Normalmente, as bombas de efluentes têm
que ser capazes de manejar partículas grandes.
Portanto, elas são equipadas com rotores
especiais para evitar bloqueio e entupimento.
Existem vários tipos de rotores: rotores de canal
simples, rotores de canal duplo, rotores de três e
quatro canais e rotores de vórtice. A Figura 1.2.15
mostra os diferentes desenhos de rotores.
As bombas de efluentes geralmente são
produzidas com um motor seco, com proteção
IP68 (para mais informações sobre classes de
IP, vá para a seção 1.4.1). O motor e a bomba
possuem um eixo estendido comum com um
sistema de retentor mecânico duplo do eixo em
uma câmara de óleo intermediária, consulte a
figura 1.2.13.
As bombas de efluentes podem operar
intermitenteou continuamente de acordo com a
instalação em questão.
Fig.1.2.13: Detalhe de
uma bomba de esgoto
para instalações úmidas
Fig. 1.2.14: Bomba de efluentes para instalações secas
Rotor de
vórtice
Rotor de
canal simples
Rotor de
canal duplo
21

23. Seção 1.2
Tipos de bomba
1.2.6 Bombas imersíveis
A bomba imersível é um tipo de bomba onde uma
parte dela fica submersa no líquido bombeado e o
motor é mantido seco. Normalmente, as bombas
imersíveis são montadas no topo ou na parede de
tanques ou reservatórios. As bombas imersíveis
são usadas, por exemplo, na indústria de máquinas,
ferramenta de solda, esmerilhadoras, centros de
usinagem e unidades de resfriamento ou em outras
aplicações envolvendo tanques e reservatórios,
lavanderias industriais e sistemas de filtragem.
As bombas para tornos podem ser divididas em
dois grupos: Bombas para o lado limpo do filtro
e bombas para o lado sujo do filtro. As bombas
com rotores fechados normalmente são usadas
para o lado limpo do filtro por que fornecem alta
eficiência e alta pressão se necessário. Bombas com
rotores abertos ou semi-abertos normalmente são
usadas para o lado sujo do filtro por que podem
lidar com cavacos e partículas.
Fig. 1.2.16: Bomba imersível
22

24. 1.2.7 Bombas submersas
Há dois tipos de bombas submersas: A
bomba submersa para sondagem com motor
submersível e a bomba de poços profundos com
motor seco, que é conectado à bomba por eixo
longo. Estas bombas normalmente são usadas
junto com o fornecimento e irrigação de água.
Os dois tipos de bombas são feitos para serem
instalados em poços submersos estreitos, assim
sendo, possuem um diâmetro reduzido, que
as tornam mais longas do que outros tipos de
bombas,consulte a figura 1.2.17.
As bombas submersas são especialmente
projetadas para serem submersas em líquido
e desse modo são equipadas com motor
submersível, com proteção de IP68. A bomba
é produzida nas versões monoestágio e
multiestágio (a versão multiestágio sendo a
mais comum) e é equipada com uma válvula de
retenção no cabeçote.
Atualmente, a bomba de poço profundo tem
sido mais ou menos substituída pelo tipo de
bomba submersível. O eixo longo da bomba
de poço profundo é uma desvantagem, que
dificulta a instalação e execução do serviço.
Como o motor da bomba de poço profundo
é refrigerado a ar, a bomba frequentemente
é utilizada em aplicações industriais para
bombear água quente de tanques abertos.
A bomba submersível não opera em altas
temperaturas por que o motor fica submerso
no líquido que tem que resfriá-lo.
Fig. 1.2.17: Bomba submersível
23

25. Seção 1.2
Tipos de bomba
1.2.8 Bombas de deslocamento positivo
A bomba de deslocamento positivo fornece um
fluxo constante aproximado a uma velocidade
fixa, apesar das mudanças na contrapressão.
Existem dois tipos de bombas de deslocamento
positivo:
• Bombas rotativas
• Bombas reciprocantes
A diferença no desempenho entre uma bomba
centrífuga, uma bomba rotativa e uma bomba
reciprocante está ilustrada à direita, figura 1.2.18.
Dependendo do tipo de bomba que você estiver
lidando, uma pequena alteração na contrapressão
da bomba resulta em diferenças no fluxo.
Fig. 1.2.18: Relação típica
entre fluxo e altura
manométrica para 3 tipos
diferentes de bombas:
1) Bombas centrífugas
2) Bombas rotativas
3) Bombas reciprocantes
H
1
H
3
2
2
O fluxo de uma bomba centrífuga mudará
consideravelmente, o fluxo de uma bomba
rotativa mudará um pouco enquanto que o fluxo
de uma bomba reciprocante não mudará nada.
Mas por que existe uma diferença entre as curvas
de bombas para bombas reciprocantes e bombas
rotativas? A superfície da face de vedação real é
maior para bombas rotativas do que para bombas
reciprocantes. Então, apesar de as duas bombas
serem projetadas com as mesmas tolerâncias, a
perda da bomba rotativa é maior.
24
1
Q
3
As bombas são tipicamente projetadas com
as melhores tolerâncias possíveis para obter
a eficiência e capacidade de sucção mais
alta possível. Entretanto, em alguns casos, é
necessário aumentar as tolerâncias, por
exemplo, quando as bombas têm que lidar com
líquidos altamente viscosos, líquidos contendo
partículas e líquidos de alta temperatura.
As bombas de deslocamento vibram, o que
significa que o volume do fluxo dentro de um
ciclo não é constante.
A variação no fluxo e a velocidade levam à
flutuação de pressão devido à resistência no
sistema de tubulação e nas válvulas.

26. Bombas dosadoras
As bombas dosadoras pertencem à família de bombas
de deslocamento positivo e tipicamente é do tipo de
diafragma. As bombas de diafragma não apresentam
vazamento por que o diafragma forma uma vedação
entre o líquido e os arredores.
A bomba de diafragma está equipada com duas
válvulas de retenção – uma no lado de sucção e
uma no lado de descarga da bomba. Em relação
às bombas de diafragma menores, o diafragma é
ativado pela biela, que é conectada a um eletroímã.
Com isso, a bobina recebe a quantidade exata de
cursos necessários, consulte a figura 1.2.21.
Em relação às bombas de diafragma maiores, o
diafragma é tipicamente montado na biela, que é
ativado por um eixo de comando. O eixo de comando
é girado por meio de um motor assíncrono padrão,
consulte a figura 1.2.22.
Fig. 1.2.20: Bomba dosadora
O fluxo de uma bomba de diafragma é ajustado
alterando a extensão do curso e/ou a frequência
dos cursos. Se for necessário aumentar a área de
operação, os conversores de frequência podem
ser conectados às bombas de diafragma maiores,
consulte a figura 1.2.22.
Portanto, é simples controlar os lados de sucção
e de descarga da bomba. Comparado às bombas
de diafragma com acionamento eletromagnético
tradicional que fornecem pulsações potentes,
bombas de diafragma acionadas por motor
escalonador possibilitam obter uma dosagem de
aditivo mais estável.
Fig.1.2.21: Mola de retorno da solenoide
+
Há outro tipo de bomba de diafragma. Neste
caso, o diafragma é ativado por uma biela
excentricamente acionada por um motor
escalonador ou motor assíncrono, figuras 1.2.20
e 1.2.23. Ao usar o acinamento de um motor
escalonador, a área dinâmica da bomba aumenta
e melhora sua precisão consideravelmente. Com
esta construção, não é mais necessário ajustar
a extensão do curso da bomba por que a biela é
montada diretamente no diafragma. O resultado
é que as condições de sucção são otimizadas e os
recursos de operação são excelentes.
1.2.22: Mola de retorno
de acionamento do came
+
1.2.23: Acionamento da manivela
25

27. Capítulo 1. Desenho de bombas e motores
Seção 1.3: Retentores do eixo mecânico
1.3.1 Componentes e função do retentor do eixo mecânico
1.3.2 Vedações de eixo balanceado e não balanceado
1.3.3 Tipos de retentores de eixos mecânicos
1.3.4 Combinações de materiais da face do retentor
1.3.5 Fatores que afetam o desempenho do retentor

28. Seção 1.3
Retentores de eixos mecânicos
A partir da metade da década de 1950 os retentores de eixos mecânicos ganharam terreno em
favor do método de vedação tradicional l- Caixa
de empanque. Comparados às caixas de empanque, os retentores dos eixos mecânicos oferecem
as seguintes vantagens:
• Elas se mantêm firmes nos menores
deslocamentos e vibrações no eixo
• Eles não requerem ajuste
• As faces do retentor proporcionam uma pequena
quantidade de atrito e assim perda de potência
• O eixo não desliza sobre nenhum componente
da vedação e deste modo não é danificado por
causa de desgaste (custos de reparo reduzidos).
O retentor de eixo mecânico é a peça da bomba
que separa o líquido da atmosfera. Na figura
1.3.1 pode-se observar alguns exemplos onde
o retentor do eixo mecânico é montado em
diferentes tipos de bombas.
A maioria dos retentores de eixos mecânicos é
produzida de acordo com a norma europeia EN
12756.
Antes de escolher um retentor de eixo, há certas
coisas que você deve saber sobre o líquido e
assim a resistência do retentor ao líquido:
• Determinar o tipo de líquido
• Determinar a pressão a que o retentor de eixo
será exposto
• Determinar a velocidade a que o retentor de eixo
será exposto
• Determinar as dimensões internas
Apresentaremos nas páginas seguintes como um
retentor de eixo mecânico funciona, os diferentes
tipos de retentor, de que tipo de material os
retentores de eixo mecânico são feitos e que fatores
afetam o desempenho dos retentores de eixos
mecânicos.
28
Fig. 1.3.1: Bombas com
retentores de eixos mecânicos

29. 1.3.1 Componentes e função do
retentor de eixo mecânico
O retentor de eixo mecânico é formado por dois
componentes principais: uma parte giratória
e uma parte estacionária; e consiste das peças
listadas na figura 1.3.2. A Figura 1.3.3 mostra onde
as diferentes peças estão localizadas no retentor.
Retenetor do eixo mecânico
Face do retentor (retentor primário)
Retentor secundário
Parte giratória
Mola
Mola retentora (transmissão de torque)
Base (faces do retentor, retentor primário)
Parte estacionária
• A parte estacionária do retentor é fixada na
carcaça da bomba. A parte giratória do retentor
é fixada no eixo da bomba e gira quando a
bomba está em operação.
• As duas faces do retentor primário são
empurradas uma contra a outra pela mola e
pressão do líquido. Durante operação um filme
líquido é produzido na lacuna estreita entre as
duas faces do retentor. Este filme evapora antes
de entrar na atmosfera, tornando o líquido do
retentor do eixo mecânico firme, consulte a
figura 1.3.4.
Designação
Retenro estático (retentor secundário)
Fig. 1.3.2: Componentes do retentor de eixo mecânico
Retentor secundário
Retentor primário
Mola
Mola retentora
• O retentor secundário impede que haja
vazamento entre a montagem e o eixo.
Eixo
• A mola une as faces do retentor mecanicamente.
• A mola retentora transmite torque do eixo para
o retentor. Em relação aos retentores de eixo
dos foles mecânicos, o torque é transferido
diretamente pelos foles.
Lacuna de vedação
Durante a operação, o líquido forma um
filme lubrificante entre as faces da vedação.
Este filme lubrificante consiste de um filme
hidrostático e um filme hidrodinâmico.
• O elemento hidrostático é gerado pelo líquido
bombeado que é forçado para dentro da lacuna
entre as duas fases.
Parte estacionária
Peça giratória
Retentor secundário
Retentor primário
Fig. 1.3.3: Principais componentes do retentor do eixo
mecânico
Força líquida
Força da mola
Vapor
Evaporação inicia
Filme de lubrificação
Fig. 1.3.4: Retentor do erixo mecânico em operação
• O filme lubrificante hidrodinâmico é criado
pela pressão gerada pela rotação do eixo.
29

30. Seção 1.3
Retentores do eixo mecânico
1.3.2 Vedações de eixos balanceadas
e não balanceadas
Para obter uma pressão de face aceitável
entre as faces de vedação primárias, há dois
tipos de vedação de eixo: balanceada e não
balanceada.
Vedação de eixo balanceada
Fig. 1.3.5: Relação ideal entre as propriedades de
lubrificação fina e vazamento limitado
A espessura do filme lubrificante depende
da velocidade da bomba, da temperatura
do líquido, da viscosidade do líquido e das
forças axiais da vedação de selo mecânico.
O líquido é constantemente trocado na lacuna de
vedação por causa
• da evaporação do líquido para a atmosfera
A figura 1.3.6 mostra uma vedação de
eixo balanceada indicando onde as forças
interagem sobre a vedação.
Vedação de eixo não balanceada
A figura 1.3.7 mostra uma vedação de eixo
não balanceada indicando onde as forças
interagem sobre a vedação.
Área de Contato das
Área de Contato das
faces da vedação
Forças da mola
faces da vedação
Forças hidráulicas
Forças hidráulicas
• movimento circular do líquido
A figura 1.3.5 mostra relação ideal entre as
propriedades de lubrificação fina e vazamento
limitado. Como se pode observar, a relação ideal é
quando o filme de lubrificação cobre toda a lacuna
de vedação, exceto por uma zona de evaporação
estreita próximo ao lado atmosférico da vedação de
selo mecânico.
Vazamentos devido a depósitos nas faces da vedação
são observados com frequência. Ao usar refrigerantes,
os depósitos são criados rapidamente pela evaporação
no lado de atmosfera da vedação. Quando o líquido
evapora na zona de evaporação, sólidos microscópicos
no líquido permanecem na lacuna de vedação como
depósitos criados por desgaste.
Estes depósitos são observados em muitos tipos de
líquidos. Mas quando o líquido bombeado tem a
tendência para cristalização, isso pode se tornar um
problema. A melhor maneira de prevenir o desgaste é
selecionar faces de vedação feitas de material rígido,
como carboneto de tungstênio (WC) ou carboneto
de silício (SiC).
A estreita lacuna de vedação entre estes materiais
(aprox. 0.3 μm Ra) minimize o risco de sólidos
entrarem na lacuna de vedação, minimizando com
isso a quantidade de acúmulo de depósitos.
30
A
B
Fig. 1.3.6: Interação de
forças sobre a vedação
de eixo balanceada
A
B
Fig. 1.3.7: Interação de
forças sobre a vedação
de eixo não balanceada
Várias forças diferentes causam um impacto
axial sobre as faces da vedação. A força da
mola e a força hidráulica do líquido bombeado
pressionam a vedação enquanto que a força
do filme lubrificante na lacuna de vedação
neutraliza isso. Em relação à alta pressão do
líquido, as forças podem ser tão potentes
que o lubrificante na vedação não consegue
neutralizar o contato entre as faces da vedação.
Como a força hidráulica é proporcional à área
que a pressão do líquido afeta, o impacto axial
pode ser reduzido somente conseguindo uma
redução da área com pressão.

31. A razão de balanceamento (K) de uma vedação de selo
0
2
0
4
0
60
80
mecânico é definida como a relação entre a área A e a
área (B) : K=A/B
10
0
1
2
1
4
Taxas de0desgaste0comparativas válidas para água
o
Temperatura ( C)
K = 1.15
K = 1.00
K = Razão de balanceamento
A = Área exposta à pressão hidráulica
B = Área de contato das faces da vedação
Para vedações de eixo balanceadas, a razão de
balanceamento geralmente é K=0.8 e para vedações
de eixo não balanceadas a razão de balanceamento
normalmente é K=1.2.
K = 0.85
0
2
0
4
0
60
80
10
0
10
2
10
4
Temperatura (oC)
1.3.3 Tipos de vedações de selo mecânicos
Fig. 1.3.8: Taxa de desgaste para razões diferentes
K = 1.15
de balanceamento
K = 1.00
Apresentamos abaixo uma descrição breve dos
principais tipos de vedações de eixos: anel de vedação,
fole de vedação e a vedação de uma unidade – o
cartucho de vedação.
K = 0.85
Fig. 1.3.9: Anel de
vedação
Anéis de vedação
Vantagens e desvantagens
do anel de vedação
Em um anel de vedação, a vedação entre o eixo
giratório e a face de vedação giratória é feita através
de um anel de vedação (figura 1.3.9). O anel de
vedação deve ser capaz de deslizar livremente na
direção axial para absorver deslocamentos axiais como
resultado das mudanças de temperatura e desgaste.
O posicionamento Incorreto do assentamento
estacionário pode resultar em atrito, resultando em
desgaste necessário no anel de vedação e no eixo.
Os anéis de vedação são feitos de diferentes tipos de
borracha como NBR, EPDM e FKM, dependendo das
condições operacionais.
Vedação de fole
Uma característica comum das vedações de foles é
um fole de metal ou borracha que funciona como
um elemento de vedação dinâmico entre o anel
giratório e o eixo.
Vedações de foles de borracha
Os foles de vedação de borracha (consulte a figura
1.3.10) podem ser feitos com diferentes tipos de
borracha, como NBR, EPDM e FKM, dependendo das
condições operacionais. Dois princípios geométricos
diferentes são usados para o desenho dos foles de
borracha:
Vantagens:
Apropriado para líquidos
quentes e aplicações de
alta pressão
Desvantagens:
Depósitos no eixo, como
ferrugem, podem impedir
o movimento axial do anel
de vedação
Vedação de fole de borracha com
geometria de foles dobráveis
Fig. 1.3.10: Vedação de
fole de borracha
Vantagens e desvantagens
da vedação de fole de
borracha
Vantagens:
Insensível a depósitos,
como ferrugem, no eixo
Apropriada para bombear
líquidos contendo sólidos
Desvantagens:
Imprópria para líquidos
quentes e aplicações de
alta pressão
• Foles de rolo
• Foles dobráveis.
31

32. Seção 1.3
Retentores de eixos mecânicos
Vantagens e
desvantagens da
vedação de fole de
cartucho de metal
Vedações de fole de metal
Em uma vedação de selo mecânico comum, a
mola produz a força de fechamento necessária
para fechar as faces da vedação. Em uma
vedação de fole de metal (figura 1.3.11) a mola
foi substituída por fole de metal com uma força
semelhante. O fole de metal atua tanto como
uma vedação dinâmica entre o anel giratório
e o eixo e como uma mola. O fole possui uma
quantidade de ondulações que proporciona a
eles o força desejada.
Vantagens:
Insensíveis a depósitos,
como ferrugem e cal
no eixo
Apropriada para líquidos
quentes e aplicações de
alta pressão
Baixa razão de
balanceamento leva a
baixa taxa de desgaste e
consequentemente vida
mais longa
Fig. 1.3.11: : Vedação de
fole com cartucho de metal
Vedações de cartucho
Em uma vedação de selo mecânico, todas as peças
formam uma unidade compacta sobre a luva
do eixo, pronta para ser instalada. A vedação de
cartucho oferece muitos benefícios comparados
às vedações de eixos mecânicas convencionais,
figura 1.3.12.
Desvantagens:
Falha por fadiga da
vedação de selo mecânico
pode ocorrer quando
a bomba não está
corretamente alinhada
Pode ocorrer fadiga como
resultado de pressões ou
temperaturas excessivas
Vantagens da vedação
de cartucho:
• Manutenção fácil
e rápida
• O desenho protege as
faces da vedação
• Mola pré-carregada
Descarga
Em certas aplicações, é possível estender
o desempenho da vedação de selo mecânico
instalando uma descarga, consulte afigura
1.3.13. A descarga pode abaixar a temperatura da
vedação de selo mecânico e impedir a formação
de depósitos. A descarga pode ser instalada
internamente ou externamente. A descarga
interna é feita quando um fluxo pequeno do
lado de descarga da bomba é desviado para a
área da vedação. A descarga interna é usada
principalmente para prevenir a geração extra de
calor em aplicações de aquecimento. A descarga
externa é feita por um líquido de limpeza e é
usado para assegurar uma operação livre de
problemas ao lidar com líquidos abrasivos ou
sólidos que causam entupimento.
32
• Manipulação segura
Fig. 1.3.12: Vedação de cartucho
Fig 1.3.13: Dispositivo de
descarga de uma vedação
de selo mecânico simples

33. Retentores de eixos mecânicos duplos
Os retentores de eixos mecânicos duplos são usadas
quando a expectativa de vida de retentores de eixos
mecânicos simples é insuficiente devido ao desgaste
causado por sólidos ou pressões e temperaturas muito
altas / baixas. Além disso, as vedações de selo mecânicos
são usadas com líquidos tóxicos, agressivos e explosivos
para proteger os arredores. Há dois tipos de retentores
de eixos mecânicos duplos: A vedação de selo mecânico
em tandem e a vedação dupla em um arranjo sequencial.
•
•
Vedação dupla em tandem
Este tipo de vedação dupla consiste de retentores
de eixos mecânicos montadas em tandem, que é
uma atrás da outra, colocadas em uma câmara de
vedação separada, consulte a figura 1.3.14.
•
Fig. 1.3.14: Arranjo de vedação em tandem com
circulação de liquido de resfriamento
•
•
•
O arranjo de vedação em tandem deve ser equipado
com um sistema de liquido de resfriamento para
• absorver vazamento
• monitorar a taxa de vazamento
• lubrificar e resfriar a vedação para prevenir
congelamento
• proteger contra funcionamento a seco
• estabilizar o filme lubrificante
• impedir a entrada de ar na bomba no caso de vácuo
A pressão do líquido de resfriamento deve sempre
ser mais baixa que a pressão do líquido.
•
•
•
•
•
•
Fig. 1.3.15: Arranjo de vedação em tandem com
terminal de líquido de resfriamento
Tandem - circulação
Circulação do líquido de resfriamento via tanque
sem pressão, consulte a figura 1.3.14. O líquido de
resfriamento do tanque elevado é circulado pela
ação do termossifão e/ou ação de bombeamento na
vedação.
Tandem - terminal
•
•
Líquido de resfriamento de um tanque elevado,
consulte a figura 1.3.15. Não dissipação de calor do
sistema.
Tandem - drenagem
O líquido de resfriamento flui diretamente pela câmara
de vedação para ser coletado para reuso, ou direcionado
para drenagem, consulte a figura 1.3.16.
•
•
•
•
Fig. 1.3.16: Arranjo com vedação em tandem com
líquido de resfriamento para drenagem
33

34. Seção 1.3
Retentores de eixos mecânicos
Barreira de
pressão do líquido
Câmara de vedação
com barreira de
pressão do líquido
1.3.4 Combinações de materiais da face
da vedação
Apresentamos abaixo a descrição das combinações
de materiais mais importantes usadas em
retentores de eixos mecânicos para aplicações
industriais: Carboneto de tungstênio/carboneto
de tungstênio, carboneto de silício/carboneto de
silício e carboneto de carbono/ tungstênio ou
carboneto de carbono/silício.
Carboneto de tungstênio/carboneto de
tungstênio (WC/WC)
•
Líquido bombeado
Fig. 1.3.17: Arranjo de vedação sequencial
Vedação dupla sequencial
Este tipo de vedação é a solução ideal para
manipular líquidos abrasivos, agressivos, explosivos
que causariam desgaste, dano ou bloqueio em uma
vedação de selo mecânico.
A vedação dupla sequencial consiste de duas
vedações de eixos montadas em sequência em
uma câmara de vedação separada, consulte a
figura 1.3.17. Este tipo de vedação protege o
ambiente ao redor e as pessoas que trabalham
com a bomba.
A pressão na câmara de vedação dever 1-2 bares
mais alta que a pressão da bomba. A pressão pode
ser gerada por:
• Uma fonte de pressão separada existente.
Muitas aplicações incorporam sistemas
pressurizados.
• Uma bomba separada, por exemplo, bomba
dosadora.
34
Carboneto de tungstênio cementado cobre o tipo
de metais duros que são baseados em uma fase do
carboneto de tungstênio duro (WC) e geralmente
uma fase de aglutinante metálico mais macio. O
termo correto é carboneto de tungstênio cementado,
entretanto, o termo abreviado para carboneto de
tungstênio (WC) é usado para conveniência.
WC com liga de cobalto (Co) é somente resistente à
corrosão na água se a bomba incorporar base metal
como ferro fundido.
WC com liga de crômio-níquel-molibdênio é tem
resistência à corrosão igual à EN 14401.
WC sem ligas sinterizadas tem a resistência à
corrosão mais elevada. Entretanto, a resistência à
corrosão em líquidos, como hipoclorito não é tão
alta. O par de materiais WC/WC possui as seguintes
características:
• Extremamente resistente a desgaste
• Muito robusto, resiste à manipulação bruta
• Propriedades de funcionamento a seco
deficientes. No caso de funcionamento a seco, a
temperatura aumenta para várias centenas
de graus Celsius em poucos minutos e
consequentemente danifica os anéis de vedação.
Se determinada temperatura e pressão forem
excedidas, a vedação pode gerar ruído. Ruído é uma
indicação de condições operacionais deficientes
que a longo prazo podem causar desgaste na
vedação. Os limites de uso dependem do diâmetro
e desenho da face da vedação.
Para uma combinação da face da vedação WC/WC,
o período de tempo esperado para aparecimento
de ruído pode durar de 3-4 semanas, embora
tipicamente, não há ocorrência de ruído nos
primeiros 3-4 dias.

35. Carboneto de silício/carboneto de silício
(SiC/SiC)
WC/WC.
Consequentemente, em água quente Q 1P / Q 1P
combinação gera menos ruído que a combinação
Carboneto de silício/carboneto de silício (SiC/SiC) WC/WC. Entretanto, o ruído de vedações de SiC
é uma alternativa para o WC/WC e é usada onde poroso é esperado durante o período de desgaste de
a resistência à corrosão mais elevada é necessária. amaciamento de 3 a 4 dias.
G
A combinação de materiais SiC/SiC possui as Q 1 SiC auto-lubrificante, sinterizado
seguintes características:
Variantes materiais SiC contendo lubrificantes secos
G
• Material muito frágil que exige manipulação estão disponíveis no mercado. A designação Q1
aplica-se ao material SiC, que é apropriado para uso
cuidadosa
em água destilada ou desmineralizada, como oposto
aos materiais acima.
• Extremamente resistente à água
• Resistência à corrosão extremamente boa.
SiC (Q 1s, Q 1P e Q 1G ) corrosão difícil,
independente
do tipo de líquido bombeado. Entretanto, a
exceção é água com condutividade deficiente,
como água desmineralizada, que ataca as
variantes SiC Q 1s e Q 1P, enquanto que Q 1G é
resistente à corrosão neste líquido
• No geral, estas combinações de materiais
possuem propriedades deficientes para
funcionamento a seco. Entretanto, o material
Q 1G / Q 1G material suporta um período de
funcionamento a seco limitado por causa do
conteúdo de grafite no material
Os limites de pressão e temperatura de Q 1G / Q 1G
são similares a do Q 1P / Q 1P.
Os lubrificantes secos, por exemplo grafite, reduzem
o atrito no caso de funcionamento seco, que é de
importância decisiva para a durabilidade de uma
vedação durante o funcionamento a seco.
Características do carboneto de carbono/
tungstênio ou carbono/silício
Vedações com uma face de carbono possuem as
seguintes características:
• Material muito frágil que exige manipulação
cuidadosa
Para finalidades diferentes, há diversas variantes de
SiC/SiC:
• Desgaste por líquidos contendo partículas sólidas
Q 1s, SiC de granulação fina e sinterização direta
• Boa resistência à corrosão
SiC de granulação fina de sinterização direta com • Boas propriedades de funcionamento a seco
uma pequena de poros minúsculos.
(funcionamento a seco temporário)
Por alguns anos, esta variante de SiC foi usada como
material padrão para vedação selo mecânico. Os limites
de pressão e temperatura são ligeiramente menores que
aqueles do WC/WC.
• As propriedades auto-lubrificantes do carbono tornam
a edação apropriada para uso mesmo em condições de
v
lubrificação insatisfatórias (alta temperatura) sem geração
de ruído. Entretanto, estas condições causarão desgaste na
face de carbono da vedação levando à redução da vida útil.
P, SiC de granulação fina, sinterizado, poroso
Q1
O desgaste depende da pressão, temperatura, diâmetro
líquido e desenho da vedação. Velocidades básicas
É uma variante do SiC de sinterização densa. Esta reduzem a lubrificação entre as faces da vedação; como
variante de SiC possui poros fechados circulares resultado, pode se esperar aumento de desgaste. Entretanto,
grandes. O grau de porosidade é de 5-15% e o normalmente este não é o caso porque a distância
tamanho dos poros é 10-50 μm Ra.
que as faces da vedação têm para se mover é reduzida.
Os limites de pressão e temperatura excedem aqueles do
35

36. Seção 1.3
Retentores de eixos mecânicos
• Carbono impregnado de metal (A) oferece
resistência à corrosão limitada, mas resistência
mecânica melhorada, condutividade de calor e
desse modo, redução do desgaste
• Ação centrífuga de bombeamento das peças
giratórias. O consume de energia aumenta
dramaticamente com a velocidade da rotação
(para a terceira energia).
• Com resistência mecânica reduzida, mas maior
resistência à corrosão, carbono impregnado
de resina sintética (B) cobre um campo amplo
de aplicações. O carbono impregnado de resina
sintética é aprovado para água potável
• Atrito da face da vedação. O atrito entre as duas
faces da vedação consiste de
– atrito no filme de do líquido fino
– atrito devido aos pontos de contato entre as
faces da vedação.
• O uso de carbono/SiC para aplicações com água
quente pode causar bastante desgaste no SiC,
dependendo da qualidade do carbono e da água.
Este tipo de desgaste se aplica ao Q1S/carbono.
O uso de Q1P, Q 1G ou carbono/ WC causa
muito menos desgaste. Assim, carbono/ WC,
carbono/Q1P ou carbono/Q1G para sistemas de
água quente
O nível de consumo de energia depende do desenho
da vedação, condições de lubrificação e materiais
da face da vedação.
250
Perda de energia (W)
250
200
Perda de energia (W)
200
150
150
100
3600
100
1.3.5 Fatores que afetam o desempenho
da vedação
3600
50
50
0
0
0
2000
0
Como mencionado anteriormente, nenhuma
vedação é totalmente pressionada. Nas próximas
páginas, apresentaremos os fatores que têm
impacto sobre o desempenho da vedação:
Consumo de energia, ruído e vazamento. Estes
fatores serão apresentados individualmente.
Entretanto, é importante destacar que eles estão
intimamente relacionados e assim sendo, devem
ser considerados como um todo.
Consumo de energia
Não é novidade que a vedação precisa de energia
para girar. Os seguintes fatores contribuem para o
consume de energia, que é a perda de energia de
uma vedação de selo mecânico:
36
4000
2000
6000
4000
8000
6000
10000
8000
Fig. 1.3.18: Consumo de energia de uma
vedação de selo mecânico de 12 mm
12000
10000
12000
Velocidade (rpm)
Velocidade (rpm)
Ação de
Ação de
bombeamento
bombeamento
Atrito
Atrito
A figura 1.3.18 é um exemplo típico de consumo de
energia de uma vedação de selo mecânico. A figura
mostra que o atrito de até 3600 rpm é o motivo
principal do consumo de energia da vedação de selo
mecânico.
O consumo de energia é, principalmente em relação
às caixas de espanque, um problema importante.
Como se observar no exemplo, substituir uma caixa
de empanque por uma vedação de selo mecânico
leva a uma economia de energia considerável,
consulte a figura 1.3.19.

37. Ruído
Bomba padrão 50 mLC; eixo 50 mm e 29OO rpm
A escolha dos materiais da face da vedação
é decisiva para o funcionamento e vida da
vedação de selo mecânico. A geração de ruído
é resultado das condições de lubrificação
deficientes em vedações que manipulam
líquidos de baixa viscosidade. A viscosidade da
água diminui com o aumento da temperatura.
Isto significa que as condições de lubrificação
diminuem conforme a temperatura aumenta.
Bar
Se o líquido bombeado atinge ou excede a
temperatura de ebulição, o líquido na parte
25
da face da vedação evapora, que resulta em
um diminuição adicional nas 20 Faixa de operação
condições de
lubrificação. Uma redução na velocidade tem o
15
mesmo efeito, consulte a figura 1.3.20.
Consumo de energia
Caixa de empanque
Ved. selo mecânico
2.0 kWh
Vazamento
Caixa empanque
Ved. selo mecânico
3.0 l/h (quando montada corretamente)
0.3 kWh
0.8 ml/h
Fig. 1.3.19: Caixa de empanque versus vedação de
selo mecânico
Ruído
Bar
25
Ruído
10
20
5
Faixa de operação
15
Vazamento
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
°C
10
Inversamente, menos vazamento significa
piores condições de lubrificação e aumento
de atrito. Na prática, a quantidade de
vazamento de perda de energia que ocorre
nas vedações de selo mecânicos pode variar.
O motivo é que o vazamento depende de fatores
que são impossíveis de quantificar teoricamente
por causa do tipo das faces da vedação, tipo de
líquido, mola, carga,etc. Portanto, a figura 1.3.21
deve ser entendida como uma orientação.
Velocidade 3000 rpm
Velocidade 1800 rpm
5
Velocidade 1200 rpm
Velocidade 600 rpm
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
°C
Fig. 1.3.20: Relação entre faixa de operação
Velocidade 3000 rpm
e velocidade
Velocidade 1800 rpm
Velocidade 1200 rpm
Velocidade 600 rpm
Para a leitura correta da curva da taxa de
vazamento (figura 1.3.21), é necessário seguir
os quatro passos abaixo:
Passo 1: Ler a pressão – neste caso 5 bares
Passo 2: Vedação não balanceada de 30 mm
Passo 3: Velocidade 3000 rpm
Passo 4: Taxa de vazamento 0,06 ml/h
Fig. 1.3.21: Taxas de vazamento
37