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UNIVERSIDADE DE TAUBATÉ
Védson Lopes de Souza
Estudo técnico-econômico da substituição
de gaxetas por selos mecânicos em bombas
centrífugas
Taubaté - SP
2009
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Védson Lopes de Souza
Estudo técnico-econômico da substituição
de gaxetas por selos mecânicos em bombas
centrífugas
Dissertação apresentada para ob-
tenção do certificado de título de
Mestre pelo curso de Mestrado Pro-
fissional em Engenharia Mecânica
do Departamento de Engenharia
Mecânica da Universidade de Tau-
baté.
Área de concentração: Sistemas
Energéticos e Ambientais
Orientador: Profº José Rui Camargo
Taubaté - SP
2009
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S729e Souza, Védson Lopes de.
Estudo técnico-econômico da substituição de gaxetas
por selos mecânicos em bombas centrífugas. / Védson Lopes
de Souza. – Taubaté: Unitau, 2009.
52 f. :il;30 cm.
Dissertação (Mestrado) – Universidade de Taubaté.
Faculdade de Engenharia Mecânica. Curso de Engenharia
Mecânica.
Orientador: José Rui Camargo.
1. Desgaste: manutenção. 2. Vedação: gaxeta; selo
mecânico. 3. Bomba Centrífuga. I. Universidade de Taubaté.
Departamento de Engenharia Mecânica. II. Título.
CDD(21) 621.67
Védson Lopes de Souza
Estudo técnico-econômico da substituição de gaxetas por selos mecâni-
cos em bombas centrífugas
Dissertação apresentada para obtenção do
certificado de título de Mestre pelo curso
de Mestrado Profissional em Engenharia
Mecânica do Departamento de Engenharia
Mecânica da Universidade de Taubaté.
Área de concentração: Sistemas Energéti-
cos e Ambientais
Orientador: Profº Dr. José Rui Camargo
Data: 05/10/2009
Resultado: Aprovado
BANCA EXAMINADORA
Profº Dr. José Rui Camargo UNITAU – Universidade de Taubaté
Assinatura: ______________________________________________________
Profº Dr. Carlos Alberto Chaves UNITAU – Universidade de Taubaté
Assinatura: ______________________________________________________
Profº Dr. Carlos Daniel Ebinuma UNESP – Universidade Est. de São Paulo
Assinatura: ______________________________________________________
Dedico este trabalho à minha mãe e meu pai que sempre me apoia-
ram, e às minhas lindas e maravilhosas filhas Ivana e Isadora, mi-
nhas fontes de inspiração e motivação.
AGRADECIMENTOS
Ao Profº Dr. José Rui Camargo, pela orientação, sabedoria e paci-
ência.
À Sabesp que disponibilizou vasto material e condições para de-
senvolvimento da pesquisa.
À Burgmann do Brasil que deu suporte para desenvolvimento do
estudo.
À Unitau pela oportunidade de desenvolvimento acadêmico com o
programa de mestrado profissional.
“Não desperdice o presente, ele é o único tempo em que você pode
reparar o passado e construir o futuro.”
São Francisco de Assis (1182 – 1226)
RESUMO
Estudo técnico-econômico da substituição de gaxetas por selos mecâ-
nicos em bombas centrífugas.
As bombas centrífugas com vedações à base de gaxetas possuem uma
boa eficiência, porém impõem ao sistema de bombeamento, perdas do produto
recalcado. Estas são variáveis que norteiam fatores relacionados às condições
físicas do equipamento, como por exemplo, o desgaste excessivo das buchas,
falta da regulagem adequada e até mesmo o porte das bombas. O objetivo
principal desta pesquisa foi identificar e quantificar os vazamentos provenientes
das vedações das bombas centrífugas que operam em regime permanente e
propor a substituição do sistema de vedação com gaxetas por sêlos mecânicos
com maior eficiência, na Estação Elevatória de Água Tratada de Itaquera per-
tencente à empresa SABESP – Companhia de Saneamento Básico do Estado
de São Paulo, localizada na Avenida Virgínia Ferne, nº 1036 - Itaquera, na ci-
dade de São Paulo. Pôde-se observar com os resultados, que o investimento é
totalmente amortizado a partir do 4º ano de operação do selo mecânico, bem
como a economia com os vazamentos de água e energia elétrica. O novo dis-
positivo mostrou-se eficaz na questão de implantação e manutenção, sendo
que cabe um investimento inicial a ser disponibilizado pela empresa interessa-
da.
Palavras chave: bombas centrífugas; gaxetas, selos mecânicos;
ABSTRACT
Technical and economic study of replacement gaskets for mechanical
seals in centrifugal pumps.
The centrifugal pumps with sealing based on gaskets have a good efficien-
cy, but, impose to the pumping system, losses of product to be pumped. These
ones, are variables that guide related factors to physical condition of equip-
ments, for example, exceeding wearing of the sleeves (wad), and a lack of a
proper adjustment and even the pumps size. The main objective of this re-
search was to identify and quantify the leakages originated from the sealing of
centrifugal pumps which operates in permanent regime, at Lifting Station
treated Water of Itaquera, belonging to the company SABESP - Companhia de
Saneamento Básico do Estado de São Paulo, located at Avenida Virgínia
Ferne, nº 1036 - Itaquera, city of São Paulo. We could find out with the results,
that the investment is totally amortized from the 4th year of mechanical sealing
operation, as well as the economy with the leakages of water and electrical
energy. The new device has shown efficiency in implementation and mainten-
ance, and an investment should be made by an interested company due to its
efficiency.
Key-words: centrifugal pumps; gaskets, mechanicals seals;
Sumário
1 Introdução ..................................................................................................01
2 Revisões da literatura ................................................................................02
2.1 Histórico do desenvolvimento dos sistemas de bombeamento ............02
2.2 Características das gaxetas e sêlos mecânicos ...................................18
2.2.1 Gaxetas ...........................................................................................18
2.2.1.1 Seleção de gaxetas ...................................................................20
2.2.1.2 Substituição de gaxetas ............................................................22
2.2.2 Sêlos Mecânicos .............................................................................24
2.2.2.1 Vedação principal .....................................................................24
2.2.2.2 Vedação secundária .................................................................25
2.2.2.3 Uso do Sêlo Mecânico ..............................................................26
2.2.2.4 Vantagens do Sêlo Mecânico ...................................................27
2.3 Detecções de falhas em bombas centrífugas ........................................28
2.3.1 Disfunções na sucção ......................................................................29
2.3.2 Disfunções na instalação .................................................................30
2.3.3 Disfunções mecânicas .....................................................................31
3 Metodologia ...............................................................................................33
3.1 Características das instalações ............................................................33
3.2 Quantificações de vazamentos ............................................................34
3.3 Dados do projeto ..................................................................................38
4 Resultados e discussões ...........................................................................41
5 Conclusões ................................................................................................51
6 Referências ...............................................................................................52
1
1 - Introdução
O objetivo principal desta pesquisa é identificar e quantificar os vaza-
mentos provenientes das vedações das bombas centrífugas que operam em
regime permanente, na Estação Elevatória de Água Tratada de Itaquera perten-
cente à empresa SABESP – Companhia de Saneamento Básico do Estado de
São Paulo, localizada na Avenida Virgínia Ferne, nº 1036 - Itaquera, na cidade
de São Paulo. E, por meio do estudo técnico-econômico, considerando também
fatores sociais e ambientais atuais, propor a substituição do elemento vedante
adotado com gaxeta por dispositivo de sêlos mecânicos apropriados para elimi-
nação dos vazamentos de água tratada pelo sistema de vedação.
O estudo técnico-econômico diz respeito à avaliação comparativa de
utilização de vedação das bombas com gaxeta e sêlo mecânico, mostrando as
condições de materiais e métodos para cada um dos casos, fornecendo suporte
para decisão da melhor aplicação.
Ainda neste trabalho científico foram identificados valores numéricos
referentes aos gastos de água durante o funcionamento de bombas centrífugas
na Estação Elevatória de Água Tratada da empresa Sabesp – Itaquera. Uma
vez que os valores foram determinados, pesquisaram-se soluções para minimi-
zar ou banir o desperdício de água que ocorre durante o funcionamento das
bombas.
Dentro deste contexto, houve avaliação técnica-econômica para substi-
tuição do sistema de vedação e refrigeração do eixo das bombas através de
gaxetas por sistemas com selos mecânicos em bombas centrífugas da Estação
Elevatória de Água tratada da Sabesp.
2
2 - Revisões da Literatura
2.1 – Histórico do desenvolvimento dos sistemas de bombeamento
Segundo Macintyre (1987), os primeiros dispositivos implementados
para a solução dos problemas relacionados ao deslocamento dos líquidos fo-
ram a Nora Chinesa, um engenhoso dispositivo constituído por roda dotada de
caçamba para levar a água a canais de irrigação e, o sistema de correntes e
caçambas com a qual, 3000 a.C, no poço de Josephus, no Cairo, a água era
retirada de um poço construído com duas plataformas com quase 100 metros
de profundidade.
A cidade de Knossos, na ilha de Creta, foi inicialmente habitada depois
de 6000 a.C. e por volta de 3000 a.C. era a maior cidade da região. Por volta
de 1700 – 1450 a.C. a cidade estava em seu apogeu e desenvolveu um siste-
ma de transporte de água que utilizava condutos circulares e distribuíam água
para a cidade e para o palácio em tubulações pressurizadas. Estes, possivel-
mente os primeiros tubos utilizados já que outras civilizações apenas se utiliza-
vam canais superficiais, conforme Tsutiya (2005).
Arquimedes (287-212 a.C.) inventou a primitiva bomba de parafuso e
Ctesibus (270 a.C.) propôs a bomba de êmbolo, dois inventos de origem grega.
Ao longo dos séculos surgiram outros tipos de bombas e os aperfeiçoamentos
de acordo com as necessidades operacionais, progresso industrial, melhoria
das condições de saúde e conforto, que estão totalmente ligados ao progresso
da ciência e tecnologia das máquinas destinadas ao deslocamento dos líquidos
por escoamento forçado, que são as bombas. Nesta evolução chegou-se à a-
plicação das gaxetas, como elemento vedante e refrigerador do eixo principal
das mesmas.
Para Macintyre (1987), bombas são máquinas geratrizes cuja finalidade
é realizar o deslocamento de um líquido por escoamento. Sendo esta uma má-
quina geratriz, transforma o trabalho mecânico que recebe para seu funciona-
mento em energia, que é comunicada ao líquido sob as formas de energia ciné-
tica e pressão. Estes equipamentos também são denominados de máquinas
3
operatrizes hidráulicas, porque realizam um trabalho útil específico ao desloca-
rem um líquido.
Conforme Tsutiya (2005), bombas cinéticas são aquelas que fornecem
energia à água, sob forma de energia de velocidade. Essa energia converte-se
dentro da bomba em energia de pressão, permitindo que a água atinja posi-
ções mais elevadas dentro de uma tubulação.
Segundo Oliveira e Gonçalves (1999), a perda de água tratada pelas
gaxetas das bombas é considerada desperdício relevante para o sistema de
abastecimento de água e, os valores mais significativos são os vazamentos
pelas linhas de adução dos sistemas.
De acordo com Silva e Gonçalves (2003), no contexto da crescente pro-
blemática da água, soluções em diferentes níveis têm sido adotadas no Brasil e
no mundo. O uso racional da água é um assunto avaliado em diversos estudos,
segundo uma abordagem sistemática das atividades a serem implantadas nas
questões de redução dos desperdícios de água.
Conforme Tsutiya (2005), as estações elevatórias são partes essenciais
dos sistemas de abastecimento de água, sendo utilizadas na captação, adu-
ção, tratamento e distribuição de água. E o desenvolvimento das tecnologias
dos equipamentos eletro-mecânicos nelas empregados, vem permitindo o em-
prego cada vez mais generalizado das estações elevatórias, para solucionar os
variados problemas de transporte de água. Os principais componentes das es-
tações elevatórias são a casa de bombas, as bombas, motores e painéis elétri-
cos, válvulas e tubulações de sucção e recalque, conforme figura 01.
4
Figura 1: Componentes da estação: bombas, motores, válvulas e tubulações (Sabesp, 2008)
Para Tsutiya (2005), as bombas centrífugas com vedações a base de
gaxeta possuem uma boa eficiência, porém impõem ao sistema de bombea-
mento, perdas do produto recalcado. Estas são variáveis que norteiam fatores
relacionados às condições físicas do equipamento, como por exemplo, o des-
gaste excessivo das buchas, falta da regulagem adequada e até mesmo o por-
te das bombas. A importância desta pesquisa científica deu-se pelo fato das
empresas de saneamento ambiental e empresas de forma geral, necessitarem
reduzir as perdas durante o processo. Considera ainda que as bombas centrí-
fugas com vedações a base de gaxeta possuem uma boa eficiência, porém
impõem ao sistema de bombeamento, perdas do produto recalcado. Estas são
variáveis que norteiam fatores relacionados às condições físicas do equipa-
mento, como por exemplo, o desgaste excessivo das buchas, falta da regula-
gem adequada e até mesmo o porte das bombas. A identificação da importân-
cia desta pesquisa científica deu-se pelo fato das empresas de saneamento
ambiental e empresas de forma geral, necessitem reduzir as perdas durante o
processo.
Conforme Passeto e Frison (2008), o abastecimento de água tratada
para a população atendida pela SABESP – Companhia de Saneamento Básico
do Estado de São Paulo é efetuada por meio de centros de reservação de
grande capacidade, que abastecem as zonas baixas das localidades por gravi-
5
dade. Ocorre que, nas zonas altas onde os centros de reservação não atendem
as cotas altimétricas necessárias, é preciso um sistema de elevação do produto
para cotas mais altas, para que haja possibilidade de suprir todos os setores
populacionais, inclusive industriais. Este sistema de elevação de água é com-
posto por uma Estação Elevatória constituída por conjuntos moto-bomba de
portes variados, para bombeamento do fluido até as cotas necessárias, às ve-
zes para torres e em outras vezes diretamente para as linhas de distribuição à
população. Muitos destes conjuntos moto-bomba possuem o sistema de veda-
ção e refrigeração dos eixos através de gaxetas, propiciando vazamentos e
perdas do produto durante o processo.
Para Tsutiya (2005), as gaxetas são elementos mecânicos utilizados para
impedir a passagem de um fluxo de fluido de um local para outro, de forma total
ou parcial. Os materiais usados na fabricação de gaxetas são: algodão, juta,
asbesto (amianto), nylon, teflon, borracha, alumínio, latão e cobre. A esses ma-
teriais são aglutinados outros, tais como: óleo, sebo, graxa, silicone, grafite,
mica, entre outros. A função destes últimos materiais que são aglutinados às
gaxetas é torná-las autolubrificadas.
Em algumas situações, o fluxo de fluido não deve ser totalmente veda-
do, pois existe a necessidade de passagem mínima de fluido com a finalidade
de auxiliar a lubrificação entre o eixo rotativo e a própria gaxeta. A este tipo de
propriedade dá-se o nome de restringimento que é aplicado, por exemplo,
quando se trabalha com bomba centrífuga de alta velocidade. Nesse tipo de
bomba, o calor gerado pelo atrito entre a gaxeta e o eixo rotativo é muito ele-
vado e por este motivo, o mecanismo exige uma saída controlada de fluido pa-
ra minimizar o possível desgaste.
A caixa de gaxeta mais simples apresenta um cilindro oco onde ficam
alojados vários anéis de gaxeta, pressionados por uma peça chamada sobre-
posta. A função dessa peça é manter a gaxeta alojada entre a caixa e o eixo,
sob pressão conveniente para o trabalho.
De acordo com Passeto e Frison (2008), durante a execução das manu-
tenções eletromecânicas preventivas existem procedimentos e instruções de
trabalho para execução das regulagens das sobrepostas e gaxetas das bom-
bas, porém, mesmo com este procedimento, ainda nota-se a perda de líquido
por estes sistemas de vedação e refrigeração, considerados de certa relevân-
6
cia. Por este motivo, surgiu a necessidade de proposição de trabalho para eli-
minação desta fonte de desperdício de água.
Conforme Tsutiya (2005), as bombas centrífugas são compostas por
várias peças de montagem mecânicas conforme figuras 2 e 3, bem como tabe-
la 1.
A figura 2 mostra uma bomba centrífuga bi-partida marca KSB, mode-
lo RDL.
Figura 2: Bomba centrífuga bi-partida (KSB, 2008)
7
A figura 3 mostra detalhamento em corte da bomba centrífuga bi-
partida marca KSB, modelo RDL, com os códigos de peças para montagem.
Figura 3: Bomba centrífuga bi-partida em corte (KSB, 2008)
A Tabela 1 mostra a lista de peças e componentes para montagem da
bomba centrífuga.
8
Tabela 1: Relação detalhada das peças bomba centrífuga bi-partida (KSB, 2008)
9
Conforme Tsutiya (2005), as bombas centrífugas são compostas por
peças fundamentais ao seu funcionamento ideal, tais como:
. Carcaça: As pás do rotor impulsionam o líquido em direção à carcaça
proporcionando-lhe um aumento de pressão e velocidade. A carcaça, que na
maioria das vezes tem a forma de espiral, possui entre outras funções a de re-
ceber o líquido que sai do rotor, transformando parte de sua energia cinética
em energia potencial de pressão, conforme figura 4.
Figura 4: Desenho bomba centrífuga (KSB, 2008)
. Mancais: São elementos de apoio do eixo e têm a função de manter o
conjunto girante ou rotativo na posição correta em relação às partes estacioná-
rias do equipamento. Podem ser mancais de deslizamento ou de rolamentos,
radiais, axiais ou mistos, conforme figura 5.
10
Figura 5: Mancais da bomba centrífuga bi-partida (KSB, 2008)
. Rotores: são os componentes da bomba que possuem a função de
transferir para a massa líquida, o movimento de rotação, convertendo a energia
mecânica em energia cinética. Podem ser classificados quanto à admissão do
líquido (simples sucção e dupla sucção), quanto às paredes (aberto, semi-
aberto e fechado) e quanto à direção de saída do líquido (fluxo axial, fluxo radi-
al e fluxo misto), conforme figura 6.
Figura 6: Rotor de bomba centrífuga bi-partida (KSB, 2008)
11
. Vedação: A caixa de gaxeta tem a função de impedir vazamento onde
o eixo atravessa a carcaça. Se a pressão do líquido bombeado no interior da
caixa de gaxeta for maior que a pressão atmosférica, sua função é evitar que o
líquido vaze para fora da bomba. Se a pressão no interior for menor que a
pressão atmosférica, sua função é evitar a entrada de ar para dentro da bom-
ba. A vedação entre a carcaça e o eixo, pode ser feita com gaxeta, conforme
figura 7 ou com selo mecânico.
Figura 7: Sistema de selagem (KSB, 2008)
Para o funcionamento de uma bomba centrífuga, segundo Macintyre
(1987), é necessário preencher a mesma com líquido a ser bombeado, antes
da partida, o que se denomina escorva
1
. Existem bombas que são auto-
aspirante ou auto-escorvante.
De acordo com Macintyre (1987), quando se inicia o movimento do rotor
e o líquido contido nos canais formados pelas pás, a força centrífuga cria uma
zona de maior pressão na periferia do rotor e uma de baixa pressão na sua
1
Devido às folgas entre rotor e coletor e o restante da carcaça, não pode haver a expulsão do ar no interi-
or da bomba e tubo de aspiração, de modo a ser criada uma rarefação com a qual a pressão, atuando no
líquido do reservatório de aspiração, venha a ocupar o espaço vazio deixado pelo ar expelido e a bomba
possa funcionar.
12
entrada, produzindo um deslocamento do líquido em direção à saída dos ca-
nais do rotor e à boca de recalque da bomba. Forma-se um gradiente hidráulico
entre a entrada e a saída da bomba em virtude das variações de pressão. Ad-
mitindo-se que uma tubulação, com líquido contido na bomba, ligue a boca de
aspiração a um reservatório submetido à pressão atmosférica e que outra tubu-
lação, nas mesmas condições, estabeleça-se ligação da boca de recalque a
outro reservatório colocado a determinada cota onde incida pressão atmosféri-
ca. Em virtude da diferença de pressões que se estabelece no interior da bom-
ba após o movimento de rotação, a pressão na entrada do rotor torna-se inferi-
or à existente no reservatório de captação, originando o escoamento de líquido
através da tubulação de sucção do reservatório inferior para a bomba. Simulta-
neamente, a energia na boca de recalque da bomba, tornando-se superior à
pressão estática a que está submetida à base da coluna líquida na tubulação
de recalque, obriga o líquido a escoar para a cota superior ou local de pressão
considerável. Forma-se então, com a bomba em funcionamento, um trajeto do
líquido do reservatório inferior para o reservatório superior, através da tubula-
ção de sucção, dos canais do rotor e difusor e da tubulação de recalque. Na
passagem pelo rotor que se processa a transformação de energia mecânica
para energia de pressão e cinética. Na saída do rotor, o líquido penetra no difu-
sor, onde grande parte de sua energia cinética é transformada em energia de
pressão, seguindo pela tubulação de recalque.
Para Macintyre (1987), após o tratamento de água, a água pode ser a-
cumulada em um reservatório próximo ao local da estação de tratamento. É
bombeada por Estações Elevatórias para reservatórios elevados (torres), atra-
vés de adutoras, de onde, por gravidade, é levada diretamente aos clientes. As
bombas utilizadas, geralmente, são centrífugas, de carcaça bi-partida horizon-
talmente. A carcaça é de ferro fundido, rotor de ferro fundido ou bronze, anéis
de desgaste e sobrepostas de ferro fundido ou bronze. As elevatórias são for-
madas por duas, três ou mais bombas que podem ser associadas ou em série.
Para Borges (2004), as bombas de estações tratamento de água apre-
sentam inúmeras variáveis de perdas de água como gaxeta das bombas, regis-
tros, válvulas, escorva das bombas e outros.
Observa-se o crescente aumento de consumos individuais de água,
principalmente nos grandes centros urbanos, onde já se enfrentam problemas
13
sérios de escassez de água e de ordem econômica em função das maiores
distâncias de mananciais e à necessidade de tratamentos mais intensos cau-
sados pela poluição da água. Isto implica na necessidade de ampliação de sis-
temas de produção de água e da disposição final de esgoto sanitário, conforme
Silva e Gonçalves (2003). E ainda, destacam-se ações que contribuem para a
redução de consumo, implementadas com ações tecnológicas como substitui-
ção de sistemas e componentes convencionais por economizadores de água,
implantação de sistemas de medição setorizada do consumo de água, detec-
ção e correção de vazamentos, reaproveitamento de água e de reciclagem de
água servida.
De acordo com Silva e Gonçalves (2003), a problemática da água é
composta por diversos elementos, uns causa, outros conseqüência da perda
na eficiência do ciclo hidrológico e do agravamento da situação de escassez da
água, entre os quais são a urbanização elevada e desordenada da infra-
estrutura urbana, diversificação e intensificação das atividades e conseqüen-
temente do uso da água, ocupação de área de mananciais, com conseqüente
poluição e assoreamento das margens, conflitos gerados pelas concorrências
entre os diversos aproveitamentos da água, política de recursos hídricos, práti-
cas de utilização dispendiosa de água, deficiências no setor de saneamento e a
relação entre água e saúde, migrações populacionais que são motivadas pela
escassez da água, entre outros.
Conforme Silva e Gonçalves (2004) apresentam estudos e pesquisas
em gestão da água, abordando demanda e oferta de água e incluindo a setori-
zação de consumo e demanda, a medição de água, operação e monitoramen-
to, manutenção dos sistemas hidráulicos e avaliação ambiental (previsão da
demanda de água).
As definições dos principais conceitos técnicos, as quais estão em sin-
tonia com as definições estabelecidas pelas normas da Associação Brasileira
de Normas Técnicas – ABNT, do Programa Nacional de Combate ao Desperdí-
cio de Água - PNCDA, da Associação Internacional da Água - IWA (Internacio-
nal Water Association) e do Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e
Qualidade Industrial – INMETRO, explanam como perda de água sendo real ou
aparente de água ou todo o consumo não autorizado que determina aumento
14
do custo de funcionamento ou que impeça a realização plena da receita opera-
cional.
Para Bran e Souza (1980), a existência de processos irreversíveis no fun-
cionamento das máquinas de fluxo é comumente denominada de perda. As
perdas internas nas máquinas de fluxo, dentro de seu recinto de responsabili-
dade, provêm principalmente de três fontes, atrito de superfícies, fugas de flui-
dos e atrito em labirintos. As perdas por fuga ocorrem nos interstícios, espaços
necessários entre a parte rotativa e a parte fixa da máquina. A massa que por
ali escoa, não participa da troca de energia. Designando esta massa de fluido:
mf = ρ . Qf (1)
Pode-se escrever,
mr = m ± mf (2)
Onde,
m é a massa em escoamento;
mr é a massa que participa da troca de energia e m aquela que teoricamen-
te deveria participar da troca;
Qf é a vazão de fuga;
mf é a massa em escoamento de fuga;
ρ
ρρ
ρ é a massa específica do fluido;
As fugas de fluido levam a concluir que existe uma massa de fluido cons-
tantemente entre as partes móveis e as fixas das máquinas. Esta massa junto
às partes móveis possui a velocidade das mesmas, enquanto que junto das
15
fixas sua velocidade é nula. Assim, aparece o gradiente de velocidade que é
responsável pela força de resistência de atrito do fluido.
De acordo com Pfleiderer e Petermann (1979), as principais perdas que
ocorrem dentro das máquinas de fluxo são devido ao atrito, às variações de
seção e de velocidade, que em geral reduzem a pressão e são denominadas
perdas hidráulicas. Além destas, existem as perdas por fuga de fluido que não
influem na pressão ou tem uma influência de menor importância. A estas per-
tencem, primeiramente, as perdas no labirinto, que ocorrem devido à existência
de um interstício entre o rotor e a carcaça, denominado labirinto, que é neces-
sário por razões construtivas e através do qual uma parte do meio de trabalho
flui para o tubo de sucção, evitando o rotor. Além destas, existe usualmente
uma perda de fluido através da gaxeta, conforme figura 8.
Figura 8: Vista do sistema de engaxetamento e preme-gaxeta (SABESP, 2008)
16
A figura 9 mostra um sêlo mecânico e seu detalhamento em corte,
indicando o posicionamento dos anéis e vedações.
Figura 9: Vista selo mecânico (Burgmann do Brasil, 2008)
17
A figura 10 mostra a simulação de assentamento da gaxeta no eixo.
Figura 10: Amostra de gaxeta (Burgmann do Brasil, 2008)
18
2.2 - Características das gaxetas e selos mecânicos
2.2.1 – Gaxetas
A figura 11 mostra em corte do equipamento, as gaxetas alojadas entre um
eixo e um mancal e a sobreposta onde ocorrem os apertos e ajustes para regu-
lagem das mesmas, conforme Proença (1987).
Figura 11: Alojamento da gaxeta (Ferraz, 2008)
As gaxetas são fabricadas em forma de cordas para serem recortadas
ou em anéis já prontos para a montagem.
A figura 12 mostra gaxetas em forma de corda, anéis e algumas de suas
aplicações, bem como estilos de montagem e posições de assentamento, con-
forme Ferraz (2008).
19
Figura 12: Formatos e aplicações de gaxetas (Ferraz, 2008)
20
2.2.1.1 - Seleção da gaxeta
A escolha da gaxeta adequada para cada tipo de trabalho deve ser
feita com base em dados fornecidos pelos catálogos dos fabricantes. No entan-
to, os seguintes dados devem ser levados em consideração (Ferraz, 2008):
· Material utilizado na confecção da gaxeta: existem vários tipos de mate-
riais disponíveis a nível de mercado, como em grafite, teflon, borracha,
algodão, borracha, borracha sintética, feltro, espuma, couro, flourpolíme-
ro, etc.
· Dimensões da caixa de gaxeta: são de acordo com o sistema de vedação
utilizado e tamanho do equipamento a ser vedado;
· Fluido líquido ou gasoso bombeado pela máquina: existem gaxetas apro-
priadas para cada tipo de gás e de acordo também com o tipo de líquido
a ser bombeado ou vedado;
· Temperatura e pressão dentro da caixa de gaxeta: estas condições são
primordiais para seleção da gaxeta, levando em consideração a aplicabi-
lidade de cada tipo de gaxeta;
· Tipo de movimento da bomba (rotativo/alternativo): alternativo é um mo-
vimento do equipamento entre dois pontos e seguindo uma seqüência al-
21
ternativa e o movimento rotativo é quando se tem um eixo girando den-
tro de uma câmara onde contém um líquido que deve ser vedado;
· Material utilizado na construção do eixo ou da haste: deve ser de acordo
com o tipo de serviço e exposição a ser efetuada. As buchas podem ser
de bronze, latão, etc.;
· Ciclos de trabalho da máquina: as gaxetas são selecionadas conforme
rotação do equipamento devido à questão de temperatura, contato ao ei-
xo, etc.;
· Condições especiais da bomba: alta ou baixa temperatura; local de tra-
balho (submerso ou não); meio (ácido, básico, salino) a que se encontra
exposta.
22
2.2.1.2 - Substituição da gaxeta
A gaxeta deve ser removida com um par de saca-gaxeta, conforme
figura 13, com tamanho adequado, conforme figura 03. O interior da caixa de
gaxeta deve ser bem limpo. O grau de limpeza poderá ser verificado com o au-
xílio de um espelho ou lâmpada, caso seja necessário.
Figura 13: Ferramentas para substituição das gaxetas (Ferraz, 2008)
Caso não exista uma gaxeta padronizada, deve-se substituí-la por uma
em forma de corda, tomando cuidado em seu corte e montagem. O corte deve-
rá ser a 45° para que haja uma vedação. A gaxeta deverá ser montada escalo-
nadamente para que não ocorra uma coincidência dos cortes ou emendas, evi-
tando assim possíveis vazamentos, conforme mostra a figura 14.
Figura 14: Formas de corte e montagem de gaxetas (Ferraz, 2008)
23
A figura 15 mostra os possíveis defeitos e falhas na utilização dos ele-
mentos de vedação denominados de gaxetas, bem como suas possíveis cau-
sas e origens, conforme Omel (2009).
Defeito Possíveis causas
Excessivas reduções na seção da gaxeta
situada embaixo do eixo.
Mancais baixos com o eixo atuando sobre
a gaxeta; vazamento junto à parte superior do eixo.
Redução excessiva d
a espessura da
gaxeta em um ou em ambos os lados do
eixo.
Mancais gastos ou haste fora de alinhamento.
Um ou mais anéis faltando no grupo.
Fundo da caixa de gaxeta muito gasto, o que
causa extrusão da própria gaxeta.
Desgaste na superfície externa da gaxeta.
Anéis girando com o eixo ou soltos dentro da caixa.
Conicidade na face de um ou mais anéis. Anéis adjacentes cortados em comprimento
insuficiente, fazendo com que a gaxeta seja
forçada dentro de um espaço livre.
Grande deformação nos anéis posici
ona
-
dos junto à sobreposta, enquanto os
anéis do fundo se encontram em boas
condições.
Instalação inadequada da gaxeta e excessiva pres
-
são da sobreposta.
Gaxetas apresentam tendência para es
-
coamento ou extrusão entre eixo e a
sobreposta.
Pressão exc
essiva ou espaço muito grande entre
eixo e sobreposta.
Face de desgaste do anel seca e chamus
-
cada, enquanto o restante da gaxeta
se encontra em boas condições.
Temperatura de trabalho elevada e falta de lubrifi
-
cação.
Figura 15: Falhas ou defeitos de gaxetas (Omel, 2009)
24
2.2.2 – Sêlo Mecânico
O sêlo mecânico é um vedador de pressão que utiliza princípios hidráu-
licos para reter fluidos. A vedação exercida pelo sêlo mecânico se processa em
dois momentos: a vedação principal e a secundária, conforme Proença (1987).
2.2.2.1 - Vedação principal
A vedação principal é feita num plano perpendicular ao eixo por meio
do contato deslizante entre as faces altamente polidas de duas peças, geral-
mente chamadas de sede e anel de selagem. A sede é estacionária e fica co-
nectada numa parte sobreposta. O anel de selagem é fixado ao eixo e gira com
este componente, conforme Ferraz (2008).
Para que as faces do anel de selagem e da sede permaneçam sempre
em contato e pressionadas, utilizam-se molas helicoidais conectadas ao anel
de selagem.
A figura 16 mostra alguns tipos de sedes e de anéis de selagem, bem
como um selo mecânico em corte e detalhamento da bomba centrífuga.
Figura 16: Tipos de sedes e sêlo mecânico em corte (Omel, 2009)
25
2.2.2.2 - Vedação Secundária
A vedação secundária, aplicada à sede e ao anel de selagem, pode ser
feita por meio de vários anéis com perfis diferentes, tais como: junta, anel
o’ring, anel “V”, cunha, fole, etc., conforme Ferraz (2008).
A figura 17 mostra detalhamento dos componentes de um sêlo me-
cânico, conforme corte da bomba centrífuga, indicando suas vedações secun-
dárias, conformação de cunhas e foles, posicionamento de anéis “O” rings.
Figura 17: Vedações secundárias (Omel, 2009)
26
2.2.2.3 - Uso do Sêlo Mecânico
Os selos mecânicos são utilizados com vantagens em relação às gaxe-
tas, pois não permitem vazamentos e podem trabalhar sob grandes velocida-
des e em temperaturas e pressões elevadas, sem apresentarem desgastes
consideráveis. Eles permitem a vedação de produtos tóxicos e inflamáveis,
conforme Ferraz (2008).
A figura 18 mostra exemplos de sêlos mecânicos em corte, componen-
tes de montagem e posições de ajustes.
Figura 18: Sêlo Mecânico em corte (Ferraz, 2008)
27
2.2.2.4 - Vantagens do Sêlo Mecânico
Conforme Ferraz (2008), o selo mecânico é usado em equipamentos de
grande importância como bombas de transporte em refinarias de petróleo,
bombas de lama bruta nos tratamentos de água e esgoto, bombas de submer-
são em construções, bombas de fábricas de bebidas, em usinas termoelétricas
e nucleares, bombas de produtos químicos, etc.
As vantagens de utilização do sêlo mecânico são:
· Reduz o atrito entre o eixo da bomba e o elemento de vedação reduzindo,
conseqüentemente, a perda de potência.
· Elimina o desgaste prematuro do eixo e da bucha.
· A vazão ou fuga do produto em operação é mínima ou imperceptível.
· Permite operar fluidos tóxicos, corrosivos ou inflamáveis com segurança.
· Tem capacidade de absorver o jogo e a deflexão normais do eixo rotativo.
Para Shiels (2002), freqüentemente as falhas apresentadas nos compo-
nentes dos sêlos mecânicos são detectadas em inspeções visuais. Isto pode
ocorrer devido à existência de cavitação anterior ou ao mesmo tempo da falha
destes dispositivos.
28
2.3 - Detecções de Falhas em Bombas Centrífugas
A figura 19 mostra os prováveis sintomas e possíveis causas de problemas
nas falhas detectadas em bombas centrífugas, que são as disfunções na suc-
ção, na instalação e mecânicas, de acordo com Omel (2009).
SINTOMAS
CAUSAS POSSÍVEIS DO PROBLEMA
A bomba não bombeia 1,2,3,4,6,11,14,16,17,22,48
A capacidade não é suficiente 2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,14,17,20,22,29,30,31,48
A altura manométrica não é suficiente 5,14,16,17,20,22,30,31
A bomba perde o escorvamento após a parti-
da
2,3,5,6,7,8,11,12,13
A potência absorvida é excessiva 15,16,17,18,19,20,26,27,33,34,37,48,49
O vazamento pelo preme-gaxeta é excessivo 13,26,32,34,35,36,38,39,40,49
As gaxetas se desgastam com excessiva
rapidez
12,13,26,28,32,33,34,35,36,37,38,39,40,49
O selo mecânico se desgasta com excessiva
rapidez
15,16,17,23,24,25,26,27,28,34,35,36,38,40,41
A bomba vibra ou é muito barulhenta
2,3,4,9,10,11,21,26,27,28,30,35,36,41,42,43,
44,45, 46,47,48,49,50
A vida dos rolamentos é muito curta 26,27,28,35,36,41,42,43,44,45,46,47,49
A bomba sobreaquece ou engripa 1,4,21,22,27,28,35,36,41,49
Figura 19: Sintomas e possíveis causas dos problemas em bombas centrífugas (Omel, 2009)
29
2.3.1 - Disfunções na Sucção
Segundo Omel (2009), as disfunções na sucção ocorrem quando:
1- A bomba não está escorvada.
2- A bomba ou a linha de sucção não estão completamente cheias de líqui-
do.
3- A altura de sucção é elevada demais.
4- NPSH – Net Positive Suction Head (altura livre positiva de sucção) é in-
suficiente.
5- O líquido contém demasiado ar ou gases dissolvidos.
6- Existem bolsas de ar na linha de aspiração.
7- A linha de sucção não é estanque e permite entradas de ar.
8- Existem entradas de ar na bomba através do preme-gaxeta.
9- A válvula de pé na linha está sub-dimensionada.
10- A válvula de pé está parcialmente obstruída.
11- A submergência na linha de sucção é insuficiente.
12- A linha de flushing está obstruída.
13- A posição do anel de lanterna no pacote de gaxeta está errada.
30
2.3.2 - Disfunções na instalação
Segundo Omel (2009), as disfunções na instalação ocorrem quando:
14- A velocidade de rotação é muito baixa.
15- A velocidade de rotação é muito elevada.
16- O sentido de rotação está errado.
17- A altura manométrica requerida na instalação é superior aquela da
bomba.
18- A altura manométrica requerida na instalação é inferior aquela da bom-
ba.
19- O peso específico do fluido bombeado é diferente do previsto.
20- A viscosidade do fluido bombeado é diferente do previsto.
21- O ponto de operação da bomba com uma capacidade muito pequena.
22- A bomba não é apropriada para trabalhar em paralelo.
23- O material não é adequado para o líquido bombeado.
24- A temperatura do líquido é muito elevada.
25- A quantidade ou a pressão do líquido de flushing são insuficientes.
31
2.3.3 - Disfunções mecânicas
Segundo Omel (2009), as disfunções mecânicas ocorrem quando:
26- O eixo está torto.
27- As partes móveis atritam com as partes fixas.
28- Os rolamentos estão com desgastes.
29- Os anéis de desgaste estão gastos.
30- O rotor está danificado.
31- As juntas do corpo estão com defeito e permitem vazamentos internos.
32- O eixo ou a luva do eixo estão com desgaste na área de atuação das
gaxetas.
33- O eixo ou a luva do eixo estão com desgaste na área de atuação do sê-
lo mecânico.
34- O tipo de sêlo mecânico ou gaxeta não são adequados às condições de
funcionamento.
35- O eixo gira fora do centro devido ao desalinhamento do suporte de ro-
lamentos ou por desgaste dos rolamentos.
36- A parte rotativa está desbalanceada e causa vibrações.
37- O preme-gaxeta está muito apertado causando insuficiência de fluxo de
líquido nas gaxetas.
38- Falta de fluido de resfriamento na caixa de gaxetas.
32
39- A folga excessiva entre o fim da caixa de gaxetas e o eixo provoca a
penetração da gaxeta no interior da bomba.
40- Desgaste do eixo da luva de proteção provocada por líquido de flushing
sujo e com suspensões.
41- Cargas excessivas causadas pela quebra do selo mecânico ou do dis-
positivo de equilíbrio hidráulico (se existir).
42- Temperatura dos rolamentos causada por excesso de óleo ou graxa.
43- Falta de lubrificação.
44- Instalação errada ou tipo inadequado de rolamento (ou danos ocorridos
durante a montagem).
45- Rolamentos sujos.
46- Rolamentos enferrujados devido à presença de água no interior do su-
porte de rolamentos.
47- Resfriamento excessivo do suporte de rolamentos com conseqüente
condensação de umidade no seu interior.
48- Corpos estranhos no interior do rotor.
49- Desalinhamentos.
50- Fundações não rígidas.
33
3 - METODOLOGIA
3.1 – Características das instalações
As estações elevatórias de água tratada da empresa SABESP são dota-
das de duas, três ou mais bombas centrífugas, na maioria das vezes, bi-
partida. Estas bombas operam em conjunto com alguns componentes essenci-
ais em uma estação elevatória como, por exemplo, as bases estruturais, bases
metálicas, motores e painéis elétricos, acoplamentos mecânicos, tubulações de
sucção e recalque, válvulas, casa de bombas, entre outros.
Neste caso, considerou-se as bombas bi-partidas que operam na Esta-
ção Elevatória de Água Tratada de Itaquera, cujas características descrevem-
se abaixo.
- Grupo nº 01: Marca KSB, modelo RDL 300-340 A, vazão 1350 m³/h, altura
manométrica 45 mca, rotação 1750 RPM, potência 350 cv;
- Grupo nº 02: Marca KSB, modelo RDL 300-340 A, vazão 1350 m³/h, altura
manométrica 45 mca, rotação 1750 RPM, potência 350 cv;
- Grupo nº 03: Marca KSB, modelo RDL 300-340 A, vazão 1350 m³/h, altura
manométrica 45 mca, rotação 1750 RPM, potência 350 cv;
- Grupo nº 04: Marca KSB, modelo RDL 300-340 A, vazão 1350 m³/h, altura
manométrica 45 mca, rotação 1750 RPM, potência 350 cv;
- Grupo nº 05: Marca Worthington, modelo 12L1A, vazão 1400 m³/h, altura ma-
nométrica 49 mca, rotação 1750 RPM, potência 350 cv;
Estes conjuntos moto-bomba estão posicionados dentro da casa de
bombas, com cota de 6 metros abaixo do nível inferior do reservatório estrutu-
ral de capacidade de 20.000 m³ e, recalcam água para uma torre de elevação
de aproximadamente 35 metros de altura, cuja finalidade é potencializar o a-
bastecimento de água para os clientes por ação da gravidade.
O foco desta pesquisa se concentrou nas bombas centrífugas, onde
um dos seus componentes foi o dispositivo de vedação, que neste caso a ser
conduzido será a gaxeta de grafite puro com seção quadrada de ⅝ de polega-
da. A instalação deste dispositivo no equipamento é executada de forma ma-
nual, seguindo as orientações e metodologias do fabricante das bombas. As
34
gaxetas são instaladas sobre buchas de desgaste, que com o tempo de utiliza-
ção, vão se desgastando, onde ocorrem os maiores índices de vazamentos. A
solução é a troca destas buchas para diminuição desta perda imposta ao sis-
tema. Considerando que, a solução definitiva seria a troca destes dispositivos
por selos mecânicos, cujos custos de instalação e manutenção são bem mais
elevados.
3.2 – Quantificações dos vazamentos
A função da gaxeta é executar a vedação do eixo e carcaça da bomba,
em relação ao meio externo, refrigerando o eixo. Neste instante ocorre a perda
do produto a ser recalcado. A proporção desta perda foi quantificada e contro-
lada através de medições periódicas com pessoal orientado e treinado, condu-
zindo de forma padronizada a atividade de medição. Decidiu-se manter a
mesma pessoa com o objetivo de manter esta padronização das medições.
Com provetas de polietileno graduada até 250 ml e 500 ml, marca Biomatic e
um cronômetro digital profissional, marca Toppa – modelo Sports Timer, execu-
tou-se as medições por grupo e quantificamos a perda geral do sistema, con-
forme figuras 20, 21, 22 e 23. “Sendo que existe uma tubulação de PVC DN ½”
na saída do dreno de cada bomba interligadas a uma tubulação coletora princi-
pal de PVC DN 2”, que direciona o líquido coletado a um poço de dimensões
quadrada 1200 mm e 1500 mm de profundidade. Neste poço, existe um acú-
mulo de água, proveniente deste descarte, que após chegar ao nível máximo,
ocorre o acionamento elétrico com bóias de nível e painel de comando, ligando
as bombas de dreno para execução de recalque da água para níveis superio-
res. Atualmente, esta água é descartada na rede de galerias de águas pluviais,
não sendo aproveitada para quaisquer fins.
A efetuação das medições de vazamentos foi concretizada durante as
atividades de manutenção preventiva mensais, que ocorrem conforme progra-
mação e determinação do Sistema de Gerenciamento de Manutenção – SGM,
dentro dos períodos estipulados.
Para o processamento e quantificação dos vazamentos, realizaram-se
todas as medições durante os meses de janeiro de 2008 a dezembro de 2008,
conforme orientação e mantendo a mesma metodologia, ou seja, utilizando a
35
proveta graduada de 250 ml, colocando-a na saída da descarga de água das
gaxetas, concomitantemente ao acionamento do cronômetro. O interrompi-
mento da contagem de tempo se deu quando o nível da água na proveta apon-
tava na escala graduada o valor máximo de 250 ml. Após, realizavam-se os
cálculos de conversão de vazão em mililitros por minuto e posteriormente, ao
final do ciclo de medições, para litros por ano, favorecendo cálculos e melhor
visualização, conforme tabela 2. Ainda nesta figura, demonstraram-se as quan-
tificações dos vazamentos de água pelas gaxetas, onde se considerou ml (mili-
litros) por min. (minuto).
Tabela 2: Quantificação dos vazamentos pelas gaxetas (Sabesp, 2008)
Vazamentos gaxetas
-
2008
Mês
Vazamento (ml / min.)
Janeiro
110
Fevereiro
90
Março
90
Abril
110
Maio
80
Junho
120
Julho
110
Agosto
90
Setembro
90
Outubro
110
Novembro
100
Dezembro
100
Média
100
Na figura 20, mostra-se a metodologia de medição dos vazamentos
de água provenientes das gaxetas, com utilização da proveta graduada e cro-
nômetro e oficial de Manutenção.
36
Figura 20: Medição de vazamento proveniente da gaxeta (Sabesp, 2008)
Na figura 21, mostra-se a proveta de polietileno graduada até 250 ml.
Figura 21: Proveta graduada 250 ml (Sabesp, 2008)
37
A figura 22 mostra o cronômetro marca Toppa, modelo Sports Timer,
utilizado na medição em questão.
Figura 22: Cronômetro utilizado nas medições (Sabesp, 2008)
Na figura 23, demonstra-se a metodologia de medição de vazamentos
das gaxetas, com proveta graduada, cronômetro e profissional orientado e trei-
nado.
Figura 23: Visão geral da medição de vazamento de água pelas gaxetas (Sabesp, 2008)
38
3.3 – Dados considerados para o projeto
Avaliou-se também a viabilidade técnica e econômica para a instalação
do sistema, em relação à adequação, instalação e manutenção dos dispositivos
de selos mecânicos nas referidas bombas centrífugas da Estação Elevatória de
Água Tratada de Itaquera.
Dados do projeto e condições operacionais:
-Local: EEA Itaquera;
-Bomba centrífuga marca KSB, modelo RDL 300-340;
-Rotação: 1704 RPM;
-Fluido bombeado: água potável;
-Temperatura: 25º C;
-Pressão de sucção: 0,6 Bar;
-Pressão de recalque: 4,8 Bar;
Cálculo do investimento:
Para aplicação de gaxetas, considerou-se (KSB, 2008):
-Custos das gaxetas: R$ 150,00;
-Luva em aço carbono: R$ 740,88;
-Mão-de-obra: R$ 500,00/ intervenção;
Investimento inicial: R$ 1390,88/conjunto
39
Uma bomba operando com gaxetas, de acordo com figura 08, normal-
mente sofrem duas intervenções por ano, sendo que, a cada três intervenções,
é necessário substituir a luva protetora do eixo.
Executando-se o cálculo de vazamento de água pelo sistema de gaxe-
tas, conforme figura 17, e consumo de energia, considerando gaxeta de grafite
montada sobre uma luva em bom estado, com aperto ideal e ajustes periódicos
no preme-gaxeta, mostrado na figura 02.
-Regime de operação: 24 horas / dia;
-Vazamento: 100 ml / minuto;
-Vazamento: 51840 litros / ano;
-Consumo de Energia: 0,4 kWh;
Para aplicação de sêlo mecânico (Burgmann do Brasil, 2008):
-Selo Mecânico para condição operacional: 01-MN74N/70 SBEGG Burgmann;
-Preço do selo mecânico: R$ 2551,07/unidade;
-Preço de uma luva em aço inox: R$ 1481,75 / unidade;
-Preço de uma sobreposta: R$ 1900,65/unidade;
-Mão-de-obra: R$ 500,00 / intervenção;
Investimento inicial: R$ 6433,47/ conjunto.
Uma bomba operando com sêlo mecânico, normalmente sofre uma inter-
venção a cada 02 (dois) anos, sendo que, o sêlo mecânico pode ser retirado e
recuperado (substituição das vedações secundárias e lapidação das vedações
primárias).
Foi efetuado cálculo de vazamento e consumo de energia pelo selo me-
cânico, considerando-se que a bomba em bom estado de conservação (Burg-
mann do Brasil, 2008):
40
-Regime de operação: 24 horas / dia;
-Vazamento: 0,036 ml / minuto;
-Vazamento: 18,9216 litros / ano;
-Consumo de energia: 0,3 kWh;
41
4 - Resultados e Discussão
Considerando-se as características e cálculos apresentados no item 3.3,
podem-se encontrar os custos de consumo de água e energia elétrica apresen-
tados na Tabela 3.
Tabela 3: Comparativo gaxeta x sêlo mecânico
D
ispositivo
G
axeta
Sêlo
M
ecânico
Regime de operação (h / dia)
24 24
Vazamento (ml / min)
100 0,036
Vazamento (l / ano)
51840 18,9216
Consumo de energia (kWh)
0,4 0,3
Custo da água (R$ / litro)
0,000876
0,000876
Custo da energia (R$ / kWh)
0,33284 0,33284
Desperdício água (R$ / ano)
45,41 0,02
Desperdício Energia (R$ / ano) 1166,27 874,7
Na tabela 3 foram indicados valores de consumo de energia elétrica rela-
tivos à utilização dos dispositivos de selagem com gaxetas e sêlos mecânicos
nas bombas centrífugas, considerando atrito entre os componentes de veda-
ção, força centrífuga na partida dos equipamentos, etc. Dados informados pela
Burgmann do Brasil (2008), amparados em testes efetuados em bancada de
desenvolvimento de produtos. Os valores de consumo desta energia elétrica
proporcional (kWh) foram calculados e tabulados para conversão anualizada.
E considerando que a estação elevatória de água tratada possui dois
conjuntos moto-bomba em funcionamento, calculou-se as tabelas 3, 4 e 5.
Na tabela 4 não foram considerados nos estudos os valores de eixo e
anéis devido à consideração inicial de equipamentos de bom estado de conser-
42
vação. Os componentes de troca periódica (gaxetas e luvas) por causa de des-
gaste foram considerados para substituição durante as manutenções preventi-
vas.
Tabela 4: Investimento e custos de manutenção para gaxetas por bomba
Preços
(R$)
Inicial
1º
ano
2º ano
3º ano
4º ano
5º ano
6º ano
7º ano
TOTAL
Gaxeta 150,00
300,00
300,00
300,00
300,00
300,00
300,00
300,00
2250,00
Luva 740,88
740,88
1481,80 740,88
1481,80
740,88
1481,80
740,88
8149,65
Mão-de-obra 500,00
1000,00
1000,00
1000,00
1000,00
1000,00
1000,00
1000,00
7500,00
Vazamento 45,41
45,41
45,41
45,41
45,41
45,41
45,41
317,87
E
nergia
1166,3
0
1166,3
0
1166,3
0
1166,3
0
1166,3
0
1166,3
0
1166,3
0
8163,95
T
otal
1390,90
3252,60
3993,50
3252,60
3993,50
3252,60
3993,50
3252,60
26381,78
Figura 24: Gastos (R$) com gaxeta (Burgmann, 2008)
43
Figura 25: Gastos (R$) com luva protetora (Burgmann, 2008)
Figura 26: Gastos (R$) com mão-de-obra para gaxeta (Burgmann, 2008)
44
Figura 27: Gastos (R$) com vazamentos de água (Sabesp, 2008)
Figura 28: Gastos (R$) com e energia elétrica proporcional (Burgmann, 2008)
45
Tabela 5: Investimento e custos de manutenção para selo mecânico por bomba
Preços (R$)
Inicial
1º
ano
2º ano
3º ano
4º
ano
5º ano
6º ano
7º ano
T
O
TAL
Selo mec. 2551,10
0 314,08 0 1381,00
0 314,10
0 4560,29
S
obreposta
1900,7
0
0
0
0
0
0
0
0
1900,65
Luva 1481,80
0 0 0 0 0 0 0 1481,75
Mão-de-obra 500,00
0 500,00 0 500,00
0 500,00
0 2000,00
Vazamento 0,02 0,02 0,02 0,02
0,02 0,02
0,02
0,14
Energia 874,70 874,70 874,70 874,70
874,70 874,70
874,70
6122,90
T
otal
6433,50
874,70 1688,80 874,72 2756,00
874,70 1689,00
874,70
16065,73
Figura 29: Gastos (R$) com selo mecânico (Burgmann, 2008)
46
Figura 30: Gastos (R$) com sobreposta (Burgmann, 2008)
Figura 31: Gastos (R$) com luva protetora (Burgmann, 2008)
47
Figura 32: Gastos (R$) mão-de-obra para selo mecânico (Burgmann, 2008)
Figura 33: Gastos (R$) com vazamento de água pelo selo mecânico (Burgmann, 2008)
48
Figura 34: Gastos (R$) com energia elétrica proporcional (Burgmann, 2008)
Tabela 6: Comparativo de gastos com selos mecânicos
Preços (R$)
Inicial
1º ano
2º ano
3º ano
4º ano
5º ano
6º ano
7º ano
TOTAL
SÊLO MEC. 6433,5 874,7
1688,8
874,72 2756,00
874,7 1689,00 874,70 16066,12
GAXETA 1390,9 3252,6
3993,5
3252,6 3993,50
3252,6 3993,50 3252,60
26381,8
0
Figura 35: Gastos (R$) com utilização de selo mecânico (Burgmann, 2008)
49
Figura 36: Gastos (R$) com utilização de gaxetas (Burgmann, 2008)
Pôde-se observar pelas planilhas, que o investimento é totalmente amor-
tizado a apartir do 4º ano de operação do selo mecânico, bem como a econo-
mia com os vazamentos de água e energia elétrica.
O novo dispositivo mostrou-se eficaz na questão de implantação e manu-
tenção, sendo que cabe um investimento inicial a ser disponibilizado pela em-
presa interessada.
Cabe salientar que a água perdida pelas gaxetas, conforme figura 02, atu-
almente não é aproveitada, cabendo estudo posterior para aproveitar este pro-
duto.
O sistema proposto é uma solução para eliminar as perdas de água pelas
gaxetas das bombas, considerando que a solução definitiva seria a troca dos
sistemas de vedação de gaxetas por dispositivos mais modernos como o sêlo
mecânico, conforme figura 03. Não foi considerada, para efeito de cálculo de
viabilidade econômica, a lucratividade gerada pela comercialização da água
tratada bombeada. Somente considerou-se a amortização do investimento em
relação aos gastos com a manutenção preventiva dos equipamentos.
50
Um fator importante que deve ser relevado é a questão da imagem da em-
presa de saneamento ambiental, em relação à opinião pública, preocupada
com os desperdícios e buscando atacar os focos de possíveis perdas impostas
aos sistemas de abastecimento e demais setores.
51
5 - Conclusões
Foi possível concluir que a proposta é viável nos aspectos técnicos e
econômicos, efetuando-se a substituição do sistema de vedação das bombas
centrífugas com gaxetas por sêlos mecânicos, e principalmente nos aspectos
ambientais e sociais, em época de escassez de recursos hídricos, consideran-
do o montante de investimento para o sistema proposto.
O retorno do investimento dá-se em aproximadamente 04 (quatro) anos.
52
6 - Referências
BORGES, K. L., 2004, “Análise do Custo da Captação Subterrânea no Munici-
pio de Araguari–MG”, ASSEMAE - Associação Nacional dos Serviços Munici-
pais de Saneamento, Araguari - MG, Brasil.
BRAN, R., SOUZA, Z., Máquinas de Fluxo, 1980, Rio de janeiro, p.106-112.
BURGMANN DO BRASIL SA, Catálogo geral.
SILVA, G., GONÇALVES, O. M., 2003, Programa Permanente de Uso Racional
de Água, USP - São Paulo / SP – Brasil.
FIASHI, D., GRANIGLIA, R., MANFRIDA, G., 2004, Improving de Effectiveness
of So- lar Pumping Systems by Using Modular Centrifugal Pumps with Variable
Rotation Speed, Firenze – Italy.
LI, W.W., 1999, Effects of Viscosity of Fluids o Centrifugal Pumps Performance,
Lanzhou – China.
LUCARELLI, D. L., 1974, Cetesb - Bombas, São Paulo, p. 260.
KSB DO BRASIL, Catálogo geral de bombas.
MACINTYRE, A. J., 1987, Bombas e Instalações de Bombeamento, Rio de Ja-
neiro, p. 37-54 e 421-483.
MORIGUSHI, S. K., 1997, Projetos e Execução de Componentes de Bombas,
São Paulo.
OLIVEIRA, L. H. ; GONÇALVES, O. M. . BT/PCC/247 Metodologia para implan-
tação de programa de uso racional da água em edifícios. São Paulo: Escola
Politécnica, 1999.
OMEL DO BRASIL, escola de bombas.
PASSETO, W., FRISON, N., PENEDO, A. A., 2009, Água, sua importância em
nossa vida – curso de conscientização ambiental, Edição AESABESP, São
Paulo – SP.
PAUNESCU, M., 2005, Experimental research recarding gaskets durability,
Bucharest- Romania.
PFLEIDERER, C., 1960, Bombas Centrifugas y Turbocompresores, Barcelona,
p. 631.
PFLEIDERER, C., PETERMANN, H., 1979, Máquinas de Fluxo, Rio de Janeiro,
p. 12-13.
53
SABESP - Companhia de Saneamento do Estado de São Paulo, São Paulo,
2008.
SHIELS, S., 2002, Centrifugal Pumps, Elsevier Science, ISBN-10: 185617445X
ISBN-13: 9781856174459.
SHIELS, S, 2002, Failure of mechanical seals in centrifugal pumps, Elsevier
Science.
STREETER, V. L., WYLIE, E. B., 1981, Mecânica dos Fluidos, São Paulo, p.
394-425.
TSUTIYA, M. T., 2005, Abastecimento de Água. São Paulo, p.225-336.
ULIANO, A., TORRESA, M., Gourlate, C.B., 2004, Projeto do Sistema de Abas-
tecimento de Água da Região da Júlio Michel – Blumenau, Brasil.
OMEL DO BRASIL. Escola – Detecção de falhas em bombas centrífugas.
PROENÇA, J. F. de; UCHIMA, M. K.; Melhorias em sistemas de vedação de
bombas hidráulicas centrífugas não afogadas de grande porte ; Revista
DAE; 47(149): 147-50 Jun.-Set. 1987. Ilus., tab.
FERRAZ, F., 2008; Noções básicas de elementos de máquinas – PCM Pro-
grama de certificação de pessoal de manutenção – SENAI / ES.
BRION, L. M., MAYS, L. W., Methodology for optimal operation of pumping sta-
tion in water distribuition system, Journal of Hydraulic Engeneering, vol. 117,
No. 11, pp. 1551 – 1589, 1991.
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