Bombas alternativas submersas

Bombas alternativas submersas

Sumário

2- OBJETIVO 02

3- INTRODUÇÃO 03

4- BOMBAS ALTERNATIVAS SUBMERSAS 04

5- CLASSIFICAÇÃO E TIPOS DE BOMBAS 07

5.1- Horizontal ou Vertical 07

5.2- Simples efeito ou Duplo e feito 07

5.3- Simplex, Duplex, Triplex... 09

5.4- Tipos de Bombas (Pistão, Êmbolo e Diafragma) 09

6- RAZÕES PARA SUA UTILIZAÇÃO 12

6.1- Vantagens 12

6.2- Desvantagens 12

6.3- Como evitar problemas 13

7- CONCLUSÃO 14

8- BIBLIOGRAFIA 15

  1. Objetivo

Apresentar o significado de bombas com alternativas submersas, sua utilização, sua instalação, a necessidade do seu uso em poços produtores e que o mesmo sirva de utilização para estudos afim.

3. INTRODUÇÃO

As bombas alternativas submersas são bombas de deslocamento positivo cuja característica fundamental reside na sua função dosadora que permite manter constante o volume bombeado, qualquer que seja a pressão de descarga esteja compatível com o projeto da bomba. Esta característica é que estabelece a diferença fundamental com suas equivalentes bombas centrífugas e determina a grande versatibilidade quanto às configurações operacionais. Além disso, permite, em quase todos os casos, operar próximo do máximo rendimento mecânico e volumêtrico, viabilizando a sua utilização em operações de injeção de fluídos e transferência de óleo em altas pressões, com o menor custo de operação.

As bombas alternativas submersas são projetadas para que os seus principais componentes e acessórios apresentem uma vida útil mínima de 20 anos. Os rolamentos, no entanto, devem apresentar uma vida útil esperada em torno de 25.000 horas, em operações contínua, variando de acordo com o tipo dos rolamento e com sua lubrificação.

Nos tempos atuais, os dispêndios com energia são cada vez mais elevados, por razões do custo de produção, bem como pelas exigências legais e sociais de preservação do meio ambiente, torna-se cada vez mais imprescindível a avaliação criteriosa do custo operacional, para a seleção do tipo de bomba a ser utilizado em um determinado processo de bombeamento.

4. BOMBAS ALTERNATIVAS SUBMERSAS

Uma bomba alternativa submersa é uma bomba de deslocamento positivo. Uma bomba de deslocamento positivo é caracterizada pela admissão de uma dada quantidade de fluído, que é retido no seu interior, comprimido até a pressão de descarga e deslocado por completo através de tubulações de descarga. Esta mesma definição é válida para as bombas rotativas, as quais são apenas outros tipos de bombas de deslocamento positivo. Nas bombas alternativas, a ação de bombeamento é feita através do movimento alternativo do pistão, êmbolo ou diafragma. O princípio de funcionamento da bomba alternativa submersa de simples efeito está mostrado na figura abaixo, podemos verificar o principio de funcionamento de uma bomba alternativa submersa de diafragma. Poderíamos dizer que a bomba de diafragma é uma variação da bomba alternativa de pistão. O diafragma evita o contato do pistão e camisa com o fluido bombeado. A energia recebida do power end é transferida sob a forma de pressão vazão para fluido intermediário e em seguida é transferida através do diafragma ao fluido bombeado. A aplicação de uma bomba alternativa submersa de diafragma torna-se atraente para bombear fluidos pastosos e de alta abrasividade.

Figura 1 – Localização da Bomba

As bombas alternativas submersas são diferenciadas das bombas rotativas devido à existência das válvulas de retornos na sucção e descarga, de cada cilindro, as quais evitam o retorno do fluxo da tubulação de descarga para a de sucção.

A bomba alternativa submersa é uma máquina que transfere ao fluido a energia mecânica recebida de seu propulsor, sem passar pelo estágio intermediário da energia cinética, como ocorre nas bombas centrífugas. Por isso, pressões elevadas podem ser conseguidas com baixa velocidade do fluído bombeado. Esta é uma grande vantagem quando se quer bombear fluidos abrasivos e de alta viscosidade.

O power end tem como função não só de transformar movimento rotativo do seu propulsor em movimento retilíneo alternativo, mas também de transmitir a energia para que os elementos de bombeamento sejam acionados. Além disso, faz parte de redução da velocidade do propulsor, que geralmente se faz necessário, quando acionado por turbina, motor diesel, motor elétrico etc.. Que apresentam elevada rotação; ele é normalmente construído de carcaça, eixo pinhão, eixo de manivela, bielas, cruzetas e em alguns casos haste intermediário dos pistões.

O fluid end é a parte da bomba alternativa que está em contato direto com o fluido que está sendo bombeado; está, portanto, submetido aos esforços gerados pela pressão de bombeamento. Para os testes hidrostáticos, existem recomendações específicas de valores e procedimentos, recomendados. Os fluids ends são normalmente compostos de carcaça, tampão das válvulas, camisa do cilindro, haste do pistão, pistão stuffing Box e gaxetas.

Figura 2 – Bomba alternativa de simples efeito

5. CLASSIFICAÇÃO E TIPOS DE BOMBAS

  • Orientação da linha de centro do cilindro de bombeamento – horizontal ou vertical

  • Número de descarga por cilindro – simples efeito ou duplo efeito

  • Número de cilindro bombeado – simplex, duplex triples, multiplex

  • Tipo de elemento de bombeamento – pistão, êmbolo ou diafragma

  • Tipo de curso do elemento de bombeamento – curso ajustável ou fixo

5.1 Horizontal ou Vertical

Uma bomba alternativa é classificada em vertical ou horizontal, dependo da posição da linha de cento do elemento de bombeamento. Se o elemento de bombeamento desloca-se na horizontal, ela é uma bomba horizontal; se este se desloca na vertical, é ditar vertical.

5.2 Simples efeito ou Duplo e feito

Na figura 1 mostra uma bomba alternativa de simples efeito. Quando o seu êmbolo desloca-se para a esquerda, o fluido é deslocado para fora do fluid end através de descarga. Quando o êmbolo desloca-se para a direita, o fluido vai para o interior do fluid end, através da válvula de sucção.

Na figura 3 ilustra o funcionamento de uma bomba alternativa de duplo efeito. Quando o pistão se move para a esquerda, o fluido de um lado do pistão é deslocado para fora do fluid end através da válvula de descarga e flui para p manifold de descarga. Simultaneamente, do outro lado do pistão, o fluido desloca-se o manifold de sucção para o interior do fluid end atrás da válvula de sucção. Quando o pistão se desloca para a direita, ocorre uma inversão, o lado do pistão que estava descarregando, succiona, e vice-versa. Embora a figura 2 e a figura 3 ilustrem uma bomba de simples efeito êmbolo e uma bomba de duplo efeito de pistão, respectivamente, nem sempre isto é verdade. Arranjos podem ser feitos de forma que uma bomba de êmbolo possa ser duplo efeito. A figura 4 mostra um arranjo que permitiria uma bomba alternativa de êmbolo ser de duplo efeito. Da mesma forma, podemos ter uma bomba de simples efeito; este, na verdade, é o caso mais comum.

Figura 3

Figura 4

Figura 5

5.3 Simplex, Duplex, Triplex...

O número de elementos de bombeamento ou cilindro não pode ser sempre utilizado para determinar a classificação de bomba simplex, por exemplo: ela pode ter dois ou mais elementos de bombeamento montados na mesma manivela. A designação deve ser feita pelo número de bielas montadas em manivelas diferentes. Quanto ao seu número de bielas, inicia no 1 - simplex e vai até o 10 – decaplix.

5.4 Tipos de Bombas (Pistão, Êmbolo e Diafragma)

Uma questão comum entre os é saber diferenciar um pistão de um êmbolo. Na verdade estes dois termos têm sido usados freqüentemente com sendo intercambiáveis pelos usuários de bombas alternativas, particularmente entre os técnicos de manutenção, o que pode causar certas confusões na comunicação diária.

O pistão como mostrado na figura 6, é um disco cilíndrico, montado sobre uma haste de pequeno diâmetro e a vedação entre o pistão e o cilindro é feita através de anéis de vedação. Estes anéis movem-se juntamente com o pistão. O Funcionamento é o movimento do líquido é um pistão que se desloca, com movimento alternativo, dentro de um cilindro. No curso de aspiração, o movimento do pistão tende a produzir vácuo. A pressão do líquido no lado da aspiração faz com que a válvula de admissão se abra e o cilindro se encha. No curso de recalque, o pistão força o líquido, empurrando-o para fora do cilindro através da válvula de recalque. O movimento do líquido é causado pelo movimento do pistão, sendo da mesma grandeza e do tipo de movimento deste.

Figura 6 – Bomba alternativa tipo pistão

O êmbolo é uma barra cilíndrica maciça, semelhante à haste do pistão. Os anéis de vedação (gaxetas) são estacionários com relação ao êmbolo, de forma que o êmbolo desliza sobre os anéis de vedação. O funcionamento é idêntico ao das alternativas de pistão. A principal diferença entre elas está no aspecto construtivo do órgão que atua no líquido. Por serem recomendadas para serviços de pressões mais elevadas, exigem que o órgão de movimentação do líquido seja mais resistente, adotando-se assim, o êmbolo, sem modificar o projeto da máquina. Com isso, essas bombas podem ter dimensões pequenas.

Figura 7 – Bomba alternativa tipo êmbolo

O diafragma é um disco flexível, que serve para separar o fluido bombeado do pistão ou êmbolo. O diafragma pode ser acionado mecanicamente através de uma conexão direta com a biela ou hidraulicamente através de um fluído que deve ser bombeado por um pistão ou êmbolo. O seu funcionamento se da através da membrana que é acionada por uma haste com movimento alternativo. O movimento da membrana, em um sentido, diminui a pressão da câmara fazendo com que seja admitido um volume de líquido. Ao ser invertido o sentido do movimento da haste, esse volume é descarregado na linha de recalque. São usadas para serviços de dosagens de produtos já que, ao ser variado o curso da haste, varia-se o volume admitido. Um exemplo de aplicação dessa bomba é a que retira gasolina do tanque e manda para o carburador de um motor de combustão interna.

Figura 8 – Bomba alternativa tipo pistão

6. RAZÕES PARA SUA UTILIZAÇÃO

As bombas alternativas são usadas em largas escalas nos sistemas hidráulicos. Algumas destas aplicações estão além das capacidades das bombas centrífugas até então produzidas. Em outras aplicações estas podem ser utilizadas vem como as bombas rotativas, mas como aumento o custo com o consumo de energia para o seu acionamento. A justificativa para selecionar uma bomba alternativa em vez de uma bomba centrífuga poderá ser o custo não apenas i custo inicial de aquisição e instalação, mas também o custo total incluindo energia e manutenção. Para aplicações onde são requeridas altas pressões e baixas vazões, as bombas alternativas são as mais adequadas. Os serviços típicos onde as bombas alternativas são mais adequadas são aqueles onde as vazões estão abaixo de 600 gpm e as pressões acima de 1.000 psi.

6.1 Vantagens

Uma das melhores características das bombas alternativas é a elevada eficiência mecânica do power end. A eficiência mecânica obtida nos power end variam de 85% a 92%. O valor das perdas é em torno de 10% incluindo rolamento, engrenagens, gaxetas, válvulas e pistões. Isto significa que 90% da energia mecânica fornecida pelo propulsor são convertidos em potência hidráulica para o fluído que está sendo bombeado. Uma outra característica muitas vezes desejada é que a vazão da bomba alternativa é proporcional à sua velocidade e é praticamente independente da pressão de descarga. Por exemplo, uma bomba que está bombeando 100m³/h a 200 psi bombeará os mesmos 100m³/h a 1.000 psi. Esta característica permite que as bombas alternativas de vazão sejam usadas como meio de medição precisa de vazão satisfatória para bombear fluidos de elevadas viscosidade e abrasividade.

6.2 Desvantagens

As bombas alternativas como não poderiam deixar de ser, apresentam suas desvantagens e a mais comum delas é apresentar a vazão pulsante. Devido a esta pulsação de vazão, diversas considerações devem ser feitas no projeto de sua instalação.

Para a maioria das aplicações de bombeamento de fluído, o custo inicial e o de manutenção das bombas alternativas são maiores que os das bombas centrífugas e rotativas. O conjunto de vedação em uma bomba alternativa apresenta via útil em torno de 2.000 horas, ao passo que um selo mecânico de bomba centrífuga operando em condições favoráveis poderá atingir até 15.000 horas.

6.3 Como evitar problemas

Para tornar a aplicação das bombas alternativas atrativa, é necessário que sua principal característica que é a velocidade do pistão ou êmbolo seja bem compreendida. Muitos problemas com bombas alternativas podem ser evitadas ajustando-se para que a bomba opere em velocidades moderadas. Um projeto adequando para as instalações de sucção e descarga (amortecedores, válvulas de segurança e sistema de lubrificação), além de um bom programa de manutenção preventiva, priorizando principalmente a manutenção do alinhamento do êmbolo e do stuffing Box, reduzirá a maioria dos problemas.

7. CONCLUSÃO

Podemos concluir assim que as bombas alternativas submersas, são bombas utilizadas em elevações artificiais quando os poços perderam a sua pressão de elevação natural, pode-se utilizar três tipos de bombas, as de êmbolo, pistão e diafragma, cada uma tem sua especificação para sua utilização. Em geral toda bomba possui sua vantagem e desvantagem, para uma operação com ótima qualidade, são necessário seguir alguns requisitos para que se tenha uma boa produtividade.

8. BIBLIOGRAFIA

Bombas alternativas industriais: teoria e prática / Napoleão Fernandes da Silva – Rio de Janeiro: Interciência: Petrobras, 2007.

Fundamentos de engenharia de petróleo / José Eduardo Thomas, organizador, - 2 ed. – Rio de Janeiro: Interciência: Petrobras, 2004.

Bombas industriais / Edson de Mattos, Reinaldo de Falco – 2 ed. – Rio de Janeiro: Interciência, 1998.

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