maquinas e equipamentos auxiliares naval, Notas de estudo de Engenharia Mecânica

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MARINHA DO BRASIL

DIRETORIA DE PORTOS E COSTAS

ENSINO PROFISSIONAL MARÍTIMO

MÁQUINAS E EQUIPAMENTOS AUXILIARES

(UEA 5)

1

a

edição

Belém-PA

© 2009 direitos reservados à Diretoria de Portos e Costas

Autor : Antônio Cordeiro

Revisão Pedagógica: Erika Ferreira Pinheiro Guimarães Suzana

Revisão Ortográfica : Esmaelino Neves de Farias

Digitação/Diagramação : Roberto Ramos Smith

Coordenação Geral : CF Maurício Cezar Josino de Castro e Souza

____________ exemplares

Diretoria de Portos e Costas

Rua Teófilo Otoni, n

o

4 – Centro

Rio de Janeiro, RJ

http://www.dpc.mar.mil.br

secom@dpc.mar.mil.br

Depósito legal na Biblioteca Nacional conforme Decreto n

o

1825, de 20 de dezembro

de 1907

IMPRESSO NO BRASIL / PRINTED IN BRAZIL

UNIDADE 5 – Separadores centrífugos de óleo

• 5.1 – Utilização dos separadores centrífugos a bordo
• 5.2 – Fatores que influenciam a separação
• 5.3 – A diferença entre purificação e clarificação
• 5.4 – Os principais componentes de um separador centrífugo de óleo
• 5.5 – Funcionamento de um centrifugador
• 5.6 – Esquemas dos sistemas de centrifugação
• 5.7 – Defeitos mais comuns em centrifugadores
• Teste de Autoavaliação da Unidade 5.............................................................
• Respostas do Teste de Autoavaliação da Unidade
• 6.1 – Informações gerais sobre separadores de água e óleo UNIDADE 6 – Separadores de água e óleo
• 6.2 – A Lei 9966/2000
• 6.3 – Considerações sobre a MARPOL
• Teste de Autoavaliação da Unidade 6.............................................................
• Respostas do Teste de Autoavaliação da Unidade
• 7.1 – Generalidades sobre poluentes e águas servidas UNIDADE 7 – Sistema de tratamento de águas servidas
• 7.2 – Fontes de poluição
• Teste de Autoavaliação da unidade 7..............................................................
• Respostas do Teste de Autoavaliação da Unidade
• 8.1 – Generalidades UNIDADE 8 – Sistema de governo do navio
• 8.2 – Funcionamento de uma instalação de máquina de leme
• 8.3 – Recomendações da Convenção SOLAS
• 8.4 - Sistema de governo e propulsão azimutal
• Teste de Autoavaliação da Unidade 8.............................................................
• Respostas do Teste de Autoavaliação da Unidade
• 9.1 – Aparelhos de força do convés dos navios e seus funcionamentos UNIDADE 9 – Aparelhos de força do convés
• 9.2 – Diferença entre cabrestante, molinete e máquina de suspender
  • forçado convés 9.3 – Procedimentos operacionais e de manutenção dos aparelhos de
• Teste de Autoavaliação da Unidade 9...........................................................
• Respostas do Teste de Autoavaliação da Unidade
• 10.1 – Introdução UNIDADE 10 – Sistema de gás inerte
• 10.2 – Utilização do gás inerte em navios tanques
• 10.3 – Identificação dos componentes de uma planta de gás inerte
• 10.4 - Funcionamento/operação de uma planta de gás inerte
• Teste de Autoavaliação da Unidade 10...........................................................
• Respostas do Teste de Autoavaliação da Unidade
• REFERÊNCIAS

A APPRREESSEENNTTAAÇÇÃÃOO

Este módulo ajudará você a sanar diversas dúvidas relacionadas a máquinas e

equipamentos auxiliares utilizados em embarcações, bem como mostrará os princípios

de funcionamento, os principais componentes e suas funções nas diversas áreas dos

navios.

O objetivo deste Módulo a Distância é apontar para essa direção. Nossa intenção

é proporcionar a você conceitos e conteúdos que o habilitem a operar, executar as

manutenções necessárias e fazer pequenos reparos em conformidade com as

diretrizes dos fabricantes e as normas de segurança e ambientais.

Este volume reúne os conteúdos básicos essenciais das principais máquinas e

equipamentos auxiliares utilizados a bordo dos navios de maneiras prática e clara. Em

seu conjunto, ele pretende ser um auxiliar valioso para todos os que buscam

informações eficazes e concretas sobre os seguintes equipamentos: bombas,

compressores de ar, destiladores de água, sistemas hidróforos, separadores

centrífugos de óleo, separadores de água e óleo, sistema de tratamento de águas

servidas, sistema de governo do navio, aparelhos de força do convés e sistema de gás

inerte. Ao final de cada unidade, apresentamos questionários com duplo intento de

obter-se motivação no aprendizado e permitir ao aluno verificar o aproveitamento

relativo ao assunto versado em cada unidade.

A bibliografia, organizada com o propósito de oferecer ao estudante um campo

mais amplo de conhecimentos, foi de inestimável valor na realização do trabalho ora

apresentado.

Esperamos, então, que este módulo ajude você a tornar-se um excelente

profissional.

BOA SORTE!

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O módulo de Máquinas e Equipamentos Auxiliares foi desenvolvido em dez

unidades sequenciais de estudo. Os conteúdos obedecem a uma sequencia lógica e,

ao término de cada unidade, é apresentado um teste de autoavaliação e a respectiva

chave de resposta.

I IVV – – CCoommoo vvooccêê ddeevvee eessttuuddaarr ccaaddaa uunniiddaaddee??

1. Visão geral da unidade

A visão geral do assunto apresenta os objetivos específicos da unidade, mostrando

um panorama do assunto a ser desenvolvido.

2. Conteúdos da unidade

Leia com atenção o conteúdo, procurando entender e fixar os conceitos por meio dos

exercícios propostos. Se você não entender, refaça a leitura e os exercícios. É muito

importante que você entenda e domine os conceitos.

3. Questões para reflexão

São questões que ressaltam a idéia principal do texto, levando-o a refletir sobre os

temas mais importantes deste material.

4. Auto-avaliação

São testes que o ajudarão a se autoavaliar, evidenciando o seu progresso. Realize-

os à medida que apareçam e, se houver qualquer dúvida, volte ao conteúdo e

reestude-o.

5. Tarefa

Dá a oportunidade para você colocar em prática o que já foi ensinado, testando seu

desempenho de aprendizagem.

6. Respostas dos testes de autoavaliação

Dá a oportunidade de você verificar o seu desempenho, comparando as respostas

com o gabarito que se encontra no fim da apostila.

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Esta unidade apresenta o emprego dos compressores de ar nos navios; mostra

os principais componentes e os princípios de funcionamento dos compressores:

alternativos, centrífugos, de palhetas e de lóbulos.

U Unniiddaaddee 33 - - DDEESSTTIILLAADDOORREESS DDEE ÁÁGGUUAA

Esta unidade apresenta o emprego dos destiladores de água doce a bordo dos

navios; explica os princípios físicos em que se baseia a destilação; cita os principais

componentes do destilador e suas finalidades; explica o funcionamento de um

destilador; justifica a importância do salinômetro e do hidrômetro; e explica como é feito

o tratamento químico de um destilador.

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Esta unidade apresenta o esquema dos sistemas hidróforos (hidropneumáticos)

utilizados a bordo dos navios; explica o funcionamento automático do sistema; mostra

os processos de tratamento da água para o consumo humano; cita os principais

cuidados com os sistemas hidróforos em operação; analisa os defeitos mais comuns,

suas causas e soluções; e explica os procedimentos de manutenção dos sistemas

hidróforos.

U Unniiddaaddee 55 - - SSEEPPAARRAADDOORREESS CCEENNTTRRÍÍFFUUGGOOSS DDEE ÓÓLLEEOO

Esta unidade apresenta o emprego dos separadores centrífugos nos navios;

identifica os fatores que influenciam na separação; estabelece a diferença entre os

do sistema de gás inerte, identificando seus componentes; cita as várias operações nas

quais se recomenda o uso do gás inerte a bordo de um navio-tanque.

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Após estudar todas as Unidades de Estudo Autônomo (UEA) deste módulo, você

estará apto a realizar uma avaliação da aprendizagem.

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Existem alguns símbolos no manual para guiá-lo em seus estudos. Observe o que

cada um quer dizer ou significa.

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UNIDADE 1

BOMBAS

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 aprender as generalidades sobre bombas.

 identificar as bombas alternativas e seus componentes.

 aprender o princípio de funcionamento das bombas alternativas.

 identificar as bombas centrífugas e seus componentes.

 conhecer o princípio de funcionamento das bombas centrífugas.

 identificar as bombas de engrenagens e seus componentes.

 aprender o princípio de funcionamento das bombas de

engrenagens.

 identificar as bombas de palhetas e seus componentes.

 aprender o princípio de funcionamento das bombas de palhetas.

 ver as recomendações da convenção SOLAS sobre bombas.

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Para deslocar um fluido ou mantê-lo em escoamento é necessário adicionarmos

energia ; o equipamento capaz de fornecer essa energia ao escoamento do fluido

denominamos de bomba. Assim podemos dizer que:

BOMBAS são máquinas hidráulicas operatrizes, isto é, máquinas que recebem

energia potencial (força motriz de um motor ou turbina), e transformam parte desta

potência em energia cinética (movimento) e energia de pressão (força), cedendo estas

duas energias ao fluído bombeado, de forma a recirculá-lo ou transportá-lo de um

ponto a outro.

Portanto, o uso de bombas hidráulicas ocorre sempre que há a necessidade de

aumentar-se a pressão de trabalho de uma substância líquida contida em um sistema,

a velocidade de escoamento, ou ambas.

As bombas são avaliadas em função de quatro características:

capacidade : quantidade de fluido descarregado por unidade de tempo, vazão-

Q;

pressão : frequentemente expressa em altura (H = ∆ P/ρ g );

potência : energia consumida por unidade de tempo, Ρ ;

6. COMPRIMENTO DA TUBULAÇÃO DE SUCÇÃO - Extensão linear em

metros de tubo utilizados na instalação, desde o injetor ou válvula de pé até o bocal de

entrada da bomba.

7. COMPRIMENTO DA TUBULAÇÃO DE RECALQUE - Extensão linear em

metros de tubo utilizados na instalação, desde a saída da bomba até o ponto final da

instalação.

8. GOLPE DE ARÍETE - Impacto sobre todo o sistema hidráulico causado pelo

retorno da água existente na tubulação de recalque, quando da parada da bomba. Este

impacto, quando não amortecido por válvula(s) de retenção, danifica tubos, conexões e

os componentes da bomba.

9. NÍVEL ESTÁTICO - Distância vertical em metros, entre a borda do

reservatório de sucção e o nível (lâmina) da água, antes do início do bombeamento.

10. NIVEL DINÂMICO - Distância vertical em metros, entre a borda do

reservatório de sucção e o nível (lâmina) mínimo da água, durante o bombeamento da

vazão desejada.

11. SUBMERGÊNCIA - Distância vertical em metros, entre o nível dinâmico e o

injetor (Bombas Injetoras), a válvula de pé (Bombas Centrifugas Normais), ou filtro da

sucção (Bombas Submersas).

12. ESCORVA DA BOMBA - Eliminação do ar existente no interior da bomba e

da tubulação de sucção. Esta operação consiste em preencher com o fluído a ser

bombeado todo o interior da bomba e da tubulação de sucção, antes do acionamento

da mesma. Nas bombas auto aspirantes basta eliminar o ar do interior da mesma. Até

8 mca de sucção a bomba eliminará o ar da tubulação automaticamente.

13. AUTOASPIRANTE - O mesmo que Autoescorvante, isto é, bomba centrífuga

que elimina o ar da tubulação de sucção, não sendo necessário o uso de válvula de pé

na sucção da mesma, desde que a altura de sucção não exceda 8 mca.

14. CAVITAÇÃO - Fenômeno físico que ocorre em bombas centrífugas no

momento em que o fluído succionado pela mesma tem sua pressão reduzida, atingindo

valores iguais ou inferiores a sua pressão de vapor (líquido ↔ vapor).

Com isso, formam-se bolhas que são conduzidas pelo deslocamento do fluído

até o rotor onde implodem ao atingirem novamente pressões elevadas (vapor ↔

líquido).

Este fenômeno ocorre no interior da bomba quando o NPSHd (sistema) é menor

que o NPSHr (bomba). A cavitação causa ruídos, danos e queda no desempenho

hidráulico das bombas.

15. NPSH - Sigla da expressão inglesa -Net Positive Suction Head a qual divide-

se em:

• NPSH disponível - Pressão absoluta por unidade de peso existente na sucção

da bomba (entrada do rotor), a qual deve ser superior à pressão de vapor do fluído

bombeado, e cujo valor depende das características do sistema e do fluído;

• NPSH requerido - Pressão absoluta mínima por unidade de peso, a qual

deverá ser superior a pressão de vapor do fluído bombeado na sucção da bomba

(entrada de rotor) para que não haja cavitação. Este valor depende das características

da bomba e deve ser fornecido pelo fabricante da mesma;

O NPSHdisp deve ser sempre maior que o NSPHreq (NPSHd > NPSHr)

16. VÁLVULA DE PÉ OU DE FUNDO DE POÇO — Válvula de retenção

colocada na extremidade inferior da tubulação de sucção para impedir que a água

succionada retorne à fonte quando da parada do funcionamento da bomba, evitando

que esta trabalhe a seco (perda da escorva).

17. CRIVO - Grade ou filtro de sucção, normalmente acoplado a válvula de pé,

que impede a entrada de partículas de diâmetro superior ao seu espaçamento.

18. VÁLVULA DE RETENÇÃO - Válvula(s) de sentido único colocada(s) na

tubulação de recalque para evitar o golpe de aríete. Utilizar uma válvula de retenção a

cada 20 mca de AMT.

19. PRESSÃO ATMOSFÉRICA - Peso da massa de ar que envolve a superfície

da terra até uma altura de ± 80 Km e que age sobre todos os corpos. Ao nível do mar,

a pressão atmosférica é de 10,33 mca ou 1,033 Kgf/cm² (760 mm/Hg).

20. REGISTRO - Dispositivo para controle da vazão de um sistema hidráulico. 21. MANÔMETRO - Instrumento que mede a pressão relativa positiva do

sistema.

22. VAZÃO – Quantidade de fluído que a bomba deverá fornecer ao sistema.

Unidades mais comuns: m3 /h, l/h, l/m, l/s

Onde: 1 m3 /h = 1000 l/h = 16.67 l/m = 0.278 l/s

E.2. Pressão Atmosférica (Patm) é o peso da massa de ar que envolve a terra

até uma altura de ± 80 km sobre o nível do mar. A este nível, a Patm = 10,33 mca ou

1,033 kgf/cm²;

E.3. Pressão Manométrica (Pman) é a pressão medida adotando-se como

referência a pressão atmosférica, denominada também pressão relativa ou efetiva.

Mede-se com auxílio de manômetros, cuja escala em zero (0) está referida à pressão

atmosférica local. Quando o valor da pressão medida no manômetro é menor que a

pressão atmosférica local, teremos pressão relativa negativa, ou vácuo parcial;

E.4. Pressão de Vapor (Po ) é a situação do fluído onde, a uma determinada

temperatura, coexistem as fases do estado líquido e de vapor. Para água à

temperatura ambiente de 20º C, a pressão de vapor é de 0,239 metros ou 0,

kgf/cm². Quanto maior a temperatura, maior a pressão de vapor.

Ex: 100º C = ponto de ebulição da água = 10,33 metros ou 1,033 kgf/cm² de

pressão de vapor;

F. Vazão (Q): é a relação entre o volume do fluido que atravessa uma

determinada seção de um conduto, e o tempo gasto para tal, sendo :

Unidades: m³/h, l/s, GPM;

F.1. Vazão Mássica (QM)- é a relação entre a massa do fluído que atravessa

uma determinada seção de um conduto e o tempo gasto para tal, sendo:

Unidades: kg/h, kg/s, lb/h

G. Velocidade (Ve)- é a relação entre a vazão do fluido escoado e a área de

seção por onde escoa, sendo:

Unidades: m/s, pés/s, m/min;

H. Viscosidade ( μ )- é uma característica intrínseca do fluído. Com o movimento

do mesmo, dependendo da velocidade, ocorrerá um maior ou menor atrito das

partículas com as paredes da tubulação; é a resistência imposta pelas camadas do

fluído ao escoamento recíproco das mesmas;

H.1. Viscosidade Cinemática ( ν ): é a relação entre a viscosidade absoluta (μ) e

a massa específica (ρ) sendo:

Unidades: m²/s, pés/s, centistokes (cst);

onde: 1 m²/s = 106 centistokes.

I. Potencial de hidrogênio (pH)- é a representação quantitativa da relativa

acidez ou alcalinidade de uma substância. É calculado pela concentração de ions H+

em oposição aos ions H - existentes na solução, sendo:

Quanto menor o pH, maior é a acidez da solução.

Exemplos: pH = 7 = solução neutra = água em condições normais;

pH = 2 = solução ácida = refrigerantes;

pH = 12 = solução Alcalina = carbonato de cálcio.

As bombas são classificadas, basicamente, em dois tipos: hidrodinâmicas e

hidrostáticas.

Figura 1 Bombas hidrostática e hidrodinâmica – “Parker training”

Bombas hidrodinâmicas

São bombas de deslocamento não-positivo , usadas para transferir fluidos e

cuja única resistência é a criada pelo peso do fluido e pelo atrito.

Especificação de bombas

As bombas são, geralmente, especificadas pela capacidade de pressão máxima

de operação e pelo seu deslocamento, em litros por minuto, em uma determinada

rotação por minuto.

Relações de pressão

A faixa de pressão de uma bomba é determinada pelo fabricante, baseada na

vida útil da bomba.

Observação

Se uma bomba for operada com pressões superiores às estipuladas pelo

fabricante, sua vida útil será reduzida.

Deslocamento

É o volume de líquido transferido durante uma rotação e é equivalente ao

volume de uma câmara multiplicado pelo número de câmaras que passam pelo pórtico

de saída da bomba, durante uma rotação da mesma.

O deslocamento é expresso em centímetros cúbicos por rotação e a bomba é

caracterizada pela sua capacidade nominal, em litros por minuto.

Capacidade de fluxo

A capacidade de fluxo pode ser expressa pelo deslocamento ou pela saída, em

litros por minuto.

Eficiência volumétrica

Teoricamente, uma bomba desloca uma quantidade de fluido igual a seu

deslocamento em cada ciclo ou revolução. Na prática, o deslocamento é menor, devido

a vazamentos internos. Quanto maior a pressão, maior será o vazamento da saída

para a entrada da bomba ou para o dreno, o que reduzirá a eficiência volumétrica.

A eficiência volumétrica é igual ao deslocamento real dividido pelo deslocamento

teórico, dada em porcentagem.

Fórmula

Se, por exemplo, uma bomba a 70kgf/cm2 de pressão deve deslocar,

teoricamente, 40 litros de fluido por minuto e desloca apenas 36 litros por minuto, sua

eficiência volumétrica, nessa pressão, é de 90%, como se observa aplicando os valores

na fórmula:

As bombas hidráulicas atualmente em uso são, em sua maioria, do tipo rotativo,

ou seja, um conjunto rotativo transporta o fluido da abertura de entrada para a saída.

De acordo com o tipo de elemento que produz a transferência do fluido, as

bombas rotativas podem ser de engrenagens, de palhetas ou de pistões.

Figura 3 Linha de sucção - “Parker training”

Um fato deve ser sempre lembrado: uma bomba não cria pressão, ela

só fornece fluxo. A pressão é justamente uma indicação da quantidade

de resistência ao escoamento.