Que Bomba de Processo Devo Utilizar, ANSI ou API?
Nos últimos meses, meu programa de treinamento me levou a várias plantas diferentes que usam tanto bombas API quanto bombas ANSI. Tornou-se evidente que, em alguns casos, parecia haver alguma confusão em relação às diferenças entre esses dois estilos de bombas de processo. Isto estava fazendo com que os usuários comprassem a bomba ANSI menos cara quando, na verdade, o serviço realmente precisava de uma bomba API.
Então vamos ser práticos. Qual a diferença?
A Bomba ANSI
A bomba ANSI é projetada e construída de acordo com os padrões dimensionais do American National Standards Institute. Ao longo dos anos, a bomba ANSI tornou-se o estilo preferido de bombas de sucção final, não só para aplicações em processos químicos, mas também para água e outros serviços menos agressivos. O Padrão prevê a intercambialidade dimensional das bombas de um fabricante para outro.
A Bomba API
Por outro lado, a bomba API atende aos requisitos do Padrão 610 do Instituto Americano de Petróleo para Serviço Geral de Refinaria. Este estilo é quase a escolha exclusiva para aplicações na indústria de refinaria de petróleo, onde lida com aplicações de maior temperatura e pressão de natureza mais agressiva que são comuns nas refinarias.
As Considerações de Serviço
Nas indústrias químicas e petroquímicas, muitos dos líquidos sendo bombeados requerem mais consideração do que apenas danos ambientais e eficiência e confiabilidade do bombeamento. É necessário considerar o aspecto da segurança pessoal. Portanto, a escolha entre a bomba ANSI e a bomba API deve levar em conta as propriedades específicas do fluido, assim como as condições de operação.
Uma das principais diferenças entre estas escolhas é predominantemente o resultado das diferenças na classificação do projeto da carcaça, que são as seguintes:
Classificação da Bomba ANSI = 300-psig a 300º F
Classificação da Bomba API = 750-psig a 500º F
Em vista destes números, é evidente que as bombas API devem ser consideradas para serviços de maior pressão e temperatura do que a bomba ANSI de serviço mais leve.
Concepção da carcaça
Bambas de um único estágio com carcaça radialmente dividida para acomodar um arranjo de extração para facilitar a manutenção.
A maioria das bombas ANSI, e algumas bombas API, empregam um desenho de voluta única nas passagens interiores da carcaça. Isto é particularmente evidente nos tamanhos menores que envolvem baixas vazões e velocidades específicas mais baixas do rotor.
Como mostrado na Figura 1, a área da voluta aumenta a uma taxa que é proporcional à taxa de descarga do rotor, produzindo assim uma velocidade constante na periferia do rotor. Esta energia de velocidade é então transformada em energia de pressão no momento em que o fluido entra no bico de descarga.
Figure 1. Caixa de voluta única
A forma peculiar da voluta também produz uma distribuição desigual da pressão em torno do rotor o que, por sua vez, resulta num desequilíbrio das cargas de impulso em torno do rotor e em ângulos rectos em relação ao eixo. Esta carga deve ser acomodada pelo eixo e pelos rolamentos, e muito tem sido discutido sobre este problema nos últimos anos.
Esta carga está no seu máximo quando a bomba funciona na condição de desligamento, e diminui gradualmente à medida que o caudal se aproxima do B.E.P. Se a bomba funcionar para além do B.E.P., a carga aumenta novamente, mas na direcção oposta no mesmo plano. O exame dos problemas de deflexão do eixo resultantes indicou que o plano radial no qual a carga fora de equilíbrio atua é aproximadamente 60 graus no sentido anti-horário da água cortada da voluta.
Figure 2. Caixa de Voluta Dupla
A maioria das bombas API maiores são produzidas com um projeto de voluta dupla para reduzir essas cargas em unidades de alta vazão e altura de cabeça. Isto é conseguido equilibrando as cargas opostas fora de equilíbrio de cada voluta. Embora o custo disto seja uma leve redução na eficiência, é considerado um preço pequeno a pagar pelo aumento da confiabilidade que se segue.
Outra característica da carcaça encontrada em muitas bombas API é o arranjo superior de sucção/descarga, onde o bico de sucção está localizado no topo da carcaça adjacente ao bico de descarga, em vez de na extremidade. A desvantagem deste projeto é que, para a maioria destas bombas, o NPSH necessário é normalmente maior do que no arranjo de sucção final, a fim de acomodar as perdas por atrito no caminho tortuoso da flange de sucção até o olho do rotor.
Back Cover Arrangements
Uma das maiores diferenças entre as carcaças das bombas ANSI e API está na forma como a tampa traseira é fixada à carcaça.
Figure 3. No projeto ANSI mostrado na Figura 3, a tampa traseira e a vedação são mantidas contra a carcaça da bomba pelo adaptador da estrutura do mancal, que é mais freqüentemente fornecido em ferro fundido. Isto normalmente resulta numa folga entre as faces de acoplamento do adaptador do quadro e a caixa da bomba que tem o potencial de permitir um torque desigual dos parafusos. Isto pode causar uma fratura do adaptador no caso de uma pressurização superior ao normal da carcaça pelo sistema de processo.
Figure 4. A bomba API típica cortesia da Flowserve Corporation
O desenho da API na Figura 4 parafusa a tampa traseira diretamente na carcaça e usa uma junta de compressão confinada e controlada com encaixes de metal a metal. O adaptador é aparafusado independentemente na tampa traseira e não desempenha um papel no limite de pressão da carcaça da bomba.
Pés de montagem
Outra diferença entre os dois estilos de bomba é a configuração dos pés de montagem. Todas as caixas da bomba ANSI são montadas em pés que se projectam da parte inferior da caixa e aparafusadas à placa de base. Se estas bombas forem usadas em aplicações de alta temperatura, a carcaça se expandirá para cima a partir dos pés de montagem e causará severas tensões térmicas na carcaça, o que afetará negativamente a confiabilidade da bomba. O funcionamento a temperaturas mais baixas não será afectado por esta característica.
Por outro lado, as bombas API são montadas na linha central horizontal do invólucro em pés que se projectam de cada lado do invólucro e aparafusadas aos pedestais que fazem parte da placa de base. Este arranjo proporciona à bomba API a vantagem de poder operar com bombeamento a temperaturas elevadas. Como a bomba chega à temperatura em tais casos, qualquer expansão do metal estará acima e abaixo da linha de centro da carcaça e exercerá o mínimo de tensão na carcaça, contribuindo assim para a confiabilidade ótima da bomba.
A capacidade de lidar com serviços de temperatura mais alta também é evidente nas carcaças dos mancais das bombas API, que tendem a ser muito mais robustas no projeto e também acomodam camisas de resfriamento com maior capacidade de água de resfriamento.
Vamos tornar isso prático. Mantendo estes fatores em mente durante o processo de seleção, você pode terminar com o projeto correto da bomba que foi corretamente selecionado para fornecer um sistema operacional rentável e confiável.
Bombas & Sistemas, setembro de 2006