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Avaliação energética, ambiental e econômica de bombas de cavidades progressivas com rotores produzidos a partir de diferentes materiais

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Autor Souza, Marcelo Angelo Taparello de;
Lattes do autor http://lattes.cnpq.br/2377541011820599;
Orientador Moraes, Carlos Alberto Mendes;
Lattes do orientador http://lattes.cnpq.br/2076544554717764;
Instituição Universidade do Vale do Rio dos Sinos;
Sigla da instituição Unisinos;
País da instituição Brasil;
Instituto/Departamento Escola Politécnica;
Idioma pt_BR;
Título Avaliação energética, ambiental e econômica de bombas de cavidades progressivas com rotores produzidos a partir de diferentes materiais;
Resumo As bombas de cavidades progressivas (BCPs) surgiram em 1920, são equipamentos recentes comparadas as demais tecnologias de recalque de fluido. Em 1970 iniciou-se sua utilização na elevação artificial de petróleo, onde experimentaram um salto significativo de reconhecimento tecnológico e o despertar para outras aplicações na indústria. Entre elas, a partir de 2000, em máquinas dosadoras da indústria tintométrica para dosagem de colorantes. Esta aplicação dificilmente totaliza cem horas de uso ao longo da vida útil da BCP. No entanto, em aplicações da indústria em geral, bombas trabalham por milhares de horas, muitas vezes em condições severas, recalcando fluidos abrasivos, operando em altas pressões, sofrendo ataque químico. Neste contexto, materiais alternativos foram explorados para componentes de BCPs utilizadas na tintometria, dada a baixa exigência que experimentam. Este trabalho, através de uma metodologia com foco experimental, realizou uma avalição energética, ambiental e econômica de quatro materiais distintos para o rotor de uma BCP: o tradicional aço revestido ao cromoduro, PA6, PEEK e alumínio Liga 6082. Foi construído um equipamento para os testes experimentais e foram obtidas as curvas características de cada BCP, avaliado o consumo de energia elétrica, desgaste de rotores e estatores e eficiência energética da bomba. O processo de fabricação dos rotores passou por medição de energia elétrica e insumos. Por fim, aplicaram-se as ferramentas de gestão ambiental P+L e AICV, auxiliada pelo software CES EduPack, e os rotores passaram por avaliação econômica. Os quatro materiais estudados para o rotor, atenderam as exigências do ponto de vista de durabilidade no cenário de aplicação na indústria tintométrica, não apresentando falha de inviabilidade funcional do equipamento ao final do período de testes, ou seja, perda de estanqueidade em repouso. Os resultados mostraram que os polímeros estudados não registraram incompatibilidade com o fluido de trabalho. Não foi identificado desgaste significativo nos pares estator-rotor e o tempo de vida mínimo não desafiou a integridade dos componentes. A melhor e pior eficiência energética das BCPs foram com rotores de Liga 6082 e PA6, respectivamente, apresentando diferença de 22,5% de consumo de energia elétrica. Entretanto, o rotor de PA6 apresentou a melhor eficiência energética e ambiental no processo de fabricação, além de ser o único passível de usinagem a seco. Todos materiais propostos registraram melhorias econômicas, onde os rotores de Liga 6082 e PA6 ultrapassam 90% de redução de custo.;
Abstract Progressive cavity pumps (PCPs) emerged in 1920 and are recent equipment compared to other fluid pumping technologies. In 1970, PCPs began to be used to the artificial elevation of petroleum, where they experienced a significant leap of technological recognition and the awakening to other applications in the industry. Among them, as of 2000, in dosing machines of the tinting industry for dosing of concentrated colorants. In this application, PCPs difficultly totaling one hundred continuous hours of use. However, in general industry applications, pumps work for thousands of hours, often under severe conditions, pumping abrasive fluids, operating at high pressures, undergoing chemical attack. In this context, alternative materials were explored for components of PCPs used in tinting, given the low demand they experience. This work, through a methodology with experimental focus, carried out an energetic, environmental and economical evaluation of four different materials for the rotor of a BCP: the traditional chromium-coated steel, PA6, PEEK and aluminum alloy 6082. An equipment was built for the experimental tests and the characteristic curves of each PCP were obtained, evaluating the electric energy consumption, rotors and stators wear and pump energy efficiency. Electrical energy and inputs from the rotor manufacturing process were evaluated. Finally, we applied the environmental management tools Cleaner Production and LCIA aided by CES EduPack software and an economic evaluation of the rotors was carried out. The materials studied for the rotor met the requirements of durability in the application of the tinting industry, and did not present a functional failure of the equipment at the end of the test period. The results showed that the studied polymers had no incompatibility with the working fluid. No significant wear was identified on the stator-rotor pairs and the minimum lifetime did not challenge the integrity of the components. The best and worst energy efficiency of the BCPs were with alloy 6082 and PA6 rotors, respectively, presenting a difference of 22.5% in electric energy consumption. However, the PA6 rotor presented the best energy and environmental efficiency in the manufacturing process, besides being the only one with dry machining capacity. All proposed materials reported economic improvements, where the alloy 6082 and PA6 rotors exceed 90% cost reduction.;
Palavras-chave Tintometria; Bomba de cavidades progressiva; Eficiência energética; Usinagem; Turbilhonamento; Impacto ambiental; Tinting; Progressive cavity pump; Energy efficiency; Machining; Whirling; Environmental impact;
Área(s) do conhecimento ACCNPQ::Engenharias::Engenharia Mecânica;
Tipo Dissertação;
Data de defesa 2019-02-26;
Agência de fomento CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior; CNPQ – Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico; PERCOLORE - Máquinas de Tintometria e Dosadoras;
Direitos de acesso openAccess;
URI http://www.repositorio.jesuita.org.br/handle/UNISINOS/8384;
Programa Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica;


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