Na exposição de Tsutiya (2006), o motor precisa atender às solicitações de potência consumida pela bomba, conforme curva de potência do projeto. Cooperando com essa afirmação, Mello et al. (2010) sugere a necessidade de que haja uma folga entre a potência consumida pela bomba e a potência nominal do motor, ao expor os dados da tabela 3.3.
Tabela 3.3. Folga de potência em função do quociente entre potência nominal do motor e potência consumida
pela bomba.
Potência Nominal do Motor (CV) Potência Nominal / Potência Consumida
Potência Nominal ≤ 25 1,25
30 ≤ Potência Nominal ≤ 75 1,15
Potência Nominal ≥ 100 1,10
Fonte: Mello et al. (2010).
Deste modo, em um sistema de recalque onde a potência nominal do motor é 25cv, esta deve corresponder a 25% a mais da potência de consumo da bomba, que seria de 20cv. Do mesmo modo, na instalação de um motor de 40cv a bomba acoplada ao seu eixo deve consumir até 34,8cv de potência, para que 15% de sua potência de consumo (5,2cv) seja a folga em relação à potência do motor.
Em geral, o motor elétrico de bomba submersa funciona de modo assíncrono, com alimentação por corrente alternada trifásica e frequência de rede elétrica de 60 Hz, através de cabo elétrico do tipo chato. As ligações elétricas, a execução correta das emendas à prova d’água nos cabos e a garantia de funcionamento das proteções são pontos cruciais a serem observados durante a instalação, devendo seguir os ajustes conforme instruções de manuais de instalação e serviço. Levando em consideração a distância do motor ao quadro de comandos e proteção, e a espessura do cabo utilizado, calcula-se uma queda de tensão de até 3%.
Proteções contra surtos de tensão por descargas atmosféricas devem ser instaladas para prevenir avarias ao motor, onde o aterramento do protetor deve ser o melhor possível e mais eficiente que o aterramento do motor.
No arrefecimento e controle de pressão interna o motor submerso faz uso de água sem aditivos em seu interior, a qual é isolada do meio externo, havendo ainda os que são refrigerados à óleo. O acesso ao reservatório de água de refrigeração se dá por bujões, um para entrada de água e outro para saída do ar. Segundo Tsutiya (2006, p.145), a temperatura da água do poço também é um fator importante para o projeto de uma motobomba, uma vez que a faixa de temperatura comum à operação do equipamento situa-se em torno de 24ºC, chegando até 30°C. Algumas marcas trabalham com motores especificados para operar em temperaturas de até 35°C, passando dessa condição a temperatura da água sobe naturalmente em poços de grandes profundidades, conforme o grau geotérmico 33, que corresponde a 1ºC/33m.
Diferentemente de bombas lubrificadas de fábrica com graxas, os mancais de bombas submersas dependem do preenchimento da água feito no motor para sua lubrificação. Esse procedimento não pode ser negligenciado, sendo indispensável antes da instalação do equipamento em poço, seguindo as devidas instruções do manual do fabricante, a fim de prevenir a redução da vida útil do conjunto.
Na maioria dos projetos de motobomba submerso, a refrigeração do motor ocorre devido a velocidade da água entre 1 e 3 m/s, conforme Tsutiya (2006). Esse fluxo ascendente de água entre o motor e as paredes do poço é produzido pelo próprio conjunto motobomba, a partir da sucção no crivo. O correto resfriamento é alcançado com um fluxo de 0,08 m/s para motores de 4" de diâmetro a partir de 3 cv de potência, e com um fluxo de 0,16 m/s para motores de 6" e 8".
Em águas a temperaturas de até 30°C os motores elétricos de bombas submersas operam usando todo o fator de serviço, a exemplo dos motores “Franklin Electric” (SCHNEIDER, 2014, p.22). Na tabela 3.4 são vistas as proporções entre fluxo de água exigido pelo diâmetro do motor, diâmetro do poço (ou camisa adutora) e vazão requerida.
Tabela 3.4. Vazões e fluxos mínimos exigidos para a refrigeração de diversos diâmetros de motor e de poço,
com água até 30°C.
Diâmetro interno do poço ou da camisa indutora Motor 4” (3 a 10 cv) Fluxo exigido: 0,08 m/s Motor 6” Fluxo exigido: 0,16 m/s Motor 8” Fluxo exigido: 0,16 m/s Vazão requerida (l/min.) Vazão requerida (l/min.) Vazão requerida (l/min.) 4” (102 mm) 4,5 – – 5” (127 mm) 26,5 – – 6” (152 mm) 49 34 – 7” (178 mm) 76 95 – 8” (203 mm) 114 170 40 10” (254 mm) 189 340 210 12” (305 mm) 303 530 420 14” (356 mm) 416 760 645 16” (406 mm) 568 1060 930 Fonte: Schneider (2014, p.22).
O sobreaquecimento no enrolamento do motor devido ao baixo fluxo de água é uma das causas para redução de sua vida útil. Para corrigir esse problema, existe a camisa indutora de fluxo, ou de sucção, item usado para ajustar a refrigeração de motor submerso na instalação com diâmetro consideravelmente inferior ao do poço, a exemplo de quando se instala uma motobomba de 4” em um poço de 6”, segundo indicação de Ebara ® (2012).
As características de aplicação desse item são notadas nas figuras 3.14 e 3.15.
Figura 3.15. Montagem de camisa de sucção em motobomba submersa. Fonte: Ebara ® (2012, p.07).
A utilização da camisa indutora se justifica quando o fluxo de água no motor é menor do que o especificado na tabela 3.4, podendo se estender para poços e motores de dimensões maiores. Outra aplicação da camisa indutora de fluxo está para motobombas submersas instaladas na posição horizontal ou com inclinação em reservatórios, substituindo a operação de bombas centrífugas horizontais, sendo indispensável sua montagem nas motobombas voltadas para captação de água em lagos, cisternas, tanques, ou qualquer outro reservatório aberto. É importante destacar que o uso da camisa indutora de fluxo pode gerar perdas de carga no sistema de recalque, de acordo com o diâmetro do poço e do motor, e com a vazão de operação, conforme Anexo C.
No âmbito dos motores instalados em poços com água quente, a profundidade e o uso de camisa indutora de fluxo, quando necessário, somam-se à necessidade de um projeto especial para fabricação do motor. Em contrapartida, existe a possibilidade de redimensionar a potência do equipamento para prevenir que seja danificado por sobreaquecimento. Além disso, os danos podem se estender ao bombeador, no caso em que a água entra na pressão de vapor, causando problemas de cavitação. Algumas linhas de motores são projetadas para funcionar em águas com temperaturas de até 90ºC, sem necessidade de usar a camisa indutora. No entanto, quando um motor Standard (comum) opera em água com temperatura acima dos 30ºC permitidos, requer-se um fluxo induzido de pelo menos 0,91 m/s, conforme tabela 9.3 do Anexo C (ELECTRIC, 2013, p.07).
Corroborando a essência dessa exposição, Mello et al. (2010) explana,
As dificuldades encontradas para se obter equipamentos adequados podem ser consideradas um entrave, pois além da temperatura da água normalmente acima de 50 °C, a profundidade dos poços profundos pode alcançar até 1560 m, apresentando níveis dinâmicos da água em torno de 380 m. Desta forma necessitamos de bombeadores com capacidades superiores a 400 mca (metros de coluna d’água), consequentemente os sistemas de bombeamento exigem cuidados mais criteriosos na seleção dos equipamentos. (MELLO et al., 2010).
Em nota, Mello et al. (2010) coloca que no caso da água a uma temperatura de 50ºC, associada ao fator profundidade do poço, haverá uma perda de potência de bombeio, em virtude do baixo resfriamento de um motor comum, sendo necessário avaliar o fator de degeneração. Como alternativa, a potência do motor pode ser redimensionada, seguindo os procedimentos descritos por Electric (2013, p.07-08),
1) Usando a 2ª Tabela, determine a vazão (m³/h) exigida para a bomba, para diferentes diâmetros de poço ou revestimento. Se necessário acrescente uma camisa indutora de fluxo para obter, pelo menos, uma velocidade de fluxo de 0,91 m/s. 2) Determine a potência necessária para a bomba a partir da curva do fabricante (Anexo
D). 3) Multiplique a potência exigida pela bomba pelo fator multiplicador de
temperatura da 3ª Tabela. 4) Selecione na 4ª Tabela uma potência de motor (cv) cuja potência no Fator de Serviço seja pelo menos o valor calculado no item 3. (ELECTRIC, 2013, p.07-08).
A título de exemplificação, utilizando os dados do poço PI da CAERN, são descritos os procedimentos de redimensionamento da potência de um motor submerso comum, para uso em água quente (60≥T≥35), baseados em Electric (2013, p.07-08).
O revestimento do poço é de 8” e o bombeador de 6”, para o motor submerso de 19cv produzir 50m³/h a uma altura manométrica de 62 mca. Entretanto, numa hipótese, a água a ser bombeada estaria a uma temperatura de 52°C. A 2ª tabela (Anexo C) mostra que, para esta condição, é necessária uma camisa indutora de fluxo de 7" para aumentar a velocidade do fluxo, de modo a garantir os 0,91 m/s. Na 3ª tabela (Anexo C), localizar o fator multiplicador de calor de 1,32, já que a temperatura da água é maior que 50°C e a potência inicial do motor está entre 7,5 e 30 cv. Em seguida, multiplicar a potência inicial (19cv) pelo fator multiplicador (1,32), chegando a uma potência no Fator de Serviço (FS) de 25,08 cv, mínima para operar em água a 52°C. Usando a 4ª tabela (Anexo C), selecionar um motor cuja potência no fator de serviço fique acima de 25,08 cv. A tabela referida expõe que um motor de potência nominal igual a 25 cv tem potência no fator de serviço igual a 28,75 cv. Portanto, um motor de 25 cv pode ser usado. O perfil de dados do poço e da motobomba PI estão disponíveis na descrição dos equipamentos analisados (seção 4.2).
A transferência de calor excedente pelo motor compreende um modo de operação de risco, cuja refrigeração é deficiente, sendo oportuno para a análise de falhas ao assumir a importância dos critérios de fluxo e temperatura da água de sucção. Nesse sentido, a temperatura de extração da água em poços é um parâmetro que não pode ser negligenciado, assim como as especificações para refrigeração de motores submersos e a escolha do equipamento mais adequado para cada projeto de instalação.