Guia completo das bombas de areia e dragagem: como movimentam areia, gravilha e sedimentos

As bombas de areia e dragagem são grandes máquinas centrífugas de elevada capacidade que transportam lamas, rocha, lama, areia bruta, misturas de dragagem, silte e outros materiais de areia e gravilha do fundo do mar, de lagos ou de rios, em vez de os escavarem com uma caçamba. Estão presentes em quase todas as operações de extração de areia de rio, em qualquer projeto de aprofundamento por dragagem de um porto ou em projetos de aterro em todos os países do mundo – mas, nestas situações, a maioria dos clientes só percebe que precisa delas quando a bomba normal falha. Esta página explica o que são, como funcionam, os tipos principais, como as dimensionar, os motivos das falhas e quanto custa ter uma. Informação não associada a qualquer OEM específico. Destinada a engenheiros de projeto, gestores de instalações e responsáveis pela encomenda de bombas. Quando estiver preparado para comparar modelos específicos, a BBP publica aqui uma descrição completa do produto que enquadra esta ficha técnica.

O que é uma bomba de areia e dragagem?

Uma bomba de areia e dragagem é um tipo de bomba centrífuga concebida para transferir uma mistura de água e sólidos — areia, gravilha, silte, lama e até pedra — num único caudal bombeado. Esta mistura — que a indústria dos Estados Unidos designa por slurry, e cuja classe geral de equipamento são as bombas de lamas — inclui os membros menos pesados desta classe. As bombas de dragagem destinam-se a processar a alimentação — variável e não peneirada — e os riscos maiores de um leito de rio, bacia de rejeitados ou fundo portuário. Esta diferença é importante, pois «dragagem» é uma função, não uma norma distinta para máquinas. Conforme identificado na norma ANSI/HI 12,1-12,6 do Hydraulic Institute, «bomba de lamas» é a terminologia normalizada que descreve o projeto, a aplicação e os ensaios destas máquinas. Uma «bomba de dragagem» é uma bomba de lamas utilizada em serviço de dragagem – com uma passagem interna maior e uma geometria de aspiração concebida para recolher material do fundo. Por conseguinte, quando um fornecedor agrupa uma «bomba de areia», uma «bomba de gravilha», uma «bomba de dragagem de areia» ou uma «bomba de dragagem», está normalmente a referir-se à mesma família de equipamentos, apenas otimizada de forma ligeiramente diferente. Todas partilham uma função: transportar grandes quantidades de sólidos abrasivos que destruiriam rapidamente uma bomba de água.

Como funciona uma bomba de dragagem

As bombas de dragagem realizam algum trabalho sobre os sólidos ao transportá-los numa corrente de água acelerada. Não os elevam mecanicamente. Tudo o que é necessário saber sobre o seu projeto e, em seguida, para compreender quase todos os modos de falha apresentados neste manual, está contido nessa única afirmação!

Como funciona uma bomba de dragagem?

Existem quatro etapas no seu ciclo de funcionamento: primeira etapa, aspiração: o impulsor em rotação cria uma zona de baixa pressão à frente da bomba. Isto reduz a pressão em toda a entrada da bomba. A pressão atmosférica e o peso da coluna de lama empurram então a água com materiais sólidos para dentro da bomba. Segunda etapa, aceleração: o impulsor, semelhante a uma roda em rotação (roda no centro da bomba), lança para fora, por força centrífuga, a água com partículas sólidas. Depois, a terceira etapa, difusão: o caudal tem de desacelerar e converter velocidade em pressão para superar o efeito da gravidade. Quarta etapa, descarga: a pressão impulsiona o fluido através da tubagem de descarga e conduz o caudal até ao ponto necessário. Os engenheiros ambientais estatais também o resumem simplesmente: uma draga hidráulica aspira material arrastado pela água no ponto de escavação através de bombas centrífugas. Esta é a parte que os concorrentes evitam. A água na tubagem de descarga tem de se mover suficientemente depressa para que os sólidos não se depositem, acima da velocidade de sedimentação, como os engenheiros lhe chamam. A bibliografia sobre transporte de lamas mostra que a bomba tem de desenvolver uma velocidade supercrítica para que as partículas permaneçam em suspensão em vez de assentarem e entupirem a tubagem. Se a tubagem operar a uma velocidade demasiado baixa, as partículas pesadas depositam-se, formam uma acumulação no fundo da tubagem, assentam e entopem-na; por isso, a bomba de dragagem não é classificada apenas pela pressão, mas pelo caudal: é o caudal que mantém a tubagem livre de depósitos. As bombas submersíveis alteram o cenário de outra forma. Em vez de levar toda a bomba até onde está a lama, colocam-na no ponto de entrega; assim, reduzem bastante a limitação da altura de aspiração, evitando que a admissão da bomba tenha de elevar uma enorme quantidade de lama. Esta é uma razão pela qual trabalhos profundos ou difíceis de escorvar passam com tanta frequência de uma bomba instalada em terra para uma bomba de dragagem submersível.

Principais tipos de bombas de areia e dragagem

A olho nu, o mercado parece cada vez mais preenchido: submersível, hidráulica, elétrica, de aspiração, de reforço, de corte; mas cada um destes descritores apenas descreve uma de três decisões de projeto distintas. Se agrupássemos uma bomba segundo três eixos, a categoria tornar-se-ia mais do que um nome. O primeiro eixo é a posição: o local onde a bomba é fisicamente instalada. Uma bomba horizontal instalada a seco fica numa margem ou convés e aspira a lama através de uma tubagem de aspiração. As bombas submersíveis ficam debaixo de água, no ponto de origem; já uma bomba instalada numa escavadora pode ser fixada à lança para conveniência operacional. O segundo eixo é o acionamento: como a bomba é acionada — por motor elétrico, motor diesel, unidade hidráulica ou redutor ligado a uma máquina motriz maior. O terceiro eixo é a função na tubagem: se é a bomba principal (que recolhe o material na origem) ou uma bomba de reforço (inserida numa tubagem de descarga longa para manter a pressão e a velocidade). As unidades submersíveis elétricas funcionam a menor velocidade, com partes hidráulicas resistentes à abrasão, concebidas para serviço contínuo. As unidades submersíveis hidráulicas — com potência e alcance efetivamente muito superiores — são uma combinação natural para areia totalmente compactada, com escavadoras e cabeças de corte. Para agregados grossos, os operadores passam frequentemente para uma bomba de gravilha para agregados grossos, que volta a alargar as passagens internas. O essencial não é memorizar designações — é colocar três questões: onde fica a bomba, o que a aciona e se é principal ou de reforço?

Bomba de dragagem vs. bomba de lamas: qual é a diferença?

Esta é a questão que mais frequentemente leva os compradores a errar. Ambas as máquinas são bombas centrífugas para transporte de sólidos e os termos são usados indistintamente. Contudo, são de facto concebidas para correntes de alimentação diferentes, e comprar a solução incorreta é um erro dispendioso.

Em que difere uma bomba de dragagem de uma bomba normal?

Uma instalação adequada a bombas de lamas de uso geral processa uma alimentação constante e frequentemente classificada por bypass ou ciclones, com granulometria fina a média e caudais conhecidos. As suas folgas e o impulsor são selecionados para essa corrente. As bombas de dragagem são concebidas para o imprevisível: uma alimentação que varia de minuto para minuto, nunca é limpa e pode trazer detritos do tamanho de um punho sem aviso. Para tal, necessitam de passagens internas mais largas, folgas maiores e uma geometria adequada à remoção de material de um líquido e à manutenção do escorvamento. As pequenas bombas de água típicas, para materiais muito abrasivos, utilizam passagens estreitas, tolerâncias apertadas e folgas pequenas, falhando em semanas em qualquer das situações. Para condições médias de funcionamento de instalações com abrasivos grossos, a melhor escolha — para alimentação conhecida e constante — é na maioria dos casos uma verdadeira bomba de lamas; consulte o guia de campo de bombas de lamas para mineração e a diferença entre bombas de lamas horizontais e bombas de lamas verticais. Para uma situação de dragagem marítima variável, necessita de uma bomba de dragagem.

Como as bombas de dragagem se integram no equipamento de dragagem

As bombas de dragagem raramente são adquiridas como unidade isolada. Como todas as bombas, são um elemento de um sistema maior, e as propostas tornam-se confusas quando o comprador não percebe claramente a que sistema o fornecedor se refere. As referências do setor — que agrupam instalações de funcionamento típicas — remetem para a Central Dredging Association; a sua introdução à dragagem agrupa os equipamentos habituais num pequeno número de tipos – as bombas variam com cada versão. Uma draga de sucção com cortador (CSD) é uma instalação fixa, cuja bomba fica próxima de uma cabeça de corte, aspirando através de uma tubagem o material solto pelo cortador. A bomba fica normalmente no convés, mas uma segunda bomba pode ser descida por uma escada perto do cortador para melhorar a aspiração. Em contraste, uma draga de sucção por arrasto com cisterna (TSHD) é uma embarcação autopropulsionada que baixa uma cabeça de sucção de arrasto até ao fundo marinho enquanto navega. Enche a sua cisterna de bordo com lama, e a bomba fica a bordo. Uma draga de pontão ou de trado é uma barcaça menor destinada a lagoas e lagunas costeiras. Uma instalação em escavadora suspende uma bomba hidráulica de dragagem na lança da escavadora. Um conjunto submersível coloca a bomba na água, encaixada no fundo, e alimenta-a através de um cabo ou grua. Conhecer estes termos poupar-lhe-á tempo na fase de consulta. Quando um fornecedor propõe «uma bomba de escada da classe CSD», percebe agora que está a propor uma bomba principal para uma aplicação em linha — outro reforço de convés. A BBP apresenta a sua gama para serviço de dragagem, incluindo linhas para bombas de escada ou de convés.

Como dimensionar e selecionar uma bomba de dragagem

Escolher uma bomba de dragagem parece difícil, mas começa com três valores. Se estiverem corretos, um fornecedor experiente consegue concluir a escolha; se estiverem errados, nenhuma placa de carboneto de tungsténio trará bons resultados.

Que fatores deve considerar ao selecionar uma bomba de dragagem?

Além dos três valores, dois requisitos adicionais determinam a melhor correspondência. A concentração de lama — a relação entre sólidos e massa — indica o trabalho exigido à bomba e ao motor, pois uma concentração mais elevada torna a lama mais pesada. E a maioria dos compradores ignora completamente este dado adicional. As curvas de bombas publicadas são obtidas com água doce; ao bombear lama, a altura manométrica de funcionamento é maior e o rendimento menor. A orientação recomendada pelo Hydraulic Institute sugere reduzir essas curvas, aplicando uma correção que corresponda às condições reais, em vez de presumir que são exatas. Interpretar uma curva de bomba como se fosse uma curva para serviço de lamas é uma das alegações mais frequentemente exageradas do setor. Uma falha frequente no projeto é selecionar pelo caudal e esquecer a dimensão máxima dos agregados. A bomba selecionada pode cumprir o caudal no papel, mas encrava assim que encontra um fragmento de agregado britado que exceda a sua passagem no corpo da bomba. Os desenhos identificam sistematicamente uma sequência de falhas devido a especificações intermédias de material, seguida de uma passagem de impulsor subdimensionada, entre as maiores causas de especificação excessiva para agregados grossos. Depois de fornecer os três valores e uma percentagem realista de lama, uma calculadora de seleção como a existente na página de bombas de dragagem da BBP pode indicar o tamanho da carcaça.

Desgaste, modos de falha e manutenção

Todas as bombas de dragagem são, em certo sentido, consumíveis. Em serviço contínuo, ao fazerem passar grãos abrasivos a alta velocidade pelo seu interior, desgastam-se. As questões são então a rapidez desse desgaste e o custo de substituição das peças desgastadas. Quatro modos de falha predominam nas paragens não programadas. O desgaste abrasivo do impulsor e da voluta causado pelos sólidos é um desgaste progressivo durante o serviço; o entupimento ocorre quando uma partícula maior do que a passagem fica presa na parte hidráulica, ou quando a linha fica abaixo da velocidade de sedimentação na entrada. A cavitação consiste na formação e colapso de uma cunha de vapor na entrada da bomba quando a pressão de entrada cai demasiado, provocando picaduras no metal e ruído semelhante a gravilha. A falha de rolamentos e vedantes resulta da intrusão de grãos quando estes atingem superfícies que deveriam estar protegidas. A investigação da Western Dredging demonstrou que, no serviço com rochas grandes, o desgaste acelerado por impacto, e não a abrasão constante, consome a vida útil das peças.

• ✔ Inspecione o impulsor e o corpo da bomba num intervalo previamente definido: invariavelmente, são os primeiros a sofrer erosão.
• ✔ Monitorize a pressão de aspiração e de descarga, que deve manter-se constante; as falhas manifestam-se como uma diminuição contínua.
• ✔ As velocidades na tubagem devem manter-se acima do limiar de sedimentação: operar abaixo do regime previsto enche a tubagem tão certamente como a sobrecarga.
• ✔ A causa n.º 1 de reparações dispendiosas de bombas é negligenciar os vedantes e a lubrificação; isto permite a intrusão de grãos e transforma uma reparação rápida e simples numa bomba inteiramente nova.

Uma causa típica de substituição desnecessária ocorre quando a queda da pressão de altura manométrica leva os operadores a procurar uma bomba avariada, quando, na realidade, o problema é uma parte hidráulica desgastada ou uma linha de silte com potência insuficiente — ambos também facilmente reparáveis. Para serviço fino ou corrosivo, o guia de bombas de lamas revestidas a borracha mostra que a parte hidráulica em elastómero é quase sempre a escolha mais económica.

Onde são utilizadas as bombas de areia e dragagem

Todas estas bombas enquadram-se em alguns grupos de aplicações, e cada um define mais uma configuração de bomba do que o nome da indústria. Vejamos um exemplo. Uma autoridade portuária regional verifica que a taxa de assoreamento do canal acelera em cada estação e que embarcações de maior calado estão a ser recusadas nas marés baixas. Em vez de contratar uma draga de porão para uma campanha curta, a autoridade decide instalar, para a totalidade do trabalho, uma configuração fixa de dragagem por sucção com cortador, com uma bomba de dragagem a funcionar continuamente em condições de mistura de silte e pedras, descarregando através de tubagem para uma zona de recuperação de terrenos situada 1 km para o interior. O que distingue esta contratação não é o «trabalho marítimo» — são várias operações em serviço contínuo, com uma pedra grande ocasional, que justificam a decisão de sobredimensionar uma bomba de dragagem robusta com um sistema de aumento da pressão, em vez de uma simples bomba de areia. A dragagem hidráulica é também fundamental para a aplicação de procedimentos de mitigação ambiental; as agências estatais dos Estados Unidos exigem documentação da sua utilização na remoção de sedimentos contaminados ou excedentários dos cursos de água. Para uma escavação num conjunto de ambientes, consulte as orientações de seleção de bombas para equipamento de extração de areia e de bombagem a partir da água publicadas pela BBP.

O que determina o custo e o custo total de propriedade

O custo de compra da bomba é aquilo em que os compradores se concentram primeiro e o custo que menos contribui ao longo da vida útil da bomba. A descrição realista é o custo total de propriedade: o que a bomba custa a comprar e o que acrescentará em energia e manutenção nos anos seguintes.

Quanto custa uma bomba de dragagem?

Os preços de leilão não são fiáveis nos locais onde são publicados, porque a mesma carcaça de bomba pode custar o dobro, consoante a configuração; considere qualquer valor abaixo de um número incorreto como previsivelmente muito inferior ao valor correto. O que pode ser considerado fiável para descrever um preço é a lista de fatores que influenciam o custo. O custo de aquisição varia consoante o tamanho da carcaça, a liga especificada para as peças de desgaste, o tipo de acionamento (um conjunto hidráulico e um conjunto com motor fossé custam mais do que a bomba elétrica sem acionamento), a presença e o tipo de vedação, e a compra de uma bomba de eixo livre ou de um conjunto completo com motor e placa de base. Ao longo da vida útil, dois fatores superam normalmente de forma inequívoca o preço de compra: o custo habitual das peças de desgaste — impulsores, revestimentos interiores e peças adaptadoras — consumidas no chamado ciclo; e a energia, porque movimentar lama carregada de lodo ou pedra é uma operação intensiva em mão de obra. É por isso que uma bomba corretamente e rigorosamente nominal é a bomba menos dispendiosa. Uma bomba com capacidade excessiva, estrangulada, consome energia em todas as horas de funcionamento; uma bomba subdimensionada sofre desgaste rápido e bloqueia o projeto. É no início que o projeto está melhor posicionado para poupar dinheiro: dimensione corretamente com uma proposta configurada e específica do modelo — o único tipo em que vale a pena investir — na página de dimensionamento de bombas de areia e dragagem da BBP, tendo em conta os requisitos da sua aplicação.

O futuro da dragagem de areia: perspetivas do setor

Há duas mudanças convergentes na dragagem de areia: o aumento da procura e o escrutínio. O terceiro relatório do UNEP sobre areia e sustentabilidade apresenta números notáveis; utilizamos atualmente cerca de 50 billon mt de areia por ano para construir, e a procura de areia para edifícios crescerá até 45% — mais do que o abastecimento natural da Terra consegue suportar, um «défice de areia», como lhe chama o UNEP.

A areia é por vezes chamada o herói não celebrado do desenvolvimento, mas o papel fundamental que desempenha na manutenção dos serviços naturais de que dependemos é ainda mais negligenciado. — Pascal Peduzzi, Diretor, UNEP/GRID-Geneva

Com qualquer especificação de bombas de areia e de dragagem surgem três consequências… Primeiro, a regulamentação está a tornar-se mais exigente: segundo o UNEP, cerca de 50 por cento das empresas de dragagem operam em AMP; a pressão para avaliação de impacte e monitorização está a aumentar — por isso, se está a planear um projeto para 2027, comece já a considerar a instrumentação e o tempo necessário. Segundo, os acionamentos estão a evoluir: conjuntos de dragagem híbridos e totalmente elétricos, além de carregamento remoto e dragas cada vez mais automatizadas, estão a generalizar-se à medida que os operadores procuram emissões mais baixas e um controlo mais rigoroso do local. Terceiro, a monitorização está a avançar para a utilização rotineira: sensores de caudal, densidade e desgaste permitem aos operadores trabalhar mais perto do ponto de funcionamento ideal e demonstrar simultaneamente a conformidade. Lição prática: quando especificar hoje a bomba a encomendar, faça-o tendo em vista a próxima década — uma década que incluirá, sem dúvida, alguma forma de variadores de frequência, instrumentação e a documentação que um número crescente de reguladores exigirá.

Perguntas frequentes