Bombas para Usinas Sucroalcooleiras: Guia Técnico de Seleção por Ponto de Bombeamento

1. Os treze pontos de bombeamento de uma usina sucroalcooleira

Uma usina sucroalcooleira é, do ponto de vista do bombeamento, não uma planta — é uma coleção de processos acoplados, cada um com seu próprio fluido característico.

Não há uma "bomba da usina": este guia organiza os serviços em treze pontos — caldo misto (o caldo de cana que sai da extração), caldo clarificado, lodo do decantador, xarope, massa cozida, méis A/B, mel final, mosto em fermentação, vinho delevedurado, vinhaça, etanol hidratado, etanol anidro e, onde houver, circuito de óleo térmico. Água de embebição, de resfriamento, condensado e alimentação de caldeira seguem os critérios dos guias de água quente e de usinas de energia.

Cada ponto tem temperatura diferente, viscosidade diferente, pH diferente, presença de sólidos diferente — e requer uma decisão de seleção diferente.

A tabela resume, para cada ponto, a natureza do fluido, os dados que precisam ser medidos na usina e a série FB indicada. Ela não traz faixas numéricas: temperatura, viscosidade e pH variam com a matéria-prima, o processo e a época da safra, e a seleção usa os valores medidos na sua planta.

2. As cinco aplicações mais críticas da usina

Nem todas as bombas pesam igual quando falham. Algumas param a destilaria ou a fábrica de açúcar; outras têm reserva instalada ou tanque pulmão. Classifique cada ponto pela consequência da parada na sua usina — perda de produção, risco ambiental, risco de incêndio — e concentre nesses pontos a especificação detalhada e o estoque de peças.

Cinco serviços costumam combinar dois ou mais fatores agressivos ao mesmo tempo: temperatura elevada, abrasão por sólidos, corrosão, NPSH disponível pequeno ou viscosidade alta.

• 1. Vinhaça na saída da destilação — sai quente da base da coluna, perto do ponto de ebulição na pressão da coluna, e o NPSH disponível depende quase só da altura de líquido acima da bomba e das perdas da sucção. É ácida, com sólidos dissolvidos e em suspensão; o material sai da análise (cloretos, pH, temperatura) e do histórico de corrosão da usina.
• 2. Mel final — viscosidade muito alta, que cai com a temperatura; o serviço é de deslocamento positivo (FBEI ou FBE). Linha isolada e aquecida e aquecimento no corpo da bomba (câmara na FBE, camisa na FBEI) evitam que o fluido esfrie nas folgas.
• 3. Massa cozida — cristais em suspensão em mel viscoso. Como há sólidos, rotação, folgas e buchas são definidos pela FB na seleção (manual FBE, item 2.3), com dados de Brix, teor de cristais e temperatura.
• 4. Etanol perto do ponto de ebulição (base de coluna, refluxo, condensado) — pouca margem de NPSH e fluido inflamável. Exige NPSH verificado no ponto real, vedação definida com o fabricante do selo e equipamento elétrico certificado para a zona.
• 5. Lodo do decantador — sólidos floculados e terra, abrasivos e com tendência a depositar. O manual FBCN pede consulta à FB para sólidos em suspensão e prevê o arranjo S3 (lavagem com líquido limpo externo) para partículas abrasivas.

3. Bomba para melaço e mel final: a curva de viscosidade que define a tecnologia

Méis e melaço são soluções concentradas de açúcares com impurezas. A viscosidade cresce com o Brix e cai muito com a temperatura, e a mesma usina pode ter valores bem diferentes ao longo da safra. Por isso a especificação precisa da viscosidade medida em laboratório nas temperaturas reais da linha — inclusive na partida e depois de paradas —, não de uma tabela genérica de outro processo.

A viscosidade é um critério de seleção, junto com vazão, pressão, sólidos e temperatura. A ANSI/HI 9.6.7 trata de correções de desempenho de centrífugas com líquidos newtonianos; os limites do método não são uma regra automática para trocar de tecnologia. Na FBE, a matriz do catálogo 2026 relaciona viscosidade, rotação e modelos: entre 50.000 e 100.000 SSU, por exemplo, lista 300–150 rpm apenas para 3″, 4″, 5″ e 6″.

A FBEI publica 140.000 cP como máximo independente da série; cristais exigem avaliação específica e não tornam uma bomba de engrenagem automaticamente adequada.

Na instalação: sucção curta e de diâmetro generoso, com o NPSH disponível calculado com a viscosidade real — a perda de carga na sucção cresce muito com a viscosidade —; linhas isoladas e aquecidas; e aquecimento no corpo da bomba quando o fluido pode esfriar nas folgas: câmara de aquecimento na FBE (execução CA) ou camisa na FBEI, cujos limites no manual MAN001-10 são vapor até 185 °C e fluido térmico até 232 °C, ambos até 10 bar.

4. Vinhaça: química, temperatura e sucção

A vinhaça é o resíduo da destilação do vinho. Sai quente da base da coluna, perto do ponto de ebulição na pressão da coluna, e segue para resfriamento, tanques e distribuição no campo.

No Estado de São Paulo, armazenamento, transporte e aplicação no solo seguem a Norma Técnica CETESB P4.231, que exige tanques de armazenamento e canais mestres ou primários impermeabilizados (itens 5.2 e 5.5) e um Plano de Aplicação de Vinhaça elaborado ou atualizado a cada ano (item 5.7); a vazão bombeada decorre desse plano.

É ácida e carrega sólidos dissolvidos e em suspensão; os teores de cloretos e de potássio variam com a matéria-prima (caldo, melaço ou mistura) e com o processo. Temperatura, pH, cloretos e sólidos precisam vir da análise da vinhaça da própria usina.

O manual FBCN documenta carcaça em ferro fundido, aço carbono WCB e inox CF8M. Compare a composição e a temperatura da vinhaça com dados de corrosão e inspeções da usina. Um índice como PREN ajuda a comparar ligas, mas não comprova desempenho nessa corrente. Se as opções documentadas não forem adequadas, confirme a viabilidade de outra construção antes de incluí-la na especificação; duplex e revestimentos não devem ser prometidos como opções de catálogo.

NPSH: com o líquido saturado na base da coluna, o NPSH disponível se reduz à altura de líquido acima da bomba menos as perdas da sucção. Confira a margem sobre o NPSH requerido da curva do modelo na vazão máxima e mantenha a sucção curta e sem restrições.

Modos de falha a acompanhar: corrosão localizada em material inadequado, erosão-corrosão onde a velocidade é alta, dano ao selo por choque térmico na partida e sobrecarga de eixo e mancais em operação prolongada longe do BEP. Registrar essas ocorrências por bomba é o que permite corrigir a especificação na safra seguinte.

5. Etanol hidratado versus etanol anidro: o que muda na bomba

Etanol hidratado e anidro têm especificações de qualidade próprias, fixadas pela Resolução ANP nº 907/2022, e diferem sobretudo no teor de água. Para a bomba, porém, o que mais muda é a posição do serviço: bombas de base de coluna, refluxo e condensado trabalham com líquido perto do ponto de ebulição; bombas de tancagem e expedição trabalham com produto resfriado. A hidráulica pode ser a mesma, mas não a margem de NPSH.

O etanol puro ferve a cerca de 78 °C à pressão atmosférica (351,5 K, média do NIST Chemistry WebBook). Como comparação, a 35 °C a pressão de vapor do etanol puro é de cerca de 13,8 kPa, perto de 14% da atmosfera padrão (101,325 kPa), pela equação de Antoine que o NIST publica (dados de Ambrose e Sprake, 1970).

Com líquido saturado no vaso de sucção, a pressão de vapor iguala a pressão do vaso, e o NPSH disponível se reduz à coluna de líquido acima da bomba menos as perdas da sucção. O NPSH requerido é da curva do modelo, não do produto: o que se verifica é a margem entre disponível e requerido no ponto real e na vazão máxima.

Para etanol, o fabricante do selo deve definir faces, elastômeros, arranjo e sistema auxiliar pelas condições reais e pelo critério de emissões. Quando o projeto adotar planos API 682, identifique o plano e seu escopo na consulta. A FBCN admite selo mecânico conforme a aplicação. O manual FBE descreve acoplamento magnético como opção a confirmar; isso não aprova a FBE para qualquer viscosidade de etanol nem garante ausência de vazamento em toda condição.

Área classificada: a extensão das zonas vem do estudo de classificação de áreas do projeto (ABNT NBR IEC 60079-10-1), não de um raio fixo. Motor, painel e instrumentos instalados na zona precisam da certificação Ex compulsória do Inmetro (Portaria Inmetro nº 115/2022). Quando especificado, a FB cota o conjunto com motor Ex que o fabricante do motor fornece com essa certificação e protetor de acoplamento em material anti-centelhante, opção prevista nos manuais das séries.

6. A realidade da safra e o planejamento de manutenção

Em uma campanha de 240 dias com operação 24 horas por dia, o total teórico é de 5.760 horas. As horas efetivas dependem do calendário de moagem e das paradas de cada usina. A janela de manutenção deve ser planejada a partir desse regime real de operação.

O objetivo prático é atravessar a safra sem intervenção não planejada nos pontos críticos. Isso depende de três decisões que a usina controla: ponto de operação perto do BEP nas centrífugas (e vazão, pressão e rotação dentro da tabela nas bombas de engrenagem), material e vedação corretos para cada fluido, e manutenção preventiva na entressafra.

Não existe um MTBF de referência válido para todas as usinas, e a FB não publica esse número. O indicador confiável é o histórico da própria usina: registre horas e falhas por bomba, defina quais falhas entram na conta e o período observado, e use o resultado para decidir reformas, trocas de material e estoque de peças.

Na entressafra, o escopo da reforma sai do estado encontrado e do manual da série: desmontagem, medição de folgas (rotor e anéis de desgaste nas centrífugas; engrenagens e buchas nas de engrenagem), troca de vedação, rolamentos e juntas quando indicado, alinhamento e, quando contratado, ensaio de desempenho em bancada.

7. Matriz de materiais por ponto de bombeamento

A seleção de materiais não segue uma regra única: cada ponto combina composição química, temperatura e abrasão diferentes, e a resposta é uma combinação de carcaça, rotor ou engrenagens, vedação e elastômeros.

A tabela apresenta os materiais documentados e os dados necessários para avaliar cada corrente. Uma construção diferente só pode entrar no pedido após confirmação de viabilidade, materiais, limites e disponibilidade pela FB.

8. Por que quatro séries FB Bombas atendem uma única usina

Numa usina, a variedade de fluidos faz com que nenhuma tecnologia atenda todos os pontos: padronizar tudo em uma só série leva bombas para fora do seu campo de aplicação.

A escolha entre as séries segue critérios verificáveis: viscosidade na temperatura de bombeamento, presença de sólidos, temperatura e pressão do serviço, e o limite documentado de cada série.

A FBCN (centrífuga normalizada back pull-out; o manual MTEC-03/00 declara construção mecânica conforme ASME B73.1) cobre os líquidos de baixa viscosidade — caldo, mosto, vinho, vinhaça, etanol e água —, com dados gerais de até 2.200 m³/h, 135 m e 260 °C, não simultâneos. A FBE (engrenagem externa, 12 diâmetros de 1/8″ a 6″ no MTEC-01/01) cobre xarope e méis, com rotação escolhida pela viscosidade.

A FBEI (engrenagem interna com redutor) é publicada com máximos independentes de 136 m³/h, 14 bar diferenciais, 140.000 cP e 340 °C. A FBOT só entra onde a usina tem circuito de óleo térmico, com limite de série de 350 °C.