Para entender o vazamento em bombas centrífugas, é importante primeiro compreender o funcionamento básico de uma bomba centrífuga. Quando o fluido entra pela entrada do rotor da bomba e sobe pelas pás do rotor, ele está a uma pressão e velocidade baixas. Ao passar pela voluta, a pressão e a velocidade aumentam. O fluido então sai pela descarga, ponto em que a pressão é alta, mas a velocidade diminui. O fluido que entra na bomba precisa sair dela. A bomba gera altura manométrica (ou pressão), o que significa que ela aumenta a energia do fluido bombeado.
Algumas falhas em componentes de uma bomba centrífuga, como acoplamentos, juntas hidráulicas e estáticas e rolamentos, podem causar a falha de todo o sistema, mas aproximadamente 69% de todas as falhas em bombas resultam do mau funcionamento do dispositivo de vedação.
A NECESSIDADE DE VEDAÇÕES MECÂNICAS
Um selo mecânicoÉ um dispositivo usado para controlar vazamentos entre um eixo rotativo e um recipiente cheio de líquido ou gás. Sua principal função é controlar vazamentos. Todas as vedações apresentam vazamentos — isso é necessário para manter uma película de fluido sobre toda a superfície da vedação mecânica. O vazamento para o lado atmosférico é relativamente baixo; o vazamento em um hidrocarboneto, por exemplo, é medido por um medidor de VOC em partes por milhão.
Antes do desenvolvimento dos selos mecânicos, os engenheiros normalmente vedavam uma bomba com gaxetas mecânicas. A gaxeta mecânica, um material fibroso geralmente impregnado com um lubrificante como grafite, era cortada em seções e inserida em um recipiente chamado "caixa de gaxeta". Uma bucha de vedação era então adicionada na parte traseira para compactar tudo. Como a gaxeta está em contato direto com o eixo, ela requer lubrificação, mas ainda assim reduz a potência.
Normalmente, um "anel de lanterna" permite a aplicação de água de lavagem na gaxeta. Essa água, necessária para lubrificar e resfriar o eixo, vazará para o processo ou para a atmosfera. Dependendo da sua aplicação, você pode precisar:
- Direcione a água de lavagem para longe do processo para evitar contaminação.
- Evitar que a água da descarga se acumule no chão (respingos), o que representa um problema tanto para a segurança do trabalho quanto para a limpeza.
- Proteja a caixa de rolamentos da água de lavagem, que pode contaminar o óleo e eventualmente levar à falha do rolamento.
Como acontece com qualquer bomba, é importante testá-la para descobrir os custos anuais de funcionamento. Uma bomba de gaxeta pode ter um custo de instalação e manutenção acessível, mas se você calcular quantos litros de água ela consome por minuto ou por ano, poderá se surpreender com o valor final. Uma bomba com selo mecânico pode representar uma economia significativa nos custos anuais.
Considerando a geometria geral de uma vedação mecânica, em qualquer ponto onde haja uma junta ou um anel de vedação, existe um potencial ponto de vazamento:
- Um anel de vedação dinâmico (ou junta) erodido, desgastado ou com marcas de atrito devido ao movimento da vedação mecânica.
- Sujeira ou contaminação entre as vedações mecânicas.
- Operação fora do projeto dentro das vedações mecânicas.
OS CINCO TIPOS DE FALHAS EM DISPOSITIVOS DE VEDAÇÃO
Se a bomba centrífuga apresentar um vazamento descontrolado, você deve verificar minuciosamente todas as causas potenciais para determinar se precisa de reparos ou de uma nova instalação.
1. Falhas Operacionais
Ignorando o Ponto de Melhor Eficiência: Você está operando a bomba no Ponto de Melhor Eficiência (PME) da curva de desempenho? Cada bomba é projetada com um Ponto de Eficiência específico. Quando você opera a bomba fora dessa região, cria problemas de fluxo que causam a falha do sistema.
Altura de sucção positiva líquida insuficiente (NPSH): Se a sua bomba não tiver altura de sucção suficiente, o conjunto rotativo pode ficar instável, causar cavitação e resultar em falha da vedação.
Operando em marcha lenta:Se você ajustar a válvula de controle muito para um nível muito baixo, restringindo o fluxo da bomba, poderá obstruí-lo. O fluxo obstruído causa recirculação dentro da bomba, o que gera calor e favorece a falha da vedação.
Funcionamento a seco e ventilação inadequada da vedação: Uma bomba vertical é a mais suscetível, pois a vedação mecânica está posicionada na parte superior. Se a ventilação for inadequada, o ar pode ficar preso ao redor da vedação e não conseguirá sair da caixa de gaxetas. A vedação mecânica falhará em breve se a bomba continuar funcionando nessas condições.
Baixa margem de vapor:Esses são fluidos vaporizados; hidrocarbonetos quentes vaporizam ao serem expostos às condições atmosféricas. À medida que a película de fluido passa pela vedação mecânica, ela pode vaporizar no lado atmosférico e causar uma falha. Essa falha ocorre frequentemente em sistemas de alimentação de caldeiras — a água quente a 121-138 °C vaporiza com a queda de pressão nas faces da vedação.
2. Falhas Mecânicas
O desalinhamento do eixo, o desequilíbrio do acoplamento e o desequilíbrio do rotor podem contribuir para falhas na vedação mecânica. Além disso, após a instalação da bomba, se houver tubulações desalinhadas aparafusadas a ela, isso imporá uma grande tensão à bomba. Também é preciso evitar uma base inadequada: a base está segura? Está devidamente rejuntada? Há alguma irregularidade na base? Está aparafusada corretamente? Por fim, verifique os rolamentos. Se a tolerância dos rolamentos estiver muito baixa, os eixos se moverão e causarão vibrações na bomba.
3. Falhas nos componentes de vedação
Você possui um bom par tribológico (o estudo do atrito)? Escolheu as combinações de revestimento corretas? E quanto à qualidade do material da face de vedação? Seus materiais são adequados para sua aplicação específica? Selecionou as vedações secundárias apropriadas, como juntas e anéis de vedação, que sejam resistentes a ataques químicos e térmicos? Suas molas não devem estar obstruídas nem seus foles corroídos. Por fim, fique atento a distorções na face causadas por pressão ou calor, pois uma vedação mecânica sob alta pressão pode se deformar, e o perfil distorcido pode causar vazamentos.
4. Falhas no projeto do sistema
É necessário um sistema de lavagem de vedação adequado, juntamente com refrigeração suficiente. Sistemas duplos possuem fluidos de barreira; o reservatório de vedação auxiliar precisa estar no local correto, com a instrumentação e tubulação adequadas. É preciso levar em consideração o comprimento do trecho reto de tubulação na sucção — alguns sistemas de bombas mais antigos, frequentemente fornecidos em skids, incluem um cotovelo de 90º na sucção, logo antes da entrada do fluxo no olho do rotor. O cotovelo causa um fluxo turbulento que gera instabilidades no conjunto rotativo. Todas as tubulações de sucção/descarga e de bypass também precisam ser projetadas corretamente, especialmente se algumas tubulações tiverem sido reparadas ao longo dos anos.
5. Tudo o mais
Outros fatores diversos respondem por apenas cerca de 8% de todas as falhas. Por exemplo, sistemas auxiliares são, por vezes, necessários para proporcionar um ambiente operacional adequado para uma vedação mecânica. No caso de sistemas duplos, é necessário um fluido auxiliar que atue como barreira, impedindo a contaminação ou o vazamento do fluido do processo para o ambiente. Contudo, para a maioria dos utilizadores, a solução encontrada será a que se procura, considerando apenas uma das quatro primeiras categorias.
CONCLUSÃO
Os selos mecânicos são um fator crucial na confiabilidade de equipamentos rotativos. Eles são responsáveis por vazamentos e falhas do sistema, mas também indicam problemas que podem causar danos graves no futuro. A confiabilidade do selo é fortemente influenciada pelo seu projeto e pelo ambiente operacional.
Data da publicação: 26/06/2023