Como lidar com vazamentos no selo mecânico de uma bomba centrífuga

Para entender o vazamento em uma bomba centrífuga, é importante primeiro entender o funcionamento básico de uma bomba centrífuga. À medida que o fluxo entra pelo olhal do rotor da bomba e sobe pelas palhetas do rotor, o fluido está a uma pressão e velocidade mais baixas. Quando o fluxo passa pela voluta, a pressão aumenta e a velocidade também. O fluxo então sai pela descarga, ponto em que a pressão é alta, mas a velocidade diminui. O fluxo que entra na bomba precisa sair dela. A bomba transmite carga (ou pressão), o que significa que aumenta a energia do fluido bombeado.

Certas falhas de componentes de uma bomba centrífuga, como acoplamento, sistema hidráulico, juntas estáticas e rolamentos, causarão falha em todo o sistema, mas aproximadamente sessenta e nove por cento de todas as falhas da bomba resultam do mau funcionamento do dispositivo de vedação.

A NECESSIDADE DE SELOS MECÂNICOS

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 — eles precisam fazer isso para manter uma película de fluido sobre toda a superfície do selo mecânico. O vazamento que sai pelo lado atmosférico é bastante baixo; o vazamento em um hidrocarboneto, por exemplo, é medido por um medidor de VOC em partes/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 embutida no que era chamado de "caixa de gaxeta". Uma gaxeta era então adicionada à parte traseira para compactar tudo. Como a gaxeta está em contato direto com o eixo, ela requer lubrificação, mas ainda assim consome potência.

Normalmente, um "anel de lanterna" permite que a água de lavagem seja aplicada à 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 da descarga para longe do processo para evitar contaminação.
• evitar que a água da descarga se acumule no chão (excesso de spray), o que é uma preocupação da OSHA e uma preocupação de limpeza.
• proteger 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, você precisará testá-la para descobrir os custos anuais necessários para seu funcionamento. Uma bomba de vedação pode ser acessível para instalar e manter, mas se você calcular quantos galões de água ela consome por minuto ou por ano, poderá se surpreender com o custo. Uma bomba com selo mecânico pode economizar bastante nos custos anuais.

Dada a geometria geral de um selo mecânico, em qualquer lugar onde haja uma junta ou um anel de vedação, há um potencial ponto de vazamento:

• Um anel de vedação dinâmico (ou junta) erodido, desgastado ou desgastado conforme a vedação mecânica se move.
• Sujeira ou contaminação entre as vedações mecânicas.
• Uma operação fora do projeto dentro dos selos mecânicos.

OS CINCO TIPOS DE FALHAS EM DISPOSITIVOS DE VEDAÇÃO

Se a bomba centrífuga apresentar um vazamento descontrolado, você deve verificar cuidadosamente todas as causas potenciais para determinar se precisa de reparos ou uma nova instalação.

1. Falhas Operacionais

Negligenciando o Ponto de Melhor Eficiência: Você está operando a bomba no Ponto de Melhor Eficiência (BEP) em uma curva de desempenho? Cada bomba é projetada com um Ponto de Eficiência específico. Ao operar a bomba fora dessa região, você cria problemas de fluxo que causam a falha do sistema.

Altura de sucção positiva líquida (NPSH) insuficiente: se sua bomba não tiver altura de sucção suficiente, o conjunto rotativo pode ficar instável, causar cavitação e resultar em falha na vedação.

Operando com a cabeça morta:Se você ajustar a válvula de controle muito baixa para estrangular a bomba, poderá obstruir o fluxo. O fluxo obstruído causa recirculação dentro da bomba, o que gera calor e promove a falha da vedação.

Funcionamento a seco e ventilação inadequada da vedação: Uma bomba vertical é a mais suscetível, pois o selo mecânico está posicionado na parte superior. Se a ventilação for inadequada, o ar pode ficar preso ao redor do selo e não conseguir evacuar a caixa de gaxetas. O selo mecânico falhará em breve se a bomba continuar funcionando nessas condições.

Baixa Margem de Vapor:Estes são fluidos de flashing; hidrocarbonetos quentes flashing quando expostos às condições atmosféricas. À medida que a película de fluido atravessa o selo mecânico, ele pode flashear no lado atmosférico e causar uma falha. Essa falha ocorre frequentemente em sistemas de alimentação de caldeiras — água quente a 121-137 °C flashing com a queda de pressão nas faces do selo.

2. Falhas mecânicas

Desalinhamento do eixo, desequilíbrio do acoplamento e desequilíbrio do impulsor podem contribuir para falhas na vedação mecânica. Além disso, após a instalação da bomba, se houver tubos desalinhados aparafusados ​​a ela, a bomba será submetida a muita pressão. Você também precisa evitar uma base ruim: a base está firme? Está rejuntada corretamente? Tem um pé manco? Está parafusada corretamente? E, por último, verifique os rolamentos. Se a tolerância dos rolamentos se desgastar, os eixos se moverão e causarão vibrações na bomba.

3. Falhas nos componentes do selo

Você tem um bom par tribológico (o estudo do atrito)? Escolheu as combinações corretas de revestimento? E quanto à qualidade do material da face da vedação? Seus materiais são adequados para sua aplicação específica? Você selecionou as vedações secundárias adequadas, como juntas e anéis de vedação, preparadas para ataques químicos e térmicos? Suas molas não devem estar obstruídas nem seus foles corroídos. Por fim, fique atento a distorções da face devido à pressão ou ao calor, pois uma vedação mecânica sob alta pressão pode se curvar, e o perfil inclinado pode causar vazamento.

4. Falhas no projeto do sistema

É necessário um sistema de descarga de vedação adequado, juntamente com refrigeração suficiente. Sistemas duplos possuem fluidos de barreira; o recipiente de vedação auxiliar precisa estar no local correto, com a instrumentação e a tubulação corretas. É necessário levar em consideração o comprimento da tubulação reta na sucção — alguns sistemas de bombas mais antigos, que frequentemente vinham como um skid embalado, incluem um cotovelo de 90º na sucção, logo antes do fluxo entrar no olhal do impulsor. O cotovelo causa um fluxo turbulento que cria instabilidades no conjunto rotativo. Toda a tubulação de sucção/descarga e bypass também precisa ser projetada corretamente, especialmente se algumas tubulações foram reparadas em algum momento ao longo dos anos.

5. Tudo o mais

Outros fatores diversos são responsáveis ​​por apenas cerca de 8% de todas as falhas. Por exemplo, sistemas auxiliares às vezes são necessários para fornecer um ambiente operacional aceitável para um selo mecânico. Para referência a sistemas duplos, você precisa de um fluido auxiliar para atuar como uma barreira que impeça a contaminação ou o vazamento de fluido de processo para o ambiente. No entanto, para a maioria dos usuários, abordar uma das quatro primeiras categorias conterá a solução necessária.

CONCLUSÃO

Selos mecânicos são um fator importante na confiabilidade de equipamentos rotativos. Eles são responsáveis ​​por vazamentos e falhas no sistema, mas também indicam problemas que podem causar sérios danos no futuro. A confiabilidade da vedação é amplamente afetada pelo projeto da vedação e pelo ambiente operacional.