Melhorando o desempenho da bomba com invólucros de contenção de cerâmica
Uma das principais variáveis que afetam o desempenho e a vida útil de uma bomba é a vedação do eixo. Anéis de vedação ou cartuchos são soluções comuns, mas os acoplamentos magnéticos podem proporcionar maior eficiência. A cerâmica avançada, em particular o óxido de zircônio FZM, está provando ser um material útil na indústria de bombas para melhorar a eficiência energética, resistência à corrosão e desempenho.
Nas bombas com acionamento magnético, não há conexão mecânica entre o rotor da bomba e o motor. Em vez disso, o acionamento é transmitido através de ímãs rotativos. Os invólucros de contenção são usados entre os ímãs externos conectados ao motor e os ímãs internos conectados ao rotor da bomba. Esta solução pode fornecer vedação sem vazamentos, o que melhora a segurança da bomba ao bombear meios agressivos.
Uma consideração de segurança adicional é o material para o invólucro de contenção. Ao operar, os metais comumente usados geram calor, desencadeado por indução magnética. Este calor adicional não é permitido ao bombear substâncias termicamente sensíveis e leva ao rápido superaquecimento da bomba em caso de falha do líquido de refrigeração. Calor adicional também pode contribuir para a evaporação do meio bombeado e cavitação.
Aplicativos do mundo real
Em um estudo de caso, várias bombas foram enviadas à fábrica para revisão após dois anos de operação. O meio bombeado era óleo quente a 110 C (230 F) com um teor de terra branqueadora de aproximadamente 5 por cento. Todos os componentes de transporte de fluxo, canais de circulação internos e aberturas estreitas foram lavados ou triturados. No entanto, não foram detectados vestígios de desgaste no revestimento cerâmico. Portanto, ele pode ser reinstalado na bomba reparada.
Em outro exemplo com um fabricante de bomba diferente, rolamentos externos defeituosos permitiram que o ímã externo esfregasse contra o invólucro de contenção. Com exceção de uma pista de moagem com profundidade de aproximadamente 0,4 milímetros (mm), o invólucro cerâmico de contenção permaneceu intacto. Assim, toda a bomba pôde ser salva, e apenas os rolamentos tiveram que ser substituídos. Nesta aplicação, o casco estava sob uma pressão de quase 40 bar. Novamente, o material cerâmico proporcionou segurança e desempenho com sua propriedade não magnética, alta tenacidade à fratura e alta resistência mecânica.
Eficiência Energética com Cerâmica
Além disso, a diferença entre os dois ímãs é importante para manter o desempenho. A fim de manter esta folga tão pequena quanto possível, a espessura da parede da lata é minimizada para aproximadamente 2 a 4 mm na área cilíndrica. O óxido de zircônio FZM pode resistir a uma certa deformação elástica devido ao seu baixo módulo de elasticidade, de modo que todas as tensões podem ser absorvidas mesmo em pressões de até 60 bar.
Aplicações como transporte de óleos ou ácido sulfúrico não ocorrem à temperatura ambiente. Muitas vezes, os requisitos de temperatura são definidos onde apenas alguns materiais podem ser usados. O FZM pode ser usado em temperaturas de até 450 C (842 F) sem alterações significativas. Como todos os materiais se expandem a essas temperaturas, podem surgir tensões. Uma vantagem deste material cerâmico é o seu coeficiente de expansão térmica, que é semelhante ao do ferro fundido, permitindo uma ligação confiável ao metal. A casca cerâmica se expande junto com o metal, e maiores diferenças de tensão são evitadas.
A indústria química lida não apenas com substâncias líquidas, mas também com substâncias sólidas e gasosas, que podem ser explosivas e inflamáveis. Para dominar este campo de aplicação, a descarga de cargas elétricas deve ser garantida. Juntamente com o Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) em Braunschweig, Alemanha, foram realizadas extensas medições para determinar a capacidade de descarga elétrica de acordo com IEC 60093 e IEC 60167. Com a ajuda de um revestimento externo adicional, a resistência da superfície e a fuga à terra resistência (RA < 106 Ω) estavam significativamente abaixo dos valores limite. Isso significa que um invólucro de contenção de cerâmica modificada pode ser usado em contato com todos os meios inflamáveis e em qualquer atmosfera explosiva.
Desde 1987, as carcaças cerâmicas são instaladas em bombas fabricadas por um dos fabricantes mencionados anteriormente. Os invólucros cerâmicos foram originalmente projetados com uma espessura de parede de 3,5 mm, melhorando substancialmente a distância magnética em comparação com o projeto padrão e permitindo uma potência de transmissão 30% menor. Com a ajuda de uma análise numérica de tensões em diferentes variantes de construção sob determinadas condições de carga e limite, as dimensões ideais foram determinadas. Embora a espessura da parede da parte cilíndrica do invólucro de contenção suporte a carga de pressão máxima, ela não é decisiva. Muito mais importantes são os projetos de transições para as extremidades convexas e flangeadas. Isso permitiu reduzir a espessura da parede para 1,9 mm, mantendo a mesma resistência à pressão e garantindo total intercambialidade.