Desgaste em Bombas Centrífugas
As bombas centrífugas às vezes são usadas em ambientes onde o produto bombeado contém sólidos em suspensão. Enquanto algumas bombas são projetadas especificamente para manuseio de sólidos ou aplicações de polpa, as bombas centrífugas normais não contêm recursos para evitar a degradação do desempenho pelo impacto de sólidos.
Existem alguns sinais importantes de que uma bomba centrífuga convencional está sofrendo de desgaste erosivo e abrasivo. Aqui estão as estratégias de avaliação e mitigação a serem consideradas e aplicadas quando isso ocorrer.
As partículas são um problema em uma bomba centrífuga devido à forma como a máquina adiciona velocidade ao líquido à medida que passa pelos canais do impulsor. Em geral, quanto maior a velocidade na ponta do impulsor, mais energia é transmitida a qualquer partícula suspensa no líquido. Essa energia pode causar danos a qualquer coisa que impactar.
Figura 1. A velocidade da partícula está diretamente associada à velocidade de ponta do impulsor. (Imagens cortesia de Hydro, Inc.)Em termos gerais, a perda de material por erosão é determinada pela velocidade da partícula ao cubo (Equação 1).
Equação 1:
Erosão = XC3
C é a velocidade da partícula
X é um coeficiente baseado no líquido
sendo bombeado
A velocidade da partícula está diretamente associada à velocidade de ponta do impulsor (Imagem 1). A redução da velocidade de ponta de uma máquina tem um impacto significativo na velocidade das partículas e, portanto, na energia erosiva.
Velocidade da ponta = πD2n/60
Em particular, isso afeta as partículas que saem do impulsor com o impacto de alta velocidade nos lábios da voluta da bomba, causando danos erosivos.
À medida que uma partícula de alta energia passa do impulsor para o lábio da voluta, ocorre um padrão muito particular de dano. O dano é geralmente concentrado na interseção do lábio da voluta do revestimento e a parede lateral do revestimento. As partículas que impactam o centro do lábio da voluta são varridas para o fluxo aerodinâmico médio, e o tempo em que estão em contato com o lábio é limitado (Imagem 2).
Imagem 2. Ilustração de desgaste no lábio da voluta
As partículas que impactam o lábio da voluta próximo à parede lateral são influenciadas pela interface da dupla camada limite que existe entre o lábio e a parede lateral. Essas partículas não passam rapidamente para o fluxo aerodinâmico médio e começam a girar (Imagem 3).
Imagem 3. Representação do movimento de partículas ilustrando fluxo próximo à parede vs. fluxo médio
Outras áreas também são suscetíveis ao desgaste e geralmente estão associadas à folga fina do anel de desgaste. Existem dois tipos de desgaste abrasivo/erosivo que aumentam a folga do anel de desgaste e deterioram o desempenho da bomba.
Imagem 4 (esquerda). As partículas passam através da folga do anel de desgaste impulsionada pela pressão diferencial e sua forma e direção impactam nas superfícies do anel de desgaste aumentando as folgas. Imagem 5 (direita). Se as folgas do anel de desgaste forem menores que o tamanho máximo de partícula, o material é removido da folga.Os anéis de desgaste também desempenham um papel significativo em outra forma comum de desgaste que ocorre nas paredes laterais do invólucro da voluta. Uma das principais funções dos anéis de desgaste é fornecer um anel restritivo entre diferentes regimes de pressão dentro de uma bomba centrífuga. Devido a esta função, um lado do anel de desgaste opera com pressão mais alta que o outro. A pressão diferencial através do anel anular conduz o fluido através da folga do anel de desgaste.
Este efeito tem propriedades de enrijecimento que melhoram a dinâmica do rotor da máquina. Dentro de um ambiente erosivo, isso pode causar um padrão de desgaste específico de danos. À medida que o líquido que sai do anel de desgaste jorra na passagem de baixa pressão carregando partículas de energia mais alta, com ele as partículas impactam a parede lateral do revestimento e cortam o limite de pressão. Isso é conhecido como dano de vórtice de Taylor.
Táticas para limitar o desgaste
Limitar as velocidades da ponta em serviços onde podem estar presentes partículas dentro do fluido bombeado limita os danos. Se a velocidade da ponta não puder ser limitada, escolha uma máquina que tenha uma folga de ponta alta entre o diâmetro externo do rotor e o lábio da voluta. Isso dá tempo/distância/velocidade a chance de agir em qualquer partícula, reduzindo assim sua velocidade antes de impactar o revestimento.
Modifique os lábios da voluta. Ao perfilar os lábios da voluta em forma de ferradura, é possível limitar o desgaste visto na interseção entre o lábio e a parede lateral do revestimento. O raio grande e suave no lábio significa que a consequência da dupla camada limite que retém as partículas e as faz girar devido ao fluxo de passagem é minimizada à medida que as partículas são forçadas na corrente de fluxo médio pela geometria do raio e não pode ficar preso em cruzamentos de cantos (Imagem 6).
Imagem 6. Modificação do lábio da voluta para aliviar os danos
Revestimentos podem ser úteis no combate ao desgaste abrasivo, mas requer um olhar habilidoso para garantir que o tipo certo de revestimento seja aplicado nas áreas certas com base em uma avaliação do dano observado. Revestimentos com alta resistência de união e alta dureza, quando aplicados em conjunto com as outras técnicas mencionadas neste artigo, podem ser bem-sucedidos na limitação de danos.
As partículas presentes nos líquidos da bomba centrífuga podem causar danos e degradação do desempenho. Alguns danos ainda são inevitáveis, mas o uso de modificações na geometria, combinadas com revestimentos duros, aumenta a vida útil e a confiabilidade da bomba.