Soluções de acoplamento elastomérico para aplicações de bombas
Embora muita ênfase seja colocada na seleção de motores e bombas, a importância de selecionar o acoplamento ideal que conecta esses dois componentes caros é frequentemente subestimada.
Além disso, o procedimento adequado para instalação e alinhamento do acoplamento selecionado é frequentemente negligenciado. A instalação incorreta e/ou desalinhamento descontrolado pode causar desgaste prematuro e possível falha do acoplamento, bem como possíveis danos à bomba e/ou motor.
A função básica de um acoplamento é transmitir potência, acomodar desalinhamentos e compensar o movimento axial (movimento final dos eixos). Às vezes, espera-se que um acoplamento absorva choque ou vibração. A escolha do acoplamento certo depende de quatro condições básicas de desalinhamento ou movimento do eixo:
O desalinhamento paralelo ocorre quando os dois eixos não compartilham o mesmo eixo de rotação. Suas faces finais podem ser paralelas, mas seus eixos centrais são deslocados lateralmente em relação um ao outro.
O desalinhamento angular se aplica quando os eixos não são coaxiais nem paralelos. O ângulo em que os eixos estão desalinhados pode ser simétrico ou assimétrico.
A folga final ocorre quando um ou ambos os eixos exibem movimento axial, movendo-se para dentro e para fora. Um motor de mancal, por exemplo, “flutua” enquanto o rotor procura o centro magnético do enrolamento. A variação de temperatura também pode causar expansão térmica e variação na posição dos eixos.
A flexibilidade de torção é o movimento de torção em planos perpendiculares ao eixo do eixo. Choque ou vibração normalmente causa isso. Um acoplamento torcionalmente flexível absorve e amortece esses movimentos.1
Para ser considerado flexível, um acoplamento deve lidar com desalinhamento paralelo e angular. Os acoplamentos com flexibilidade de quatro vias acomodam tanto a flutuação final quanto o movimento de torção.1 A visão geral a seguir dos vários tipos de acoplamento disponíveis revela os prós e contras de cada um.
Acoplamentos para aplicações de alta velocidade e alto torque
Embora os acoplamentos elastoméricos sejam comumente usados para inúmeras aplicações gerais de bombas industriais operando até 115 cavalos de potência (hp)/100 rotações por minuto (rpm), os limites do material elastomérico são ultrapassados em aplicações que precisam de transmissão de torques e velocidades mais altos.
Os acoplamentos de engrenagem têm excelente desempenho em aplicações de torque mais alto. No entanto, esses acoplamentos mais rígidos não fornecem muito amortecimento de torção, o que resulta em mais vibração sendo transmitida do motor para a bomba (Imagem 2). Os acoplamentos de grade são flexíveis em torção e fornecem algum amortecimento de torção.
Os acoplamentos de disco podem girar em altas velocidades, tornando-os uma boa escolha para bombas que operam em altas rotações. No entanto, esses acoplamentos acomodam apenas pequenas quantidades de desalinhamento axial. A flexão de um disco ou componente metálico além de seu limite de escoamento pode causar fadiga e um movimento axial extenso pode causar falhas.
Opções de acoplamento elastomérico
Existem três tipos básicos de acoplamentos elastoméricos: tipo pneu, tipo manga e tipo mandíbula. Os acoplamentos tipo pneu e tipo manga operam em cisalhamento (versus compressão) para absorver choques e proteger o equipamento. O membro flexível elastomérico nesses acoplamentos pode se deformar em cisalhamento, deslocando-se sob uma carga. A quantidade de deslocamento de torção ou enrolamento de elastômero é uma medida do choque que pode ser absorvido. O elemento também comprime facilmente e pode acomodar flutuação final.
A flexibilidade de torção permite que esses dois acoplamentos elastoméricos de cisalhamento amorteçam a amplitude das vibrações, isolando um eixo dos efeitos do outro.
Um dos maiores benefícios dos acoplamentos de cisalhamento elastoméricos tipo pneu e tipo manga é que eles são projetados para falhar sob cargas de choque excessivas e desconectar a bomba do motor para proteger a bomba em caso de travamento ou qualquer outra condição que crie choque.
A economia de custos e a capacidade de analisar melhor as falhas podem ser inestimáveis. Dependendo da marca e do ambiente, os elastômeros usados em acoplamentos tipo luva podem se degradar devido a mudanças excessivas de temperatura e exposição a produtos químicos.
Os acoplamentos tipo pneu são populares para uso em bombas do American National Standards Institute (ANSI) de serviço contínuo em aplicações variadas que exigem vibração mínima. Por exemplo, eles funcionam bem com aplicativos que exigem taxas de fluxo variáveis. À medida que a taxa de fluxo muda, as chances de vibração aumentam em toda a bomba e são mais difíceis nos rolamentos. O acoplamento tipo pneu atua como um amortecedor e lida com a vibração de forma mais consistente. A grande vantagem dos acoplamentos tipo pneu é que eles podem ser facilmente substituídos sem a necessidade de mover a bomba e o motor.
Os acoplamentos tipo luva são uma boa opção para uso com muitas bombas de uso geral, incluindo bombas centrífugas usadas com inversores de frequência variável. Esses acoplamentos de torção suave são ideais para aplicações de desalinhamento moderado. As aplicações típicas de acoplamento de manga incluem bombas de poço, bombas centrífugas de sucção vertical, bombas verticais de turbina e algumas bombas horizontais de caixa dividida.
Os acoplamentos de manga de elastômero econômicos normalmente têm uma capacidade de desalinhamento de 1/4 a 1 grau, enquanto os acoplamentos de pneu de elastômero de preço moderado normalmente têm uma capacidade de desalinhamento de 2 a 4 graus.
Os acoplamentos tipo mandíbula usam material elastomérico em compressão e não têm a mesma capacidade de desalinhamento ou amortecimento axial e de torção que os acoplamentos de cisalhamento. Na compressão, o elemento de borracha é comprimido para transmitir torque, em vez de torcido. Esses acoplamentos são geralmente usados em aplicações de baixa potência onde o custo é um critério de seleção primário. Os acoplamentos tipo mandíbula podem ser encontrados em uma ampla gama de aplicações de bombeamento, incluindo bombas de engrenagem de material viscoso, parafuso, cavidade progressiva e bombas de deslocamento positivo de lóbulo.
Uma grande vantagem dos acoplamentos de mandíbulas é seu design à prova de falhas. O equipamento continuará a funcionar se o elastômero falhar.
Com a seleção do acoplamento, os usuários da bomba precisam tomar cuidado com a armadilha “mais é melhor”. O superdimensionamento de um acoplamento pode resultar em flexibilidade reduzida ou compensação de desalinhamento, e um acoplamento muito grande pode sobrecarregar a bomba e o motor que estão sendo acoplados.
Por outro lado, um acoplamento com muita capacidade de desalinhamento pode ser muito macio ou flexível, o que pode causar vibração ou uma condição desequilibrada na rotação.
Após a instalação de uma bomba/motor, é sempre uma boa regra geral verificar novamente o alinhamento em cerca de seis meses. A base da bomba/motor pode assentar e desalinhar a bomba. Ao escolher o acoplamento elastomérico correto, é importante verificar primeiro o ambiente ao redor onde a bomba/motor estará operando. Questione se será exposto a variações extremas de temperatura.
Além disso, entenda que tipo de torque (fator de serviço) é necessário para bombear o material do ponto A ao ponto B. Por fim, é importante considerar se a bomba estará sob qualquer tensão no tubo que possa fazer com que ela fique desalinhada Tempo.