Por quanto tempo posso operar minha bomba a seco?
Qualquer pessoa familiarizada com bombas industriais de acionamento magnético (mag drive) foi questionada sobre o funcionamento a seco da bomba. Afinal, uma lava-louças e uma máquina de lavar em casa fazem isso o tempo todo. Existem materiais de rolamento que permitem isso, certo? Claro, um “sim” qualificado, mas é hora de dar uma olhada mais de perto no funcionamento a seco.
IMAGEM 1: Componente de rolamento de carboneto de silício quebrado (Imagem cortesia de Magnatex Pumps, Inc.)
Funcionamento a seco, exceto no sentido literal, é um nome impróprio. As bombas industriais são seladas mecanicamente ou sem selo e podem sofrer com os resultados do que a indústria chama de “operação a seco”. Este artigo se concentrará na configuração da bomba de acionamento magnético com componentes de rolamento de carboneto de silício (SiC), que é um dos dois tipos sem vedação de bombas centrífugas rotodinâmicas.
As bombas de acionamento magnético têm rolamentos lubrificados pelo produto que requerem a presença de líquido para operação adequada. Esses rolamentos hidrodinâmicos (planos) dependem de uma barreira de fluido que separa os componentes do rolamento que se torna uma cunha quando há movimento relativo entre as duas superfícies. Quando essa barreira de fluido é rompida, as duas superfícies se tocam e podem causar danos aos componentes. Esse efeito pode ser cumulativo, resultando em falha do componente quando os limites são atingidos.
Quando a bomba perde sucção, ela deve ser desligada imediatamente. Danos aos componentes SiC podem ocorrer em questão de segundos. Usar um monitor de energia para detectar quando a carga do motor mudou repentinamente, como quando a bomba perde a sucção, protegerá os principais componentes da bomba. A operação contínua sem líquido adequado na sucção pode levar rapidamente a danos graves nos componentes de SiC.
Para uma vida longa, a bomba requer apenas que haja líquido disponível, operação dentro da faixa de fluxo da bomba da curva e dentro dos limites do projeto da bomba. Observe que é melhor iniciar a bomba com uma válvula de descarga parcialmente fechada (cerca de um quarto aberta). A válvula de sucção deve estar sempre aberta durante a operação e somente fechada quando a bomba precisar ser isolada por motivos de manutenção.
Componentes do rolamento SiC e condições de perturbação do sistema
O material do mancal SiC não tolera choque mecânico, que é o que ocorre quando há insuficiência de líquido lubrificante entre as superfícies dos componentes do mancal, levando ao contato entre os componentes. Existem várias situações durante a operação do sistema que podem produzir tais condições.
operação da bomba com válvulas fechadas
pressão insuficiente na sucção da bomba (cabeça de sucção líquida positiva inadequada disponível [NPSHa]) causando cavitação
períodos prolongados de operação em condições de fluxo extremamente baixo
períodos prolongados de operação em condições de alto fluxo com baixa resistência à pressão na descarga - operação “fora da curva” ou além da faixa de fluxo máximo
ciclagem excessiva do fluxo do sistema de uma taxa de fluxo para outra
temperatura excessiva que faz com que o líquido bombeado (fluxo lubrificante) vaporize nas superfícies dos componentes do mancal - ou pressão interna do sistema insuficiente para manter o fluido bombeado no estado líquido à medida que passa pela bomba
energizando o motor sem líquido na bomba, inclusive brevemente para verificar a rotação
entrada da palheta do impulsor obstruída no olho de sucção
O SiC sinterizado com tratamento especial está disponível em vários fornecedores para fornecer recursos aprimorados de funcionamento a seco no caso de uma condição de perturbação do sistema. Alguns fabricantes usam revestimentos que aderem ao substrato SiC, enquanto outros usam métodos de infusão que integram mecanicamente o revestimento ao material de base. Todos estes são chamados de revestimentos tipo diamante (DLC) na indústria. Esses tratamentos reduzem substancialmente o coeficiente de fricção da superfície em comparação com o SiC sinterizado padrão. Menos atrito durante o distúrbio do sistema e outras condições de funcionamento a seco geram menos calor, reduzindo o potencial de quebra dos componentes do rolamento por contato mecânico ou choque térmico.
No que se refere a equipamentos de bombeamento e mancais lubrificados pelo produto, ninguém recomenda que a bomba seja operada sem passagem de líquido por ela. Há algum líquido residual que permanece quando a unidade perde a sucção, mas que será rapidamente pressionado para fora das laterais dos componentes do mancal com a operação contínua. A vaporização do líquido pode ocorrer rapidamente, dependendo do tamanho da bomba.
Tempos de funcionamento a seco definitivos exigiriam testes específicos do tamanho da bomba e das condições de serviço em questão. Para bombas pequenas com menos de 2 cavalos de potência (hp), o teste mostrou que o tempo de funcionamento a seco é de minutos e pode ser estendido para mais de uma hora para as bombas menores com rolamentos revestidos com DLC. Quanto maior a entrada de energia para a bomba, menor o período de tempo antes que ocorram danos no sistema de rolamento. Para bombas maiores na faixa de mais de 50 hp, embora os revestimentos DLC ainda ajudem, o tempo antes que o dano ocorra permanece bastante curto. Energizar o motor para verificar a rotação de uma bomba sem rolamentos revestidos com DLC ou líquido na unidade provavelmente resultará em algum dano ao rolamento. Os danos causados pelo funcionamento a seco aparecerão inicialmente como componentes de SiC rachados ou lascados. À medida que o líquido desaparece e os componentes cerâmicos rotativos entram em contato com os componentes estacionários, o SiC pode quebrar, quebrando-se em pequenos pedaços. A operação contínua danifica mais componentes da bomba, como o eixo, a carcaça traseira, a tampa da carcaça e o impulsor - todos peças caras. Este tipo de dano à bomba é evitável.
Novamente, recomenda-se que a bomba seja protegida por um monitor de energia e que o ponto de desarme de baixa potência seja definido em um nível que represente a primeira indicação de que a sucção foi perdida. Definir o retardo de tempo do ponto de desarme baixo em menos de 2 a 3 segundos pode evitar o desarme da bomba quando uma grande bolha de vapor/ar sai pela bomba sem perder a sucção. Tentar correr mais para esvaziar a linha de sucção do produto resultará em danos à bomba que são mais caros do que a pequena quantidade de produto que pode permanecer na linha de sucção. Um monitor de energia configurado corretamente economizará dinheiro para o proprietário da bomba em várias contas corporativas.
As bombas de motor enlatado, o outro tipo centrífugo sem vedação, geralmente usam materiais de rolamento mais macios, incluindo carbono, que são mais lubrificantes, mas suscetíveis ao desgaste. Isso requer um sistema de monitoramento de rolamento para evitar danos aos componentes.
Com bombas seladas mecanicamente, as faces de vedação operam em um filme hidrodinâmico semelhante e requerem o mesmo tipo de lubrificação. Eles também não secarão por muito tempo sem danos.
A maioria dos danos às bombas de acionamento magnético pode ser evitada. A melhor resposta para a pergunta do título é: não deixe a bomba secar.