Bombas centrífugas para produtos abrasivos e/ou corrosivos: vazão de recirculação e suas consequências

Por Hoel Macedo*

A principal causa de perda de vazão em bombas centrífugas que trabalham com produtos abrasivos – polpa de minério, por exemplo, e ou corrosivos é o aumento da folga existente entre o impulsor e a tampa de sucção.

Na Figura 1 abaixo pode se observar a folga existente entre o impulsor ou rotor que gira, e a tampa de sucção ou revestimento da sucção, ou ainda anel de desgaste, placa de desgaste ou qualquer outra denominação que identifica a peça que está parada e trabalha junto ao impulsor.

Figura 1 – Folga entre Impulsor ou Rotor que está girando e a Tampa da Sucção ou Revestimento da Sucção, que está parado – 0,3 mm.

Quando a bomba é nova, a folga entre estas duas peças é de 0,3 mm para a maioria dos fabricantes de bombas centrífugas, como bombas para água limpa e também para as bombas para produtos abrasivos e/ou corrosivos.

Como exemplo vamos utilizar uma bomba de água limpa de 3” ou 75 mm de flange de recalque. Trabalhando com água limpa, a folga inicial de 0,3 mm não muda e permanece constante por muitos anos, ou até décadas.

Por esta folga ocorre recirculação do produto bombeado e esta “perda” da vazão nominal, chamada também de vazão de recirculação, pode ser calculada de forma linear e aproximada, considerando a área do flange de recalque e a área existente entre o impulsor e o revestimento de sucção.

Para uma bomba de 3” (75 mm), por exemplo, que é o diâmetro do flange de recalque, teremos um flange de sucção de 4” (100 mm) e a perda de vazão por recirculação é muito simples.

a. Área da Folga entre Impulsor e Revestimento de Sucção:

Circunferência de entrada do rotor vezes a folga

Por exemplo, com 4” ou 100 mm de diâmetro de sucção teremos uma circunferência de: PI x D = 3,1416 x 100 = 314,16 mm

b. Folga entre o rotor e o revestimento da sucção

Quando a bomba é nova é de 0,3 mm

c. A área da circunferência da folga no “olho” do rotor é, portanto de :

314,16 x 0,3 = 94,25 mm2

d. A área do flange de recalque é de:

PI 3,1416 x D2/4 e para 3” teremos: 4.560,0 mm2

Portanto a vazão de recirculação na bomba nova é obtida pela divisão das áreas calculadas acima: 94,25 / 4.560,0 = 2 % aproximadamente.

Se a vazão nominal da bomba é de 100,0 m3/h, por exemplo, a vazão de recirculação será de 2,0 m3/h, bastante insignificante comparada a vazão da bomba.

Perda de vazão da bomba

No serviço de bombeamento de produtos abrasivos e/ou corrosivos, há passagem de sólidos abrasivos e ou de produtos corrosivos pela folga entre o impulsor e o revestimento de sucção.

A passagem deste tipo de produto pela folga provoca um desgaste acentuado e localizado, fazendo com que a folga aumente de forma exponencial.

A consequência imediata é o aumento da vazão de recirculação e a consequente diminuição de vazão da bomba.

Figura 2 – Aumento da Vazão de Recirculação e Diminuição da Vazão da Bomba.

O desgaste ocorre parcialmente na superfície do revestimento da sucção e no impulsor ou rotor. Considerando vários fatores lineares, como desgaste igual no impulsor e no revestimento de sucção e fluxos também lineares e considerando ainda um produto bombeado com quartzo em suspensão, o desgaste deverá ocorrer com a retirada de 0,2 mm no revestimento de sucção e 0,2 mm no impulsor, levando a folga total para 0,7 mm: 0,3 originais mais 0,4 mm causados pelo desgaste.

A área da coroa de recirculação aumenta e a vazão de recirculação passa para aproximadamente 5,0 %. O desgaste continua e a folga passa para 1,5 mm, causando a vazão de recirculação de 10 %.

Continuando neste progresso, e sabendo que o desgaste é exponencial, podemos passar diretamente para 5,0 mm de folga e a perda de vazão será de mais de 34,0 %. Com 10,0 mm teremos 69% de perda e com 15,0 mm teremos 0,0 m3/h de vazão para a bomba e 100% de recirculação.

Figura 3 – Diferentes tamanhos de desgaste mostrado pela folga entre o impulsor e o revestimento de sucção ou tampa de sucção.

Característica principal de bombas centrífugas trabalhando com produtos abrasivos e/ou corrosivos

Este tipo de bomba centrífuga deve ter obrigatoriamente, um mecanismo de ajuste do conjunto eixo rotor, de modo a manter a folga entre o impulsor e o revestimento da sucção o mais próximo possível dos 0,3 mm originais, de modo que toda a energia será utilizada para o recalque da vazão necessária para o processo e não para recirculação.

Bombas centrífugas para polpa de minério e outros produtos abrasivos e ou corrosivos, devem ser instaladas em par. Muitos pensam que estas bombas que geralmente tem denominação de A e B, são instaladas como sendo uma reserva da outra, de modo que possam acionar a reserva se por acaso ocorre algo com a principal. Veja neste artigo o real motivo de instalação aos pares.

[themoneytizer id=24055-28]

Ajuste do conjunto eixo – rotor

A vazão de recirculação quando carreia sólidos em suspensão ou produtos corrosivos, causa o aumento da folga existente entre o olho do impulsor e a tampa de sucção, também chamado revestimento da sucção.

Devido a esta ocorrência, deve ser feito um ajuste periódico do conjunto eixo-rotor para manter esta folga a menor possível. Quando a bomba instalada é nova ou recém recebida da reforma, esta folga é de cerca de 0,3 mm em média e se aumenta muito e não é reduzida, causa grande perda da vazão, entre outras consequências.

O ajuste do conjunto eixo-rotor deve ser feito com a bomba parada. Pelo menos um tipo de bomba existente no mercado, informa que o ajuste pode ser feito pelo revestimento da sucção, com a bomba em operação. Porém este tipo de ação é vedado pela área de segurança em praticamente todos os usuários no mundo.

Como fazer o ajuste do conjunto eixo-rotor parando a bomba e causando perda de produção? Com a exist&e
circ;ncia da bomba par, também chamada de reserva. A bomba que está em operação e indica desgaste da folga entre revestimento de sucção e olho do impulsor ou rotor, deve ter o ajuste do conjunto eixo-rotor.

Através de manobra que é conhecida também de manobra de alternância da bomba em operação, a bomba em operação é desligada e a bomba par que está ao lado, deve ser ligada e colocada em operação.

Em muitos usuários, observo que é feito o ajuste do conjunto eixo-rotor de forma imediata, sem tomar o cuidado de alguns procedimentos simples. O primeiro e mais importante é de se fazer marca forte, com lima ou outra ferramenta que possa marcar a caixa de rolamento ou mancal da bomba, junto ao cavalete onde o mancal está montado. Esta marca é o que chamamos de posição “zero” ou posição inicial antes do ajuste.

A partir desta ação, seguem-se as demais ações de procedimento padrão, como desfazer a tensão das correias em V para permitir o avanço do eixo da bomba. Caso a bomba seja de acoplamento direto ao motor, soltar os parafusos do acoplamento, para permitir que o eixo da bomba possa ser deslocado para frente ou para o lado da sucção da bomba.

Com as correias em V soltas ou com os parafusos do acoplamento direto soltos, deve ser procedida a outra ação importante: ver se o eixo pode ser girado livremente, com o uso das mãos. Muitas vezes o rotor está preso ou “atolado” com a polpa que ficou depositada no fundo da carcaça e isto impedirá de se fazer o ajuste do eixo.

Na maioria dos modelos de bombas de polpa disponíveis no mercado, a caixa de rolamentos ou mancal de rolamentos, onde está fixado o eixo da bomba, está apoiada em um cavalete, fixada por duas abraçadeiras de grande porte.

Estas abraçadeiras devem ser soltas de modo a permitir o avanço da caixa de mancal para o lado da sucção, fazendo com que o rotor chegue próximo da tampa de sucção ou revestimento da sucção. Este avanço deve ser feito até que se note que o rotor se encostou à tampa de sucção, o que é comprovado na tentativa de giro do eixo, que não poderá mais ser feita.

Na maioria dos modelos de bombas de polpa disponíveis no mercado, existe um parafuso de regulagem posicionado na parte inferior do cavalete e deve ser feito o ajuste neste parafuso, de modo a fazer com que o eixo volte cerca de 0,3 mm para trás, ou seja, para o lado acoplamento ou polia, liberando o eixo para giro normal.

Lá dentro da carcaça a folga entre o olho do rotor e a tampa de sucção ou revestimento da sucção, retornou a ser próxima do original, fazendo com que a vazão de recirculação volte aos valores originais e que a vazão da bomba volte ao valor nominal.

Antes de qualquer outra ação, deve ser feita agora nova marca da posição da caixa de rolamentos contra o cavalete. A distância entre a marca zero feita no início do procedimento e a marca 1, feita após o ajuste, mostrará quanto foi o desgaste do olho do rotor e da tampa de sucção, permitindo planejar o próximo ajuste.

Após esta ação, refazer o acoplamento direto ou o ajuste das correias para que a bomba fique pronta para retornar para operação.

Definindo o período de ajuste do conjunto eixo-rotor

Com a distância anotada entre a marca zero e a marca 1, poderemos definir o período de ajuste com boa precisão. Vamos supor que a distância avançada do conjunto eixo rotor foi de 3,0 mm, porém não se sabe quando foi feita o último ajuste.

Com base em milhares de ajustes que fiz ou acompanhei, verifiquei que quatro semanas é um bom período para se realizar novamente o ajuste do eixo na mesma bomba. Vamos também supor que o novo ajuste seja também de 3,0 mm e assim teremos o período definido.

Lembrando da primeira parte deste artigo, 3,0 mm é a máxima folga que devemos deixar entre o olho do rotor e a tampa de sucção. A partir desta folga, o desgaste aumentará exponencialmente, causando grande perda de vazão nominal da bomba.

Assim que no nosso exemplo, fica definido que a cada quatro semanas faremos o ajuste da bomba, devendo, porém, sempre fazer as marcas e medir a distância entre elas. Normalmente a distância de desgaste permanece a mesma.

A maioria dos modelos de bombas de polpa existentes no mercado, em tamanhos pequenos e médios, o sobre metal do olho do rotor e da tampa de sucção é de cerca de 24,0 mm. Aproximadamente 12,0 mm no olho do rotor e 12,0 mm na tampa da carcaça.

Assim que se a cada quatro semanas ajustamos 3,0 mm, teremos 8 períodos de ajuste deste conjunto eixo-rotor, prevendo uma vida útil das duas peças em 32 semanas ou 8 meses aproximadamente. O parafuso de ajuste existente na parte inferior do cavalete para fazer com que o conjunto eixo rotor retroceda 0,3 mm, não permitirá mais ajuste por fim de rosca, confirmando que as duas peças estão em fim de vida útil. A boa notícia é de que ainda restam quatro semanas de vida útil para planejar a troca das duas peças: rotor e revestimento da sucção ou tampa da sucção.

Algumas polpas mais abrasivas causam desgaste de 3,0 mm em duas semanas o que define o período de ajuste em duas semanas e a vida útil das duas peças rotor e revestimento da sucção em 16 semanas ou quatro meses.

Manobra de alternância de operação das bombas de polpa

Com a Lista de Bombas existente em um determinado usuário, podem-se definir quais serão ajustadas a cada 2, 4, 6 ou 8 semanas. Não observei períodos de ajuste menores que duas semanas e quando usuários ajustam, por exemplo, 1,0 mm em oito semanas, tendem a definir o período de ajuste para cada 24 semanas o que atende ao cálculo aritmético

Porém outras causas ambientais recomendam que não se deixe um equipamento elétrico-mecânico parado ao tempo por mais de 8 semanas. Muitas vezes o ambiente é muito úmido o que prejudica o isolamento dos motores ou prejudica a graxa nos rolamentos. Quando em operação, os motores estão sempre secos e as graxas sem umidade em sua superfície.

Voltando ao nosso exemplo de ajuste a cada 4 semanas para mover 3,0 mm o conjunto eixo – motor para a frente, podemos fazer uma boa programação para todos os tags e bombas instaladas. A cada quatro semanas deve ser desligada a bomba B que estava em operação e ligada a bomba A que estava parada.

Por isto esta ação da manutenção de campo tem que ser feita em estreita colaboração com a produção ou a operação da planta. É importante que eles enten
dam que as variações de vazão serão muito poucas e não significativas para atingir metas de produção.

Do modo que foi escrito parece que a manobra de alternar a operação da bomba B para a bomba A é muito simples. É simples, porém deve ser feita pela operação e os mecânicos de campo poderão atuar após a liberação pela operação.

Retirar do sistema elétrico a capacidade de acionamento acidental, certificar que válvulas de sucção e recalque estão bem fechadas e muitas outras ações de segurança para serem cumpridas.

Na maioria das vezes observei que quatro horas é um tempo adequado para execução do ajuste em bombas pequenas, de 3 ou 4 polegadas (75 a 100 mm) de dimensão do flange de recalque. Oito horas para ajuste de eixo de bombas médias, de 5, 6 e 8 polegadas (125,0150 e 200 mm) de flange de recalque.

Porém note que o prazo para execução do ajuste é de quatro semanas e o planejamento de manutenção para o ajuste, tem bastante tempo para a execução.

Quanto mais cedo melhor, pois a bomba par neste caso, pode ser usada como reserva, caso a principal tenha qualquer problema operacional.

Além do maior ganho que é ganhar em produção, a vida útil das peças rotor e revestimento de sucção, chega a ser 3 vezes maior quando comparada às bombas que não sofrem ajuste periódico.

(*) Hoel Macedo é graduado Engenheiro Mecânico pela UNESP em 1974 e com extensão universitária na USP na área de metalurgia com o Prof. Renato Rocha Vieira. Trabalha com bombas centrífugas industriais para mineração entre outras aplicações, desde 1978.

Fonte: Revista Minérios & Minerales

Deixe uma resposta