O que causa a vibração da bomba? A vibração excessiva nas bombas pode levar a uma redução do desempenho, a um aumento dos custos de manutenção e mesmo a uma falha total.
Nesta publicação do blogue, vamos explorar os principais factores que contribuem para a vibração da bomba e fornecer-lhe informações práticas para identificar e resolver estes problemas de forma eficaz.
Causas mecânicas da vibração da bomba
1. Desequilíbrio do rotor
Desequilíbrio estático e dinâmico
O desequilíbrio do rotor, uma causa comum de vibração excessiva em bombas centrífugas, pode ser classificado como estático ou dinâmico.
O desequilíbrio estático ocorre quando o centro de massa é deslocado do eixo de rotação, fazendo com que o rotor sofra uma força líquida.
O desequilíbrio dinâmico, por outro lado, surge quando o eixo de inércia principal não está alinhado com o eixo de rotação, resultando num acoplamento líquido.
Causas e efeitos da vibração
Factores como a não uniformidade do material, as tolerâncias de fabrico e o desgaste irregular contribuem para o desequilíbrio do rotor.
Um rotor desequilibrado gera vibrações indesejáveis, levando ao aumento das cargas nos rolamentos, à redução da vida útil dos vedantes e a potenciais danos estruturais.
A frequência de vibração corresponde normalmente à velocidade de funcionamento da bomba, com amplitude proporcional ao grau de desequilíbrio.
Como corrigir
Para atenuar os efeitos do desequilíbrio do rotor, são utilizadas várias técnicas de equilibragem. A equilibragem num único plano é adequada para rotores curtos e rígidos, enquanto a equilibragem em dois planos é necessária para rotores mais longos e flexíveis.
2. Eixo dobrado
Como é que um veio torto induz a vibração
Um veio curvado introduz uma assimetria geométrica que provoca a oscilação do rotor durante a rotação. Esta oscilação gera uma vibração na frequência de rotação do veio, frequentemente acompanhada de harmónicas.
A intensidade da vibração depende do grau de deflexão do veio e da velocidade de funcionamento do rotor.
Métodos de deteção e quantificação da excentricidade do veio
A excentricidade do veio, uma medida do desvio do veio em relação a uma linha reta, pode ser detectada utilizando relógios comparadores ou ferramentas de alinhamento a laser. Estes instrumentos medem o deslocamento radial do eixo em vários locais, permitindo a quantificação da gravidade da curvatura.
Considerações sobre o endireitamento e a substituição do eixo
Se for identificado um veio curvado, devem ser tomadas medidas corretivas. Para curvaturas menores, podem ser utilizadas técnicas de endireitamento do veio, como o endireitamento a frio ou a quente.
No entanto, se a curvatura for grave ou se o eixo tiver sido submetido a várias tentativas de endireitamento, a substituição é muitas vezes necessária para garantir um funcionamento fiável da bomba e evitar danos adicionais nos componentes associados.
3. Desequilíbrio do impulsor
Causas do desequilíbrio do impulsor
O desequilíbrio do impulsor pode resultar de vários factores, incluindo erosão, corrosão e incrustações.
A erosão ocorre quando as partículas abrasivas no fluido bombeado desgastam o material do impulsor de forma desigual.
A corrosão, causada por reacções químicas entre o impulsor e o fluido bombeado, pode levar a perdas de material não uniformes.
A incrustação, a acumulação de detritos nas superfícies do impulsor, também contribui para o desequilíbrio.
Efeitos sobre a vibração e o desempenho da bomba
Um impulsor desequilibrado gera vibrações à velocidade de funcionamento da bomba e aos seus múltiplos. Estas vibrações podem causar um desgaste excessivo dos rolamentos, falhas nos vedantes e danos no acoplamento.
Além disso, o desequilíbrio do impulsor pode levar à redução da eficiência da bomba, ao aumento do consumo de energia e à diminuição do caudal, uma vez que o desempenho hidráulico do impulsor fica comprometido.
Técnicas de equilibragem e corte do impulsor
Para resolver o desequilíbrio do impulsor, pode ser efectuada uma equilibragem in situ ou um corte do impulsor.
O balanceamento in-situ envolve a adição ou remoção de material do impulsor enquanto ele está instalado na bomba, usando ferramentas e técnicas especializadas.
O corte do impulsor, por outro lado, requer a remoção do impulsor e a maquinação das suas superfícies para restaurar o equilíbrio.
4. Questões relacionadas com os rolamentos
Tipos de falhas de rolamentos e suas assinaturas de vibração
Os modos de falha mais comuns incluem defeitos na pista interior, defeitos na pista exterior, defeitos nas esferas ou nos rolos e falhas na gaiola.
Estes defeitos geram vibrações em frequências de falha específicas, que estão relacionadas com a geometria do rolamento e a velocidade de rotação.
A análise do espetro de vibração pode ajudar a identificar o tipo e a gravidade da avaria da chumaceira.
Causas de falhas nos rolamentos
As falhas nos rolamentos podem ter várias causas, como lubrificação incorrecta, sobrecarga e desalinhamento.
Uma lubrificação inadequada leva a um aumento do atrito e da produção de calor, acelerando o desgaste.
A sobrecarga, causada por forças radiais ou axiais excessivas, pode resultar numa falha prematura por fadiga.
O desalinhamento, quer seja angular ou paralelo, induz tensões adicionais nos rolamentos, reduzindo a sua vida útil.
Estratégias de manutenção e monitorização do estado dos rolamentos
A lubrificação regular, utilizando lubrificantes e quantidades adequadas, ajuda a reduzir o atrito e a dissipar o calor.
As técnicas de monitorização do estado, como a análise das vibrações, a monitorização da temperatura e a análise do óleo, fornecem informações sobre o estado do rolamento.
5. Desalinhamento do veio
Tipos de desalinhamento
O desalinhamento do veio pode ser classificado em três tipos: angular, paralelo e combinado.
O desalinhamento angular ocorre quando os eixos estão em ângulo um com o outro, enquanto o desalinhamento paralelo surge quando os eixos estão deslocados, mas permanecem paralelos. O desalinhamento combinado é uma combinação de desalinhamento angular e paralelo, e é o tipo mais comum encontrado no campo.
Efeitos sobre a vibração e o desgaste do acoplamento
Os veios desalinhados geram vibrações no acoplamento, com frequências que são normalmente múltiplos da velocidade de rotação do veio.
Estas vibrações podem provocar um desgaste acelerado dos componentes do acoplamento, levando a uma falha prematura.
Além disso, o desalinhamento pode induzir cargas radiais e axiais excessivas nos rolamentos, reduzindo a sua vida útil e aumentando o risco de falha catastrófica.
Técnicas de alinhamento e tolerâncias
Para corrigir o desalinhamento dos veios, são utilizadas várias técnicas de alinhamento, incluindo o alinhamento a laser, o método do indicador de marcha atrás e o método do calibrador de folga.
O alinhamento a laser é a técnica mais precisa e eficiente, utilizando feixes de laser para medir e ajustar as posições relativas dos eixos.
Causas hidráulicas da vibração da bomba
1. Cavitação
Explicação da cavitação e das suas causas
A cavitação é um fenómeno que ocorre quando a pressão local de um líquido desce abaixo da sua pressão de vapor, provocando a formação de bolhas de vapor. Nas bombas centrífugas, a cavitação ocorre normalmente na entrada do impulsor, onde o fluido sofre uma rápida queda de pressão.
Factores como uma altura de sucção positiva líquida (NPSH) insuficiente, temperatura elevada do fluido e linhas de sucção restritas contribuem para o aparecimento da cavitação.
Efeitos sobre a vibração, o ruído e os danos na bomba
A cavitação pode ter consequências graves no desempenho e na longevidade da bomba. À medida que as bolhas de vapor colapsam, geram ondas de choque de alta intensidade, levando a um aumento dos níveis de vibração e ruído. Este processo, conhecido como erosão por cavitação, pode causar danos significativos no impulsor, na voluta e noutros componentes da bomba.
A cavitação também reduz a eficiência da bomba e pode levar a uma falha completa da bomba se não for controlada.
Requisitos de NPSH e estratégias de prevenção de cavitação
Para evitar a cavitação, é crucial assegurar que o NPSH disponível (NPSHA) excede sempre o NPSH necessário (NPSHR) especificado pelo fabricante da bomba.
Isto pode ser conseguido através de uma conceção adequada do sistema, incluindo a dimensão adequada da tubagem de aspiração, minimizando as perdas na linha de aspiração e mantendo uma pressão de aspiração suficiente.
O funcionamento da bomba próximo do seu ponto de melhor eficiência (BEP) e a seleção de uma bomba com uma velocidade específica de aspiração (Nss) adequada também ajudam a reduzir o risco de cavitação.
2. Pulsação do caudal
Causas da pulsação do fluxo
A pulsação do caudal nas bombas centrífugas pode resultar de vários factores, tais como o funcionamento próximo da cabeça de fecho ou a ressonância do sistema.
Quando uma bomba funciona perto da sua cabeça de fecho, o caudal torna-se instável, levando a flutuações de pressão e pulsações.
A ressonância do sistema ocorre quando a frequência de pulsação coincide com a frequência natural do sistema de tubagem, amplificando as vibrações e podendo causar danos graves.
Efeitos sobre a vibração e a estabilidade do sistema
A pulsação do caudal pode ter um impacto significativo nos níveis de vibração e na estabilidade global do sistema de bombagem.
O fluxo oscilante induz forças alternadas nos componentes da bomba e da tubagem, levando a um aumento da vibração e do stress.
Em casos extremos, a pulsação do caudal pode causar a rutura da tubagem, danos no equipamento e tempo de inatividade não programado.
Pode também interferir no controlo do processo e na qualidade do produto, particularmente em aplicações sensíveis.
Amortecimento de pulsações e considerações sobre a conceção do sistema
Para atenuar os efeitos da pulsação do fluxo, podem ser utilizadas várias técnicas de amortecimento da pulsação.
Estas incluem a instalação de amortecedores de pulsação, tais como acumuladores de bexiga ou de diafragma, na linha de descarga para absorver as flutuações de pressão. A conceção adequada da tubagem, com atenção aos suportes, âncoras e flexibilidade dos tubos, pode ajudar a reduzir o risco de ressonância do sistema.
Além disso, operar a bomba longe da cabeça de corte e assegurar um NPSH adequado pode minimizar as instabilidades do fluxo.
3. Funcionamento fora da BEP
Ponto de Melhor Eficiência (BEP) e Curvas de Desempenho da Bomba
O Ponto de Melhor Eficiência (BEP) é o caudal a que uma bomba centrífuga funciona com a máxima eficiência. As curvas de desempenho da bomba, que representam a altura manométrica, a potência e a eficiência em função do caudal, fornecem informações valiosas sobre as caraterísticas de funcionamento da bomba.
O funcionamento de uma bomba no seu BEP ou próximo dele garante um desempenho ótimo, minimiza o consumo de energia e reduz o risco de problemas mecânicos.
Consequências do funcionamento fora da BEP
O funcionamento de uma bomba significativamente longe do seu BEP pode ter efeitos prejudiciais nos níveis de vibração e na vida útil da bomba.
Com caudais inferiores ao BEP, a bomba sofre um aumento das cargas radiais, o que leva a uma maior deflexão do veio e ao desgaste dos rolamentos.
Com caudais superiores ao BEP, a bomba pode sofrer cavitação, ruído excessivo e vibração.
O funcionamento prolongado fora do BEP pode resultar em falha prematura dos rolamentos, danos nos vedantes e desgaste do impulsor.
Importância da seleção adequada da bomba e da conceção do sistema
A bomba deve ser selecionada para funcionar próximo do seu BEP em condições normais de funcionamento, tendo em conta factores como o caudal, a altura manométrica e as propriedades do fluido.
O sistema deve ser concebido de modo a minimizar as perdas de pressão e a garantir condições de fluxo estáveis.
A monitorização regular do desempenho da bomba e dos níveis de vibração pode ajudar a detetar um funcionamento fora do padrão BEP e a tomar medidas corretivas imediatas.
Em conclusão
A vibração da bomba pode ser causada por vários factores, incluindo cavitação, desalinhamento, desequilíbrio e problemas mecânicos. Identificar e tratar a causa principal é crucial para manter o desempenho e a longevidade da bomba.
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