Causas comuns de vibração em bombas de polpa

De acordo com as estatísticas relevantes, a vibração anormal em bombas de polpa é uma das principais causas de outras falhas. Simultaneamente, as falhas nos equipamentos intensificam diretamente a vibração da bomba, criando um ciclo vicioso que impacta severamente a operação segura do equipamento. Isso leva ao aumento dos custos de manutenção e às perdas de produção devido ao tempo de inatividade do equipamento.

I. Análise das Causas da Vibração da Bomba de Polpa

1. Falha de desequilíbrio de massa do impulsor
A força centrífuga gerada pelo desequilíbrio de massa do rotor atua constantemente na bomba de polpa . Durante a fabricação, os componentes passam por inspeção e ajuste, sendo o rotor especificamente submetido a testes de balanceamento estático/dinâmico e usinagem/fresagem para correção. As áreas de desequilíbrio são usinadas, resultando em um estado de equilíbrio de massa relativamente ideal. Consequentemente, a bomba opera de forma mais estável, com vibração mínima. No entanto, após operação prolongada, fatores como desgaste do rotor e incrustações devido à adesão da polpa perturbam o equilíbrio de massa geral, levando a uma carga desigual ou "carga excêntrica" ​​no rotor. O lado mais pesado desse rotor desequilibrado experimenta um aumento da força centrífuga, especialmente em altas velocidades de rotação, causando forças rotacionais desequilibradas significativas. As medições normalmente mostram a amplitude da vibração aumentando progressivamente da extremidade do motor em direção à extremidade da bomba.

2. Falha de vibração induzida por acoplamento
A vibração induzida pelo acoplamento é relativamente comum em bombas de polpa, principalmente com acoplamentos rígidos. A vibração tanto do motor quanto da bomba pode ressoar através do acoplamento, amplificando a vibração geral. Mesmo em acoplamentos flexíveis do tipo pino, comumente utilizados, a falha dos pinos/anéis de borracha em acomodar o movimento axial pode causar vibrações intensas e breves. Embora as falhas no acoplamento contribuam para a vibração da bomba, elas geralmente são menos severas do que as causadas por problemas no rotor. Os acoplamentos também passam por um processo de balanceamento após a fabricação.

O alinhamento do acoplamento, assim como o balanceamento do impulsor, visa minimizar as forças desequilibradas durante a rotação. No entanto, além do seu próprio balanceamento de massa, a instalação do acoplamento deve satisfazer duas condições para o alinhamento correto:

1. Coincidência dos dois cubos de acoplamento, ou seja, alinhamento de suas circunferências externas.

2. Paralelismo das faces de acoplamento (faces terminais), garantindo que as duas linhas centrais sejam paralelas.
   Somente quando essas condições forem atendidas é que se poderá garantir melhor o funcionamento estável do equipamento e o desgaste mínimo dos componentes de acoplamento.

3. Vibração causada por parafusos de fixação soltos
Mesmo equipamentos em bom funcionamento sofrem "microvibrações". Com o tempo, essas microvibrações fazem com que os parafusos da carcaça da bomba, do alojamento do rolamento e da placa de base se soltem. Parafusos soltos permitem que a carcaça da bomba se mova com mais liberdade, aumentando a vibração. Se não forem apertados imediatamente, esse aumento da vibração afrouxa e desgasta ainda mais os parafusos, criando um ciclo vicioso que, em última análise, leva a falhas mais significativas na bomba.

4. Falhas devido ao desgaste do rolamento ou lubrificação insuficiente
A vida útil dos rolamentos está diretamente relacionada ao ambiente operacional e à lubrificação. Vazamentos de lubrificante são um problema muito comum em bombas de polpa. Os retentores de óleo em ambos os lados da caixa do rolamento podem falhar, levando a vazamentos persistentes. Alternativamente, passagens de óleo bloqueadas devido à contaminação do lubrificante podem prejudicar a lubrificação do rolamento. A lubrificação insuficiente, independentemente do desgaste existente no rolamento, causa ruído e vibração. Isso ocorre porque a falta de uma película de óleo leva ao contato direto metal-metal entre os elementos rolantes, eliminando a capacidade de amortecimento. Embora inicialmente leve, essa vibração é altamente prejudicial. Além disso, muitas caixas de rolamentos de bombas de polpa utilizam vedações labirínticas, que impedem vazamentos de óleo, mas não bloqueiam completamente a entrada de contaminantes externos nos rolamentos, podendo causar desgaste por contaminação.

5. Falhas nos equipamentos causadas por condições de alimentação instáveis
As bombas de polpa frequentemente operam em condições severas, muitas delas lidando com altas vazões. Durante o transporte da polpa, detritos grandes podem interferir ou até mesmo bloquear os canais do rotor, interrompendo a alimentação. A alimentação instável ou insuficiente causa cavitação severa dentro da voluta da bomba. Isso perturba o equilíbrio hidráulico do rotor, gerando vibração e representando uma séria ameaça à segurança do equipamento.

II. Riscos da vibração da bomba de polpa

1. Impacto na vida útil dos componentes da bomba
Estatísticas indicam que falhas relacionadas à vibração são responsáveis ​​por aproximadamente 74% das falhas em bombas de polpa. Durante a operação, o desbalanceamento aumenta as cargas centrífugas nos rolamentos. Vibrações que excedem os limites permitidos rompem prematuramente a película lubrificante nas superfícies de rolamento dos rolamentos. Lubrificação inadequada e dissipação de calor insuficiente levam ao aumento da temperatura dos rolamentos, acelerando a falha.

2. Danos e vazamentos em selos mecânicos
Embora o impacto da vibração em selos mecânicos seja menos pronunciado do que em rolamentos, ela continua sendo uma das principais causas de falha dos selos. A vibração impede o contato estável entre as faces do selo, podendo causar pequenos vazamentos iniciais de polpa. Como as bombas de polpa geralmente utilizam selos mecânicos duplos, a vibração também pode permitir a entrada de partículas de polpa entre as faces de fricção durante a operação, levando a danos prematuros nas faces do selo. Além disso, a vibração pode causar falha prematura por fadiga da mola de compressão e desgaste excessivo dos anéis de vedação, resultando em vazamentos.

3. Desgaste e vazamento da carcaça da bomba
Para aumentar a eficiência das bombas centrífugas, as folgas entre componentes internos, como o rotor, as placas de desgaste dianteira e traseira e a voluta, são minimizadas durante o projeto (folgas menores geralmente resultam em maior eficiência em condições semelhantes). A vibração causa movimento axial do eixo e excentricidade, o que é altamente prejudicial aos componentes internos. Também pode levar a impactos ou desgaste entre as placas de desgaste e o rotor. Esses danos comprometem o desempenho da bomba ou reduzem sua eficiência. As forças de atrito nos componentes internos devido à vibração também podem causar vazamentos nas juntas.

4. Aumento do consumo de energia por unidade de dispositivo
A vibração em bombas de polpa gera perdas adicionais por atrito e forças centrífugas desiguais. Isso não só reduz a estabilidade operacional, como também diminui a eficiência da bomba, aumentando o desperdício de energia para a mesma produção e levando a um maior consumo de energia.

5. Ocorrência de quebra do eixo
O eixo da bomba transmite a rotação e mantém a posição estável do rotor. As forças centrífugas desequilibradas induzidas pela vibração no rotor submetem o eixo a tensões excessivas. A operação prolongada nessas condições leva à fadiga do metal e, por fim, à fratura do eixo.

III. Prevenção e tratamento da vibração da bomba

A vibração da bomba não pode ser eliminada completamente, mas pode ser mitigada por meio de medidas eficazes. Para a operação estável a longo prazo de bombas de polpa, a seleção adequada e a operação padronizada são cruciais. A vibração é uma faca de dois gumes: pode causar falhas graves, mas o monitoramento das mudanças na vibração também permite a detecção e o diagnóstico oportunos de problemas emergentes.

(1) Seleção: As condições e ambientes de operação das bombas de polpa são tipicamente severos, levando a taxas de falha relativamente altas. Portanto, selecionar equipamentos com especificações mais elevadas (dentro dos requisitos técnicos) é aconselhável, juntamente com a garantia de condições de alimentação favoráveis.

(2) Operação: As bombas centrífugas sofrem alguma cavitação durante a operação, que piora com alimentação insuficiente, aumentando a vibração. A vibração de curto prazo causada pela cavitação é resultante da distribuição irregular do líquido na voluta. Estabilizar a alimentação ou ajustar a válvula de saída/velocidade da bomba pode reduzir a vibração de forma eficaz. No entanto, a cavitação prolongada causa desgaste irregular do rotor, levando a vibrações que não podem ser ajustadas.

(3) Lubrificação: A lubrificação envolve não apenas o nível e a quantidade de óleo, mas também a viscosidade. A viscosidade insuficiente do lubrificante pode causar vibração. A temperatura da caixa do rolamento aumenta durante a operação, reduzindo a viscosidade do óleo. Portanto, ao verificar os níveis de óleo, certifique-se de que a temperatura de operação permaneça dentro de uma faixa adequada. Investigue prontamente as causas do aumento de temperatura, pois o superaquecimento também leva à vibração do rolamento e a danos devido à lubrificação inadequada.

(4) Aperto: Os parafusos podem afrouxar devido à "microvibração". A aplicação de trava-rosca durante a remontagem após a manutenção pode evitar o afrouxamento e danos à rosca. O composto pode ser derretido com calor para a desmontagem. Este pequeno investimento é essencial para a remontagem do equipamento.

(5) Estabilização da alimentação: A estabilidade da alimentação está relacionada à seleção e instalação. No entanto, durante a operação, sedimentação, incrustações ou bloqueios por partículas grandes nas tubulações podem restringir o fluxo abaixo dos requisitos da bomba, exigindo limpeza da linha e das válvulas. Para o controle de fluxo, é preferível reduzir a velocidade (frequência) da bomba, seguida do ajuste da válvula de saída. Não é recomendável ajustar a válvula de entrada para controle de fluxo.

IV. Conclusão

As falhas em equipamentos frequentemente começam com vibrações anormais sutis que se intensificam progressivamente. Esse processo oferece muitos aspectos para resumo e análise. A vibração anormal é tanto um sintoma de falha quanto um fator significativo para a escalada da falha. Analisar a vibração anormal serve como uma ferramenta de diagnóstico. A falha em abordar prontamente os problemas do equipamento com base nas tendências de vibração cria um ciclo vicioso: vibrações mais severas indicam maior probabilidade de falhas e as falhas existentes, por sua vez, pioram a vibração.