Causas da vibração da bomba

O que causa a vibração da bomba? A vibração excessiva nas bombas pode levar à redução do desempenho, ao aumento dos custos de manutenção e até à falha total.

Nesta postagem do blog, exploraremos os principais fatores que contribuem para a vibração da bomba e forneceremos informações práticas para identificar e resolver esses problemas de maneira eficaz.

Causas mecânicas da vibração da bomba

1. Desequilíbrio do rotor

Desequilíbrio Estático e Dinâmico

O desequilíbrio do rotor, 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 experimente uma força resultante.

O desequilíbrio dinâmico, por outro lado, surge quando o eixo principal de inércia não está alinhado com o eixo rotacional, resultando em um par líquido.

Causas e efeitos na vibração

Fatores como não uniformidade do material, tolerâncias de fabricação e desgaste irregular contribuem para o desequilíbrio do rotor.

Um rotor desequilibrado gera vibrações indesejáveis, levando ao aumento das cargas do rolamento, redução da vida útil da vedação e possíveis danos estruturais.

A frequência de vibração normalmente corresponde à velocidade de operação da bomba, com amplitude proporcional ao grau de desequilíbrio.

Como consertar

Para mitigar os efeitos do desequilíbrio do rotor, diversas técnicas de balanceamento são empregadas. O balanceamento de plano único é adequado para rotores curtos e rígidos, enquanto o balanceamento de dois planos é necessário para rotores mais longos e flexíveis.

2. Eixo dobrado

Como um eixo torto induz vibração

Um eixo dobrado introduz uma assimetria geométrica que faz com que o rotor oscile durante a rotação. Esta oscilação gera uma vibração na frequência de rotação do eixo, muitas vezes acompanhada por harmônicos.

A gravidade da vibração depende do grau de deflexão do eixo e da velocidade de operação do rotor.

Métodos para detectar e quantificar o desvio do eixo

A excentricidade do eixo, uma medida do desvio do eixo em relação a uma linha reta, pode ser detectada usando relógios comparadores ou ferramentas de alinhamento a laser. Esses instrumentos medem o deslocamento radial do eixo em diversos locais, permitindo quantificar a severidade da curvatura.

Considerações sobre endireitamento e substituição de eixo

Se um eixo torto for identificado, ações corretivas deverão ser tomadas. Para curvaturas menores, podem ser empregadas técnicas de endireitamento de eixo, como endireitamento a frio ou a quente.

No entanto, se a curvatura for severa ou se o eixo tiver sido submetido a múltiplas tentativas de endireitamento, a substituição é frequentemente necessária para garantir uma operação confiável da bomba e evitar maiores danos aos componentes associados.

3. Desequilíbrio do impulsor

Causas do desequilíbrio do impulsor

O desequilíbrio do impulsor pode surgir de vários fatores, incluindo erosão, corrosão e incrustações.

A erosão ocorre quando partículas abrasivas no fluido bombeado desgastam o material do impulsor de maneira desigual.

A corrosão, causada por reações químicas entre o impulsor e o fluido bombeado, pode levar à perda não uniforme de material.

A incrustação, o acúmulo de detritos nas superfícies do impulsor, também contribui para o desequilíbrio.

Efeitos na vibração e no desempenho da bomba

Um impulsor desbalanceado gera vibrações na velocidade de operação da bomba e seus múltiplos. Essas vibrações podem causar desgaste excessivo do rolamento, falha da vedação e danos ao acoplamento.

Além disso, o desequilíbrio do impulsor pode levar à redução da eficiência da bomba, ao aumento do consumo de energia e à diminuição da taxa de fluxo, uma vez que o desempenho hidráulico do impulsor fica comprometido.

Técnicas de balanceamento e corte do impulsor

Para resolver o desequilíbrio do impulsor, pode ser realizado o balanceamento no local ou o ajuste do impulsor.

O balanceamento in-situ envolve adicionar ou remover material do impulsor enquanto ele está instalado na bomba, utilizando ferramentas e técnicas especializadas.

O corte do impulsor, por outro lado, requer a remoção do impulsor e a usinagem de suas superfícies para restaurar o equilíbrio.

4. Problemas de rolamento

Tipos de falhas em rolamentos e suas assinaturas de vibração

Os modos de falha comuns incluem defeitos na pista interna, defeitos na pista externa, defeitos em esferas ou rolos e falhas na gaiola.

Esses defeitos geram vibrações em frequências de falha específicas, que estão relacionadas à geometria do rolamento e à velocidade de rotação.

A análise do espectro de vibração pode ajudar a identificar o tipo e a gravidade da falha do rolamento.

Causas de falhas em rolamentos

As falhas nos rolamentos podem ter diversas causas, como lubrificação inadequada, sobrecarga e desalinhamento.

A lubrificação inadequada leva ao aumento do atrito e da geração de calor, acelerando o desgaste.

A sobrecarga, causada por forças radiais ou axiais excessivas, pode resultar em falha prematura por fadiga.

O desalinhamento, seja angular ou paralelo, induz tensões adicionais nos rolamentos, reduzindo sua vida útil.

Estratégias de manutenção de rolamentos e monitoramento de condições

A lubrificação regular, utilizando lubrificantes e quantidades adequadas, ajuda a reduzir o atrito e a dissipar o calor.

Técnicas de monitoramento de condição, como análise de vibração, monitoramento de temperatura e análise de óleo, fornecem informações sobre a saúde do rolamento.

5. Desalinhamento do eixo

Tipos de desalinhamento

O desalinhamento do eixo pode ser classificado em três tipos: angular, paralelo e combinado.

O desalinhamento angular ocorre quando os eixos estão em ângulo entre si, 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 em campo.

Efeitos na vibração e no desgaste do acoplamento

Eixos desalinhados geram vibrações no acoplamento, com frequências normalmente múltiplas da velocidade de rotação do eixo.

Estas vibrações podem causar desgaste acelerado nos componentes do acoplamento, levando à falha prematura.

Além disso, o desalinhamento pode induzir cargas radiais e axiais excessivas nos rolamentos, reduzindo sua vida útil e aumentando o risco de falhas catastróficas.

Técnicas e tolerâncias de alinhamento

Para corrigir o desalinhamento do eixo, várias técnicas de alinhamento são empregadas, incluindo alinhamento a laser, método de relógio comparador reverso e método de 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 suas causas

A cavitação é um fenômeno que ocorre quando a pressão local em um líquido cai abaixo da pressão de vapor, causando a formação de bolhas de vapor. Nas bombas centrífugas, a cavitação normalmente ocorre na entrada do impulsor, onde o fluido sofre uma rápida queda de pressão.

Fatores como altura líquida de sucção positiva (NPSH) insuficiente, alta temperatura do fluido e linhas de sucção restritas contribuem para o início da cavitação.

Efeitos sobre vibração, ruído e danos à bomba

A cavitação pode ter consequências graves no desempenho e na longevidade da bomba. À medida que as bolhas de vapor entram em colapso, elas geram ondas de choque de alta intensidade, levando ao aumento dos níveis de vibração e ruído. Este processo, conhecido como erosão por cavitação, pode causar danos significativos ao impulsor, à voluta e a outros componentes da bomba.

A cavitação também reduz a eficiência da bomba e pode levar à falha completa da bomba se não for controlada.

Requisitos NPSH e estratégias de prevenção de cavitação

Para evitar a cavitação, é crucial garantir que o NPSH disponível (NPSHA) exceda sempre o NPSH exigido (NPSHR) especificado pelo fabricante da bomba.

Isto pode ser conseguido através de um projeto adequado do sistema, incluindo o tamanho adequado da tubulação de sucção, minimizando as perdas na linha de sucção e mantendo uma pressão de sucção suficiente.

Operar a bomba próximo ao seu ponto de melhor eficiência (BEP) e selecionar uma bomba com uma velocidade específica de sucção (Nss) adequada também ajuda a reduzir o risco de cavitação.

2. Pulsação de Fluxo

Causas da pulsação do fluxo

A pulsação do fluxo em bombas centrífugas pode surgir de vários fatores, como operação próxima ao cabeçote de corte ou ressonância do sistema.

Quando uma bomba opera perto da sua cabeça de corte, o fluxo torna-se instável, levando a flutuações de pressão e pulsações.

A ressonância do sistema ocorre quando a frequência de pulsação corresponde à frequência natural do sistema de tubulação, amplificando as vibrações e podendo causar danos graves.

Efeitos na vibração e na estabilidade do sistema

A pulsação do fluxo pode impactar significativamente os níveis de vibração e a estabilidade geral do sistema de bombeamento.

O fluxo oscilante induz forças alternadas nos componentes da bomba e da tubulação, levando ao aumento da vibração e da tensão.

Em casos extremos, a pulsação do fluxo pode causar ruptura de tubos, danos ao equipamento e paradas não programadas.

Também pode interferir no controle do processo e na qualidade do produto, principalmente em aplicações sensíveis.

Considerações sobre amortecimento de pulsação e projeto do sistema

Para mitigar os efeitos da pulsação do fluxo, várias técnicas de amortecimento de pulsação podem ser empregadas.

Isso inclui a instalação de amortecedores de pulsação, como acumuladores de bexiga ou diafragma, na linha de descarga para absorver flutuações de pressão. O projeto adequado da tubulação, com atenção aos suportes, âncoras e flexibilidade da tubulação, pode ajudar a reduzir o risco de ressonância do sistema.

Além disso, operar a bomba longe do cabeçote de corte e garantir NPSH adequado pode minimizar instabilidades de fluxo.

3. Operação fora do BEP

Melhor Ponto de Eficiência (BEP) e Curvas de Desempenho da Bomba

O Ponto de Melhor Eficiência (BEP) é a vazão na qual uma bomba centrífuga opera com eficiência máxima. Curvas de desempenho da bomba, que representam a altura manométrica, a potência e a eficiência em relação à vazão, fornecem informações valiosas sobre as características operacionais da bomba.

Operar uma bomba no BEP ou próximo a ele garante desempenho ideal, minimiza o consumo de energia e reduz o risco de problemas mecânicos.

Consequências de operar longe do BEP

Operar uma bomba significativamente longe de seu BEP pode ter efeitos prejudiciais nos níveis de vibração e na vida útil da bomba.

Em vazões inferiores a BEP, a bomba sofre cargas radiais aumentadas, levando a maior deflexão do eixo e desgaste do rolamento.

Em vazões superiores a BEP, a bomba pode encontrar cavitação, ruído excessivo e vibração.

A operação prolongada longe do BEP pode resultar em falha prematura do rolamento, danos à vedação e desgaste do impulsor.

Importância da seleção adequada da bomba e do projeto do sistema

A bomba deve ser selecionada para operar próximo ao seu BEP sob condições normais de operação, levando em consideração fatores como vazão, altura manométrica e propriedades do fluido.

O sistema deve ser projetado para minimizar perdas de pressão e garantir condições de fluxo estáveis.

O monitoramento regular do desempenho da bomba e dos níveis de vibração pode ajudar a detectar a operação fora do BEP e solicitar ações corretivas.

Para concluir

A vibração da bomba pode ser causada por vários fatores, incluindo cavitação, desalinhamento, desequilíbrio e problemas mecânicos. Identificar e abordar a causa raiz é crucial para manter o desempenho e a longevidade da bomba.

Para obter assistência especializada no diagnóstico e resolução de problemas de vibração da bomba, entre em contato com nossa equipe experiente hoje mesmo.