Solução de problemas da bomba centrífuga: fluxo baixo ou sem cabeçote

1. Descrição do Problema e Escopo de Aplicação

Este manual destina-se a diagnosticar e eliminar avarias associadas à redução do fornecimento ou à completa ausência de pressão em bombas centrífugas operadas em condições industriais na Ucrânia. Os sintomas típicos incluem uma queda significativa no desempenho, a incapacidade da bomba de bombear o fluido até a altura necessária e ruídos e vibrações característicos. O manual abrange diagnósticos de equipamentos utilizados nas indústrias alimentícia, química, energética e automotiva.

Classificação de Gravidade:

• Crítico: Total falta de abastecimento, o que leva à paralisação do processo tecnológico. Requer intervenção imediata.
• Significativo: Alimentação significativamente abaixo do nominal (>20%), afetando a qualidade do produto ou a eficiência do processo. Necessita de diagnóstico urgente.
• Menor: Uma ligeira redução no avanço (<20%), que pode indicar os estágios iniciais de um mau funcionamento. Necessita de exame agendado.

2. Precauções

ATENÇÃO! Antes de iniciar qualquer trabalho de diagnóstico ou reparo na unidade da bomba, é necessário tomar todas as medidas de segurança necessárias para evitar ferimentos pessoais e danos ao equipamento.

• BLOQUEIO E ETIQUETA (LOTO): Sempre siga o procedimento para bloquear e etiquetar fontes de energia (elétrica, hidráulica, pneumática) para evitar partida acidental da bomba. Certifique-se de que todas as válvulas nas linhas de sucção e descarga estejam fechadas e travadas.
• EQUIPAMENTO DE PROTEÇÃO INDIVIDUAL (EPI): Certifique-se de usar EPI apropriado: óculos de segurança/protetores faciais, luvas (resistentes quimicamente ao trabalhar com líquidos agressivos), sapatos de proteção, roupas de proteção. Luvas resistentes ao calor ao trabalhar com líquidos quentes.
• ENERGIA ARMAZENADA: Lembre-se de que pressão residual ou vácuo podem permanecer no sistema. Abra cuidadosamente as válvulas de drenagem e ventilação. Líquidos e superfícies quentes podem causar queimaduras.
• SUBSTÂNCIAS PERIGOSAS: Certifique-se de que o líquido na bomba e nas tubulações seja seguro para contato ou tome medidas especiais para drená-lo e descartá-lo de acordo com os regulamentos atuais (DSTU 8798:2018, EN 1530:2004).
• PEÇAS ROTATIVAS: Nunca remova as tampas protetoras enquanto a bomba estiver funcionando. Certifique-se de que todas as peças rotativas pararam completamente antes de se aproximar delas.

3. Ferramentas de diagnóstico necessárias

Para um diagnóstico eficaz, recomenda-se a utilização das seguintes ferramentas que atendem aos padrões da DSTU EN ISO 10012:2005:

4. Lista de verificação de avaliação inicial

Antes de iniciar um diagnóstico detalhado, é necessário coletar dados iniciais. Essas informações ajudarão a identificar as possíveis causas do mau funcionamento.

5. Fluxo Sistemático de Diagnóstico

Siga o fluxograma a seguir para solução de problemas sistemática:

1. SINTOMA: Baixa vazão ou ausência de pressão
   1. Etapa 1: Verifique a operação da bomba
      • Diagnóstico: A bomba e o motor estão funcionando? O eixo da bomba gira?
      • Se NÃO:
        1. Possível motivo: Falta de alimentação, mau funcionamento do motor, desconexão do acoplamento, bloqueio da bomba.
        2. Teste de diagnóstico: Verifique a alimentação do motor com um multímetro (tensão, corrente). Inspecione visualmente o acoplamento. Tente girar o eixo da bomba manualmente (após LOTO).
        3. Vá para: Solução de problemas elétricos/mecânicos do motor/acoplamento.
      • Se SIM: Continue o diagnóstico.
   2. Etapa 2: Verificação de sucção
      • Diagnóstico: Meça a pressão de sucção com um medidor de vácuo.
      • Se a pressão de sucção for baixa (vácuo mais alto) ou extremamente baixa:
        1. Possível causa: problemas de sucção (tampão de ar, filtro entupido, nível de fluido insuficiente, vazamento na linha de sucção, resistência de sucção hidráulica excessiva).
        2. Teste de diagnóstico:
           • Inspeção visual do filtro e da linha de sucção.
           • Verificando o nível do líquido no tanque.
           • Ouvir ruído de sucção – um som sibilante pode indicar sucção de ar.
           • Use uma solução com sabão ou spray para detectar vazamentos nas flanges/conexões de sucção.
        3. Vá para: Seção 'Problemas de sucção'.
      • Se a pressão de sucção estiver normal: continue o diagnóstico.
   3. Etapa 3: Verificação do reforço
      • Diagnóstico: Meça a pressão do reforço com um manômetro.
      • Se a pressão de descarga estiver baixa (e a pressão de sucção estiver normal):
        1. Possível causa: Desgaste do impulsor, cavitação, obstrução de ar na carcaça da bomba, direção errada de rotação, dispositivos de fechamento parcialmente abertos.
        2. Teste de diagnóstico:
           • Ouvir a bomba (estalo característico durante a cavitação, assobio durante o ar).
           • Inspeção visual do sentido de rotação.
           • Verificação da posição das válvulas de corte.
           • Medição de vibração com analisador de vibração.
           • Usando um termovisor para detectar superaquecimento local.
        3. Vá para: Seção 'Desgaste do Impulsor', 'Cavitação', 'Bomba com Bloqueio de Ar'.
      • Se a pressão de descarga for alta (e o fornecimento estiver baixo/ausente):
        1. Possível motivo: Válvula de corte parcial ou totalmente fechada na descarga, tubulação ou trocador de calor entupido, seleção errada da bomba (incompatibilidade com a curva do sistema).
        2. Teste de Diagnóstico:
           • Verificação da posição de todos os dispositivos de corte na injeção.
           • Medição da resistência hidráulica de seções de dutos.
           • Comparação das características do passaporte da bomba com a curva calculada do sistema.
        3. Vá para: Seção 'Análise da curva do sistema'.

6. Matriz de mau funcionamento-causa

Este gráfico fornece uma visão geral rápida dos sintomas comuns, causas prováveis, testes de diagnóstico e resultados esperados. As razões são classificadas por probabilidade.

7. Análise de causa raiz para cada mau funcionamento

7.1. Cavitação

Explicação: A cavitação é o fenômeno de formação e subsequente rápido colapso de bolhas de vapor líquido em um fluxo bombeado. Ocorre quando a pressão estática do líquido em qualquer ponto das partes de fluxo da bomba (geralmente na entrada do impulsor) cai abaixo da pressão dos vapores saturados deste líquido a uma determinada temperatura. Isso ocorre quando a margem de cavitação disponível (NPSH_A) se torna menor que a margem de cavitação necessária (NPSH_R) da bomba. (DSTU ISO 17769-1:2010).

Motivos:

• Baixo NPSH_A (por exemplo, devido a temperatura do líquido muito alta, alta resistência de sucção hidráulica, altura de sucção muito alta).
• Seleção incorreta da bomba (NPSH_R da bomba é muito alto para as condições dadas).
• Enchimento insuficiente de líquido no tanque de sucção.
• A válvula de sucção está parcialmente fechada.

Confirmação: Ruído característico semelhante a "trituração de cascalho", aumento da vibração (especialmente em frequências de 20 a 200 Hz), rápida destruição da superfície das pás do impulsor e da carcaça da bomba (erosão por cavitação), superaquecimento da carcaça da bomba.

Dano (se não for verificado): A cavitação leva à quebra progressiva do metal das peças do fluxo, à redução da eficiência da bomba, ao aumento do desgaste dos rolamentos e vedações finais devido à vibração e, por fim, à falha da bomba.

7.2. Bomba com Bloqueio de Ar (Plugue de Ar)

Explicação: As bombas centrífugas não se destinam ao bombeamento de gases. Se uma quantidade significativa de ar ou gás se acumular na linha de sucção ou no corpo da bomba, o impulsor não poderá criar pressão suficiente para mover o líquido porque a densidade do ar é muito menor que a densidade do líquido. Isso cria um “encravamento de ar” que impede o funcionamento da bomba.

Motivos:

• Vazamento de ar na linha de sucção devido a flanges, conexões, vedações de eixo e vedações de óleo com vazamento.
• Nível de líquido insuficiente no tanque de sucção, resultando na sucção de ar através do vórtice.
• Enchimento incompleto da bomba com líquido antes do arranque (enchimento insuficiente).
• Acúmulo de gases liberados do líquido.

Confirmação: A bomba está funcionando, mas a pressão de descarga é quase zero ou significativamente menor que o normal. Muitas vezes ouve-se um ruído característico de “trituração” de ar, a bomba opera em “marcha lenta” com corrente reduzida do motor. Você pode ver bolhas de ar visualmente nas seções transparentes da tubulação.

Danos (se não eliminados): O "funcionamento a seco" da bomba pode levar ao superaquecimento das vedações e rolamentos das extremidades e à sua falha rápida. Também é possível danificar o impulsor devido ao atrito.

7.3. Desgaste do impulsor e folgas internas

Explicação: O impulsor é o elemento chave de uma bomba centrífuga que transfere energia para um líquido. Com o tempo, devido ao desgaste abrasivo (de partículas sólidas no fluido), corrosão (de fluidos agressivos) ou erosão por cavitação, as palhetas do impulsor e as superfícies dos anéis de vedação internos (vedações com fenda) desgastam-se. Isto leva a um aumento nos fluxos internos de líquido do lado de descarga para o lado de sucção dentro da bomba, o que reduz significativamente a eficiência e as características de desempenho da bomba.

Motivos:

• Operação de longo prazo com líquidos abrasivos.
• Bombear líquidos corrosivos sem o material de bomba adequado.
• Trabalhar em condições de cavitação constante.
• Desgaste operacional normal.

Confirmação: Queda de pressão de descarga com pressão de sucção normal e outros parâmetros inalterados. Diminuição da eficiência da bomba, que se manifesta no aumento do consumo de energia elétrica por unidade de líquido bombeado. Ao desmontar a bomba - vestígios visuais de desgaste, erosão, alterações na geometria das pás, aumento das folgas radiais e axiais.

Dano (se não for removido): Redução permanente no desempenho, aumento do consumo de energia, eventualmente - falha completa da bomba em desempenhar sua função. Aumento da vibração devido ao desequilíbrio hidráulico.

7.4. Problemas com absorção

Explicação: A operação eficiente de uma bomba centrífuga depende criticamente de condições de sucção adequadas. Qualquer obstrução ou anormalidade na linha de sucção pode levar à diminuição do NPSH_A e, como resultado, à cavitação ou à perda completa do suprimento.

Motivos:

• Filtro, filtro ou entrada do tanque obstruídos.
• A altura de sucção é muito alta (a bomba está localizada bem acima do nível do líquido).
• Linha de sucção muito longa ou de diâmetro muito pequeno, criando resistência hidráulica excessiva.
• Vazamento de ar na linha de sucção (ver "Tampão de ar").
• Projeto inadequado de conexões de sucção (cotovelos, transições).

Confirmação: Baixa leitura do medidor de vácuo na sucção (vácuo mais alto), indicando alta resistência à sucção. Ruído na linha de sucção, possíveis vibrações. Baixo desempenho da bomba.

Danos (se não eliminados): Cavitação, danos nas partes internas da bomba, redução da vida útil do equipamento.

7.5. Análise da Curva do Sistema

Explicação: A curva do sistema reflete a dependência da resistência hidráulica do sistema de tubulação no fluxo de líquido. O ponto de funcionamento da bomba é determinado pela intersecção da curva de desempenho da bomba com a curva do sistema. Se a curva do sistema mudar (por exemplo, devido a entupimento, alteração do comprimento dos tubos, abertura/fechamento de válvulas) ou se a bomba tiver sido selecionada incorretamente para o sistema, isso fará com que a bomba funcione fora do ponto de funcionamento ideal, causando redução da eficiência, aumento do consumo de energia e baixo fornecimento.

Motivos:

• Seleção incorreta da bomba para condições operacionais específicas.
• Mudanças no sistema de dutos (novos cotovelos, menor diâmetro, aumento de comprimento).
• Fechamento parcial de válvulas de corte ou entupimento de tubulações na descarga.
• Alta pressão estática, que não foi levada em consideração na seleção.

Confirmação: Entrega baixa em pressão de descarga normal ou alta. O cálculo da curva do sistema e sua comparação com as características da bomba mostram que o ponto de operação está longe do ponto de eficiência máxima da bomba ou muito à esquerda na curva de desempenho.

Danos (se não eliminados): Aumento do consumo de energia, aumento do desgaste da bomba devido à operação não ideal (especialmente quando operando em uma "válvula fechada"), operação instável do sistema.

8. Procedimentos sequenciais de solução de problemas

8.1. Eliminação da Cavitação

ATENÇÃO: Antes de qualquer intervenção deve ser realizado o procedimento LOTO!

1. Verificação de NPSH_A:
   1. Reduza a temperatura do fluido se estiver muito alta.
   2. Aumente o nível estático do líquido no tanque de sucção.
   3. Reduza a resistência de sucção hidráulica: verifique e limpe o filtro, abra totalmente todas as válvulas.
   4. Verifique o diâmetro e comprimento da tubulação de sucção; se necessário, aumente o diâmetro ou diminua o comprimento.
2. Verificação da bomba:
   1. Certifique-se de que a bomba esteja devidamente abastecida com fluido.
   2. Inspecione o impulsor quanto a danos causados ​​por cavitação usando um endoscópio ou após a desmontagem.
   3. Se a cavitação for um problema crônico, considere substituir a bomba por um modelo com NPSH_R mais baixo ou instalar uma bomba que opere com altura manométrica de sucção positiva.
3. Verificação: Ligue a bomba, meça a vazão, pressão de sucção e descarga, verifique o nível de ruído e vibração. A alimentação deve corresponder ao projeto, ao nível de ruído e vibração - dentro dos valores permitidos (velocidade de vibração até 4,5 mm/s RMS conforme ISO 10816-3).

8.2. Remoção de obstrução de ar

ATENÇÃO: Antes de qualquer intervenção deve ser realizado o procedimento LOTO!

1. Encher a bomba:
   1. Feche a válvula de descarga.
   2. Abra a válvula de sucção e a válvula de saída de ar no corpo da bomba (se presente).
   3. Encha a bomba com líquido até que o ar saia completamente. Feche a válvula de ventilação.
   4. Se houver bombas de vácuo para enchimento, use-as.
2. Detecção de vazamentos de ar:
   1. Verifique o aperto de todas as conexões, flanges e vedações do eixo na linha de sucção. Use uma solução com sabão ou detectores de vazamento especiais.
   2. Aperte os fixadores do flange de acordo com o torque especificado na documentação (por exemplo, 80 Nm para um flange DN100 PN16).
   3. Substitua juntas ou vedações danificadas.
3. Verificação: Inicie a bomba. O fornecimento e a pressão devem estar normais. Verifique a ausência de "assobios" e bolhas.

8.3. Eliminação das consequências do desgaste do impulsor

ATENÇÃO: Antes de desmontar a bomba é obrigatório realizar o procedimento LOTO e drenar o líquido!

1. Desmontagem e inspeção:
   1. Desmonte a peça da bomba de acordo com as instruções do fabricante.
   2. Inspecione visualmente o impulsor, o alojamento e as vedações das folgas quanto a desgaste, erosão ou corrosão.
   3. Meça as folgas internas (radial e axial) e compare-as com os valores permitidos (geralmente entre 0,2-0,5 mm, de acordo com as instruções do fabricante).
2. Substituição de componentes:
   1. Substitua o impulsor desgastado por um novo (UNI EN 13355:2006).
   2. Substitua as vedações e anéis de vedação desgastados.
   3. Ao montar, observe os momentos de aperto e folgas especificados.
3. Verificação: Após montar e encher o sistema com líquido, realize um teste, meça os parâmetros operacionais.

8.4. Resolvendo Problemas de Sucção

ATENÇÃO: Antes de qualquer intervenção na linha de sucção deve ser realizado o procedimento LOTO!

1. Verifique e limpe:
   1. Verifique e limpe o filtro ou peneira de sucção. Substituição conforme necessário.
   2. Verifique o nível do líquido no tanque, certifique-se de que corresponde ao nível mínimo permitido.
   3. Inspecione visualmente o bocal de sucção quanto a obstruções ou objetos estranhos.
2. Otimização da Linha de Sucção:
   1. Verifique o diâmetro da tubulação: a tubulação de sucção não deve ser menor que o diâmetro da tubulação de sucção da bomba e, de preferência, um tamanho maior.
   2. Reduza ao mínimo o comprimento da linha de sucção.
   3. Reduza o número de cotovelos e acessórios de fechamento na sucção.
   4. Elimine quaisquer bolsas de ar ou pontos altos na linha de sucção.
3. Verificação: Ligue a bomba, monitore o vácuo de sucção, a pressão de entrega e de descarga.

8.5. Ajuste da curva do sistema

1. Análise do Sistema:
   1. Realize um cálculo detalhado da curva do sistema para as condições operacionais atuais, levando em consideração todos os suportes (tubulações, conexões, equipamentos).
   2. Compare a curva do sistema obtida com a curva de desempenho da bomba instalada.
2. Ações:
   1. Se a resistência do sistema for muito alta:
      • Limpe tubulações e trocadores de calor entupidos.
      • Abra totalmente todos os dispositivos de corte na descarga.
      • Se necessário, aumente o diâmetro da tubulação de injeção ou reduza seu comprimento.
      • Considere instalar uma bomba com pressão mais alta (por exemplo, uma bomba de dois estágios).
   2. Se a bomba foi selecionada incorretamente:
      • Considere substituir o impulsor por outro com características diferentes (se permitido pelo fabricante).
      • Substitua a bomba por um modelo que melhor corresponda à curva calculada do sistema.
3. Verificação: Após as medidas corretivas, realizar medições de controle de vazão e pressão.

9. Precauções

10. Peças sobressalentes e componentes

Para garantir a operação sem problemas do equipamento de bombeamento e solução rápida de problemas, é fundamental ter peças sobressalentes da UNITEC-D GmbH que atendam aos padrões EN e ISO.

Consulte o catálogo eletrônico da UNITEC-D GmbH para solicitar peças de reposição originais.

11. Links

• DSTU EN ISO 10012:2005. Sistemas de controle de medição. Requisitos para processos de medição e equipamentos de medição.
• DSTU EN ISO 10816-3:2016. A vibração é mecânica. Avaliação da vibração da máquina com base nos resultados de medições em peças não rotativas. Máquinas industriais com potência nominal superior a 15 kW e velocidade nominal de 120 rpm a 15.000 rpm.
• DSTU ISO 17769-1:2010. Bombas centrífugas, centrífugas e de parafuso. Requisitos técnicos gerais e terminologia. Parte 1. Definições, designações, termos e indicadores de eficiência hidráulica.
• DSTU EN 13355:2006. Fundições de ferro e aço. Tratamento superficial e inspeção de peças fundidas.
• DSTU EN 1514-1:2005. Flanges e suas conexões. Dimensões das juntas para flanges da classe de pressão PN. Parte 1. Juntas planas não metálicas com ou sem enchimentos.
• DSTU 8798:2018. Sistemas de gestão da qualidade. Diretrizes para aplicação da ISO 9001:2015 na indústria química.
• Instruções de operação e manutenção dos fabricantes de bombas (por exemplo, Grundfos, KSB, Wilo).
• Guias de Manutenção UNITEC: Seção “Manutenção de Vedações Finais”, “Diagnóstico de Rolamentos”.